馬海鵬
(甘肅新方位工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730000)
為完善路網(wǎng)體系,我國(guó)公路總里程不斷增長(zhǎng)。在工程項(xiàng)目施工前,明確路線布設(shè)與路基設(shè)計(jì)要求,并將要求融入公路工程設(shè)計(jì)工作中,成為提升公路工程設(shè)計(jì)質(zhì)量水平、保證公路工程項(xiàng)目施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的重要舉措。
在開展公路工程設(shè)計(jì)工作時(shí),需要結(jié)合施工區(qū)域的地形條件,分析路線的布局要求,然后在盡可能提高公路路線建設(shè)可行性的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)路線選型與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)??紤]到當(dāng)前不同區(qū)域的自然環(huán)境、地質(zhì)條件存在一定的差異,公路施工單位的施工條件也存在一定不同,為了在盡可能保證工程整體設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量符合預(yù)期要求的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工成本的有效管控,在選線工作開始前,設(shè)計(jì)人員需要對(duì)施工區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析,制訂多個(gè)路線方案,然后利用BIM 技術(shù)對(duì)不同選線方案的施工難度、施工成本以及施工活動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響等因素進(jìn)行全面的分析,找出其中性價(jià)比最高的選線方案,為公路工程施工打下良好的基礎(chǔ)[1]。
在公路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,不同環(huán)境下的公路應(yīng)具備不同的坡度控制方案。具體而言,在開展城鎮(zhèn)周邊公路工程設(shè)計(jì)工作時(shí),設(shè)計(jì)人員可以將公路與城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)域的間距控制在2~5km 之間,并且這一寬度可以適當(dāng)放寬,但最大寬度需小于8km。在開展山嶺地區(qū)公路選線工作時(shí),設(shè)計(jì)人員可以采用沿河線、山脊線、越嶺線三種方式開展選線工作。并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員需要提高平均坡度控制的科學(xué)性,并預(yù)留一定的縱坡空間。同時(shí),為了降低公路的行車難度,在選線過(guò)程中應(yīng)保證路線布設(shè)區(qū)域的坡度變化情況較為平穩(wěn)。此外,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員需要實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)成本、技術(shù)指標(biāo)的有效控制。
在公路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,平面線形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于保證公路的連續(xù)性與舒適性。設(shè)計(jì)人員可以以公路所在區(qū)域的地形為基礎(chǔ),通過(guò)加強(qiáng)立體線形設(shè)計(jì)的方式,在保證設(shè)計(jì)方案符合行駛力學(xué)要求的同時(shí),提高行車人員的視覺(jué)質(zhì)量,為后續(xù)公路投入使用后的安全性與舒適性提供支持。舉例而言,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)避免在長(zhǎng)直路段盡頭使用小半徑曲線設(shè)計(jì),若必須使用小半徑曲線設(shè)計(jì)時(shí),必須在中間路段加設(shè)過(guò)渡性曲線,以保證公路行車安全。
路基作為公路工程中的重要組成部分,其設(shè)計(jì)質(zhì)量與公路工程的最終承載力、使用壽命等存在著直接的聯(lián)系。
在公路工程的路基設(shè)計(jì)過(guò)程中,陡坡與高邊坡路基在高差等因素的影響下,容易發(fā)生沉降問(wèn)題,為了保證公路工程整體設(shè)計(jì)的可靠性,提高陡坡與高邊坡路基的穩(wěn)定性是一項(xiàng)必要的工作。具體而言,在陡坡與高邊坡路段地基設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員首先要在明確公路實(shí)際建設(shè)環(huán)境地基強(qiáng)弱的基礎(chǔ)上,對(duì)該路段的基底進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。如果在實(shí)際考察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該路段的地基強(qiáng)度較弱,則可以通過(guò)換填或者對(duì)路基進(jìn)行強(qiáng)夯處理的方式,提高該路段地基的承載力,降低沉降問(wèn)題的出現(xiàn)概率。同時(shí),考慮到在公路投入使用后,積水的侵蝕容易使路基沉降現(xiàn)象加重,為了保證公路后續(xù)使用過(guò)程中的安全性與可靠性,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)人員需要提高對(duì)排水設(shè)計(jì)工作的關(guān)注度,通過(guò)為該路段配置排水溝的方式,降低積水對(duì)路段的侵蝕。此外,在進(jìn)行陡坡與高邊坡路段設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員需要開展支護(hù)設(shè)計(jì)工作,盡可能避免出現(xiàn)滑坡的可能性,切實(shí)保障公路行車安全[2]。
