论文部分内容阅读
摘 要: 本论文以十堰至天水国家高速公路甘肃省陇南徽县至天水段高速公路勘察设计项目为依托, 结合省内在建、已建山区高速公路的经验，考虑降低工程造价、设计和施工的紧密结合、施工的便利及可实施性，具体探讨了山区高速公路主体工程、机电、交安等附属设施的设计衔接，进一步对各相关专业在设计细节方面容易出现的问题进行了分析研究，提出了适合当地地形、地貌、地质条件及提高设计质量的关键控制因素,研究成果的应用对其他类似工程具有十分重要的指导意义。
关键词: 山区高速；设计；细节设计；精细化；
中图分类号：U448文献标识码： A
1 项目概况
本项目是“国家高速公路网”福州至银川国家高速公路横向联络线的重要组成路段，也是十堰至天水国家高速公路的甘肃段，主要承担甘肃、宁夏、青海、新疆等西北省区与陕西、湖北及四川、重庆等省市跨省区的旅客和物资流通任务。本项目起点与在建十天高速陕西段相连，向东可至陕西汉中、安康方向；在成县与在建成县至武都高速公路相连，可至四川广元、成都方向；项目终点（皂郊镇）通过枢纽立交与宝天高速公路天水过境段相接，向东可至宝鸡、西安方向，向北可至天水、兰州、平凉等方向。
本项目位于甘肃省陇南市与天水市，路线从东到西依次经过了徽县、成县、西和县、礼县、天水市秦州区，起点位于徽县大石碑（YK542+000、ZK542+000），顺接在建十堰至天水高速公路陕西段终点（YK485+525、ZK485+507），终点位于天水市皂郊镇（K731+60、设皂郊枢纽立交），与已建成宝天高速公路天水过境段相接，路线总体走向由东南向西北。
本项目主线采用全立交、全封闭、控制出入的四车道高速公路标准，设计速度为80Km/h，整体式路基宽度24.5m、分离式路基宽度12.25m。全线桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级。全线共设置桥梁47554m/157座，隧道总长35661m/23座，路线长度188km。桥梁长度占路线长度的25%，隧道长度占路线长度的19%，桥隧合计长度占路线总长的44%。全线工程造价199亿元, 平均每公里造价10301万元。
我公司作为该项目的勘察设计总体单位承担了该项目第一设计合同段共计77km的勘察设计工作。
2 设计思路
本项目地形、地质相对较为复杂，所经地貌单元多，工程规模较大，设计中对路线、桥梁、隧道、交叉、沿线设施等进行综合考虑。设计总体思路充分考虑到了路线顺洛河、峡河、西汉水、漾水河布设，布线空间的狭窄性；路线经过局部地区或覆盖黄土或分布着炭质板岩、页岩、千枚岩等比较软弱易受风化侵蚀的岩层路段地质的复杂性；路线沿沟道、河道布设设置桥梁、隧道的密集性；桥梁、隧道施工场地狭窄，施工条件受限的局限性；沿线植被好，生态环境脆弱的环保性要求。以保证工程建设、运营安全，充分重视环境保护，合理控制工程造价，使本项目设计在技术、功能、成本、效益、环保以及可持续发展等方面力争达到理想状态。
3 设计细节的精细化
结合省内在建、已建高速公路的成功经验，充分借鉴甘肃省周边省份高速公路设计的新理念、新技术，深入研究，对本项目施工图细节设计进行了详细的优化，提出了符合十天高速公路甘肃境内高速公路的设计新思路、新方法。
3.1紧急停车带设计
高速公路紧急停车带有利于运营期间事故车辆临时停放，根据近几年高速公路运营管理经验，过多的紧急停车带使得车辆随意停放，尤其是夜间任意停车，更易造成交通事故。结合已建高速公路紧急停车带使用的成功与不足点，在本项目施工圖设计优化中，对全线紧急停车带标准进行了统一，取消了服务区、停车区等管养设施附近、互通立交附近、大填大挖路段附近的紧急停车带，将全线紧急停车带数量由原设计43处修改为15处（单侧）。为便于行车辨认，紧急停车带渐变段长度采用25m，有效段长度采用70m，总长为120m。原设计停车带费用1134万元，数量调整后费用为396万元，造价相应减少738万元。
3.2原地基处理