路基寬度指的是路基兩側(cè)邊緣之間的寬度,其中包含綠化帶與車行道的寬度。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了保證路基寬度能夠滿足公路投入使用后的具體要求,設(shè)計(jì)人員需要對(duì)公路施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)考察,對(duì)實(shí)際的行車情況進(jìn)行測(cè)量,然后以測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展路基寬度設(shè)計(jì)工作,從而達(dá)到提高設(shè)計(jì)工作實(shí)用性的目的。路基高度設(shè)計(jì)指的是在開展路基開挖工作前確定好地面標(biāo)高與路基標(biāo)高,然后依據(jù)不同的標(biāo)高完成路基高度的設(shè)計(jì)工作,為后續(xù)路基填筑壓實(shí)工作的開展提供有效的參考[3]。
路基斷面即垂直于線路中心線的路基橫截面,為保證路基斷面能夠滿足公路工程的實(shí)際需要,在開展路基斷面設(shè)計(jì)時(shí),需要在明確路基寬度與高度的基礎(chǔ)上,選擇合適的路基斷面形式。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了保證車道寬度能夠滿足車輛行駛需要,一般將車道寬度設(shè)置在3.5m 以上。在車道寬度確定后,可以結(jié)合公路的實(shí)際情況預(yù)留施工緩沖區(qū),便于后續(xù)施工人員以相應(yīng)技術(shù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公路的寬度進(jìn)行合理調(diào)整,從而達(dá)到提高公路暢通性、降低后續(xù)施工難度的目的[4]。
某公路全長(zhǎng)94.14km,其中包括88.6km 的老路改建與5.54km 的新建公路。該公路施工區(qū)域位于高海拔地區(qū),路線大致呈南北走向,總體地勢(shì)呈南高北低的狀態(tài)。公路所處區(qū)域全年降雨量偏少,氣候較為干旱,境內(nèi)地形相對(duì)高差較大,氣候垂直分布較為明顯。該工程的原有公路為簡(jiǎn)易公路,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低,約有47km 的路段路基寬度僅為7.5m,并且該路段的地形與地質(zhì)條件較為復(fù)雜,部分區(qū)域的技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn),達(dá)不到二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)的路段長(zhǎng)度約為2.8km,占原有公路全長(zhǎng)的33%。此外,原路段挖方邊坡穩(wěn)定性較差,泥石流、坍塌(見圖1)以及溜滑病害極為突出。對(duì)原公路全線路段進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),存在坍塌失穩(wěn)、整體失穩(wěn)隱患的路段共有25 段,長(zhǎng)度約為2730m。此外,部分路段路面破損現(xiàn)象較為嚴(yán)重,路基邊溝損壞、堵塞現(xiàn)象較為明顯,公路整體缺乏完善的排水系統(tǒng)。原公路施工養(yǎng)護(hù)過(guò)程中,忽視了保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要性,現(xiàn)階段該公路區(qū)域周邊生態(tài)環(huán)境極為脆弱[5]。
圖1 公路塌方
為了滿足該地區(qū)的正常通行需要,設(shè)計(jì)人員在明確當(dāng)前公路所在區(qū)域?qū)嶋H情況的基礎(chǔ)上,開展了公路的路線布設(shè)與路基設(shè)計(jì)工作,盡可能降低公路工程設(shè)計(jì)施工活動(dòng)的難度,降低后續(xù)施工活動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境所造成的不利影響。
公路線形作為公路的骨架,其設(shè)計(jì)方案是開展整個(gè)公路設(shè)計(jì)與建設(shè)工作的重要基礎(chǔ),其設(shè)計(jì)質(zhì)量與公路路基、路面構(gòu)造物等實(shí)體質(zhì)量之間存在著直接的聯(lián)系。具體而言,在公路工程施工建設(shè)過(guò)程中,一旦確定公路線形,將長(zhǎng)期限制后續(xù)車輛的行駛情況。在公路設(shè)計(jì)工作中提升路線設(shè)計(jì)質(zhì)量,不僅可以提高公路的行車安全性,還能強(qiáng)化汽車行駛的舒適度。由于此次公路工程主要為改建工程,路線布設(shè)過(guò)程中主要沿用老路線形,在此背景下,為了盡可能提高線形的連續(xù)性、行車的舒適性以及與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性,在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,大量采用不對(duì)稱平曲線、卵形、“C”形、復(fù)合型平曲線等線形的方式,在增大公路曲線比例的同時(shí),實(shí)現(xiàn)公路平面線形的有效優(yōu)化。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)該公路工程縱面線形的有效優(yōu)化,設(shè)計(jì)人員靈活地通過(guò)加大豎曲線半徑、合理銜接短坡長(zhǎng)與相鄰豎曲線、平縱面組合等方式改善了公路視距不良的狀況,提高了公路行車的安全性與舒適性[6]。