本项目根据软弱土层的不同深度，对于浅层软弱地基采用换填砂砾土，对于较深软弱地基采用换填片块石兼挤密的措施。具体措施是对于地下水位较高的耕地填方路段，为防止雨季水位上升后引起的地基湿软，采用分层换填砂砾土的措施，换填后砂砾土层顶部高出原地面50cm；对于含水量较高、软弱土层较厚（一般<4m）的填方软弱地基路段采用分层换填片、块石及砂砾土的措施；对于软土层厚度超过4m以上的路段，一般为沟谷地带，根据地形条件采用桥梁通过；对于挖方路段路床基底压实时易出现反弹、翻浆的路段，采取路床底部换填片、块石兼挤密的措施。
在设计文件中明确要求：基底换填处理后基底压实度（重型）不应小于90%。砂砾土中粒径≥20mm的颗粒含量≥50%，砂砾强度等级不小于四级；片、块石粒径控制在30cm左右，选用风化程度较低的中硬或硬质岩石，抗压强度大于30MPa，粒径小于5cm颗粒含量不应超过全重的20%，片、块石换填后，应采用较小石块或碎渣塞缝垫平，并采用重型机械碾压紧密。
3.3路床处理
为提高路床填料CBR值及路床土体的承载力，对路床部分进行换填处理。因沿线河道砂砾开采权基本被各砂场购买且储量有限；沿线石灰开采量较小，一般为私人小规模开采，无法满足公路用量需求。因此，设计中对砂砾储量小和有隧道的段落，采用隧道弃渣填筑路床；对于砂砾储量大和没有隧道的段落，采用砂砾土填筑路床；对于没有隧道和没有砂砾的段落，采用6%石灰土填筑。
3.4三角形边沟设计
本项目沿线植被情况较好，挖方边坡均进行圬工结合栽种植物等综合防护，有效防止坡面冲刷造成水土流失，不易造成边沟淤积，另外本项目降雨量相对较大（500～800mm），长大段落采用三角形边沟过水断面较小，不利于雨水迅速排离路基。本项目施工图修改对边沟长度小于100m、挖方高度较低且汇水面积较小的路段采用三角形边沟，其余路段采用盖板矩形边沟。三角形边沟顶宽160cm，深25cm，采用混凝土预制块形式，碎落台宽度100cm。全线共计三角形边沟3019m/82段。
3.5陡坡路段急流槽设计
本项目徽县至西和段沿线路基范围土质无湿陷性，相对湿陷性黄土地区急流槽断裂破损甚至形成冲坑陷穴的破坏程度要小得多。因此设计中在相对平缓的路段设置M7.5浆砌片石急流槽，本项目修改对路基及桥头陡坡路段采用PVC管急流槽，PVC管采用30cm和50cm两种直径。PVC管急流槽一般每隔8m或地形变化处设置一处现浇混凝土镇墩，以保证管道稳定安全，PVC管进出口设置现浇混凝土消力池，管端口设置拦污栅，避免发生安全事故及堵塞管道。
3.6路基防护材料应用
沿河冲刷路段的路基防护主要为挡土墙和护坡，原设计考虑工程造价及就地取材等因素，采用浆砌片石砌筑。鉴于浆砌片石防护强度较低、施工速度较慢、施工控制的因素较多，质量不便于控制，施工标准化程度低等不利因素。修改设计中尽量减少浆砌片石的用量，增加片石混凝土用量。沿河防护、片块石运距远路段的防护、阴坡路段的防护、内护墙采用片石混凝土；填挖方边坡拱形骨架采用混凝土预制块；耕地路段矮挡墙、孔窗式护面墙等采用浆砌片石。
3.7软基处理段落矮挡墙设置
结合其他项目设计经验，本项目针对软弱地基厚度小于2m的路段，为收缩坡脚、减少占地，对成片耕地填方坡脚设置高3～4m高的矮墙，地面以上高度约2m左右。矮墙基底一般换填0.5m厚的水稳砂砾，墙背设有30cm厚天然砂砾反滤层，路堤内部渗水通过反滤层及墙身设置的泄水孔排出，路基基底采用片、块石及砂砾土等透水材料换填。
3.8沿河路段防护基础埋深设计
本项目沿河路段防护设计中通过水文计算，综合考虑了河道变迁、顶冲河段河床冲刷、河道取砂对沿河防护的影响等因素，确定防护的基础埋置深度，以保证沿河防护工程的安全。施工时严格按照设计标高开挖基坑，夯实整平后检测地基承载力，防护施工完成后應拆除临时防洪设施，整顺河道,保证行洪畅通。沿河路段防护基础采用现浇混凝土护坦、片石混凝土墙身，并要求墙身与护坦一体浇筑。
3.9取弃土场设计
本项目全线共集中设置了31处取土场，32处弃土场。起点至西和段路基借方量为688万方，利用土方274万方，借方量大，取土场设置困难，根据该段取土场含水量试验结果，取土场平均含水量20.4%左右，均大于最佳含水量14%。依据南方省份近几年取土场含水量偏大的使用情况，对于含水量偏大的取土场通过翻挖晾晒措施处理，施工中加强施工组织设计，强化取弃土场临时降排水措施。设计文件所提供的取土场位置均与当地乡政府及土地管理部门共同确定，并持有书面协议，为杜绝施工期间任意变更，在设计文件说明中明确交代“设计所提供的取土场位置施工时仅供参考，施工单位在施工期间可自行确定或调整使用”。