3.4.1 路基邊坡設(shè)計(jì)
為了盡可能降低塌方、滑坡等問(wèn)題的出現(xiàn)概率,第一,在開展填方路基設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員以填料類別、邊坡高度為基礎(chǔ),在明確施工區(qū)域原有地面植被覆蓋、填挖土方情況的基礎(chǔ)上,通過(guò)放緩坡度、利用綠植、開展坡面防護(hù)等方式,既保證了邊坡的整體安全性,又實(shí)現(xiàn)了公路周邊生態(tài)環(huán)境的有效優(yōu)化。具體而言,在該工程項(xiàng)目的邊坡施工過(guò)程中,對(duì)于較矮的邊坡,設(shè)計(jì)人員將其放緩至1∶2~1∶5 區(qū)間,并通過(guò)在該區(qū)域合理安置綠植的方式,實(shí)現(xiàn)了坡面生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)。對(duì)于較高的邊坡,設(shè)計(jì)人員分級(jí)設(shè)置了邊坡平臺(tái),并設(shè)計(jì)綠植生態(tài)防護(hù)區(qū)間,提高了邊坡設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平。第二,在開展挖方邊坡設(shè)計(jì)工作時(shí),設(shè)計(jì)人員結(jié)合施工區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、密實(shí)狀態(tài)、邊坡高度、原路邊坡穩(wěn)定性等情況,綜合開展了邊坡坡比的設(shè)計(jì)擬定工作。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)挖方邊坡所在區(qū)域的有效防護(hù),設(shè)計(jì)人員結(jié)合原公路路邊植被覆蓋情況,在植被覆蓋較差的地段將邊坡放緩至1∶1~1∶2區(qū)間,提高了邊坡與地形的協(xié)調(diào)性,便于后續(xù)植被綠化的健康生長(zhǎng)。對(duì)于地形較為陡峭,植被覆蓋較好的地段,則在明確原有植被所需生長(zhǎng)條件的基礎(chǔ)上,盡可能地將邊坡坡度放緩至1∶0.75,并分級(jí)設(shè)置邊坡平臺(tái),在降低安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí),為植物生態(tài)防護(hù)工作的順利開展提供助力[7]。
3.4.2 路基排水構(gòu)造物設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)公路所在區(qū)域路面積水的有效排放,設(shè)計(jì)人員提高了對(duì)路基排水構(gòu)造物的關(guān)注度,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)在填方路基內(nèi)側(cè)邊坡處設(shè)置路基排水溝的方式,確保路面、坡面以及地面的積水能夠從排水溝中流出。在設(shè)計(jì)排水溝的過(guò)程中,考慮到該公路施工區(qū)域的降水量較為稀少,為了提高排水溝與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性,設(shè)計(jì)人員在明確周圍環(huán)境實(shí)際情況的基礎(chǔ)上,靈活應(yīng)用了土質(zhì)邊溝、矩形蓋板邊溝、淺碟形邊溝、截水溝等多種形式的排水構(gòu)造物。具體而言,在開展邊溝設(shè)計(jì)工作時(shí),設(shè)計(jì)人員通過(guò)將土質(zhì)邊溝與填挖方邊坡相互配合并在該區(qū)域植草的方式,加強(qiáng)邊溝與周邊環(huán)境的聯(lián)系,降低工程施工難度。矩形蓋板邊溝主要出現(xiàn)在公路與村莊較為靠近的區(qū)域以及存在高陡邊坡的區(qū)域。淺碟形邊溝主要出現(xiàn)在長(zhǎng)流水地段,在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,這種邊溝與寬敞的路基邊坡能夠形成良好的協(xié)調(diào)效果。在挖方路基邊坡坡頂上側(cè)匯水面積較大時(shí),需要在距離挖方坡口5m 以外的區(qū)域設(shè)置截水溝,攔截地表徑流,降低積水對(duì)公路造成的損壞[8]。
3.4.3 臨河路基整治
沿線路段存在部分臨河路基,為了避免水流沖刷對(duì)路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響,在路基占用河道、河灘較為寬敞的情況下,可以改移河道,避免河水對(duì)路基的侵蝕。當(dāng)河道較為狹窄時(shí),可以在路基臨河部分設(shè)置浸水擋土墻,保證路基的安全。
本文在分析路線布設(shè)要點(diǎn)、路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)后,以實(shí)例介紹的方式,對(duì)路線布設(shè)與路基設(shè)計(jì)工作的具體方法進(jìn)行介紹。同時(shí),通過(guò)對(duì)案例投入使用后的效果進(jìn)行調(diào)查的方式,可以了解到,提高路線布設(shè)與路基設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平,不僅可以切實(shí)提高公路工程設(shè)計(jì)工作的整體質(zhì)量,還能為后續(xù)公路施工及運(yùn)營(yíng)的順利開展提供有力的支持。因此,在未來(lái)的公路工程施工設(shè)計(jì)工作中,提升對(duì)路線布設(shè)、路基設(shè)計(jì)工作的關(guān)注度,成了一項(xiàng)必要的工作。