3.10路基边坡绿化
本项目路基边坡防护与绿化设计相结合综合考虑，取消挖方边坡防护框格梁框架内的六棱块，框架内填充植生袋进行绿化。施工时确保绿化工程与主体工程同步实施。
3.11中央分隔带设计
本项目中央分隔带设计采用平齐式，结构型式为8cm现浇C20混凝土+20cm厚5%水泥稳定土，中央分隔带内两侧及底部铺设一层复合土工膜(一布一膜)以防雨水等渗入路基，然后回填土方。现浇混凝土封顶每5m设置一道伸缩缝，缝宽2cm，并以沥青麻絮填塞。
在不设超高路段上，中央分隔带封顶采用与两侧路面相同的双向横坡，分隔带上的表面水流向两侧路面，进入路面表面排水设施；在超高路段上中央分隔带采用平坡，上半幅路面水通过中央分隔带散排至下半幅路面，然后进入下半幅路面排水设施。
3.12中央分隔带临时排水设计
路面基层、底基层施工完成后，中央分隔带形成凹槽，雨季凹槽内易形成积水，容易导致路基产生病害。为确保工程质量，解决中央分隔带回填前的临时排水，本项目在中央分隔带内铺筑5cm厚M10水泥砂浆抹面，然后沿路基横向埋设直径10cm的PE管排出中央分隔带回填前的临时积水，PE管按沿路基纵向间隔100m布设一道，施工时可根据需要灵活设置，在竖曲线底部、桥梁涵洞台背处增设一道PE管，PE管进口设于中央分隔带底部、路床顶面，出口排至路基边坡骨架防护流水槽，工程数量计入临时工程，待中央分隔带封闭完成后，拆除外露的临时排水管，封堵管口。
3.13陡坡上桥梁墩台的核查及处治
本项目对陡坡上桥梁墩台进行了核查及完善处治，经核查，本项目陡坡段桥梁共有44座，逐墩按照三条地面线设计，采用高低墩，下部采用桩基础型式，边坡开挖按照黄土1:0.5或1:0.75，基岩1:0.5或1:0.3开挖，每8m设一级平台，平台宽度2m，以确保岸坡安全。根据抗震需要，绝大多数桥墩均设置桩顶系梁，系梁半填半挖，少数桥墩根据填土高度采用了桩柱同径，靠近桥台的墩台边坡开挖方式与路基保持一致。对于少数横断面特别陡的桥墩，系梁开挖时设置了永久支护措施，如挡墙、喷锚支护。本项目修改完善了桩长设计，根据桩侧土层厚度对桩长进行了调整，保证桩身的有效入土深度。对于少数桥梁两侧山坡较为破碎、容易落石的路段，设置了主动防护网，降低落石的风险。
4 结语
本文通过参考类似工程的先进设计经验，对本项目施工图细节设计进行了详细优化，更加具体的对设计新理念进行了细化，注重了具体细节的设计，在实际施工应用中取得了良好的效果，对其它类似工程具有积极的指导作用。
参考文献：
[1] 《新理念公路设计指南》交通部公里司编著（2005年）
[2] 《降低造价公路设计指南》交通部公里司编著（2005年）
[3] 《公路工程技术标准》，JTG B01—2003
[4] 《公路路线设计规范》，JTG D20—2006
[5] 《雨林公路修建技术》，思小高速公路建设论文集
关键词: 山区高速；设计；细节设计；精细化；
中图分类号：U448文献标识码： A
1 项目概况
本项目是“国家高速公路网”福州至银川国家高速公路横向联络线的重要组成路段，也是十堰至天水国家高速公路的甘肃段，主要承担甘肃、宁夏、青海、新疆等西北省区与陕西、湖北及四川、重庆等省市跨省区的旅客和物资流通任务。本项目起点与在建十天高速陕西段相连，向东可至陕西汉中、安康方向；在成县与在建成县至武都高速公路相连，可至四川广元、成都方向；项目终点（皂郊镇）通过枢纽立交与宝天高速公路天水过境段相接，向东可至宝鸡、西安方向，向北可至天水、兰州、平凉等方向。
本项目位于甘肃省陇南市与天水市，路线从东到西依次经过了徽县、成县、西和县、礼县、天水市秦州区，起点位于徽县大石碑（YK542+000、ZK542+000），顺接在建十堰至天水高速公路陕西段终点（YK485+525、ZK485+507），终点位于天水市皂郊镇（K731+60、设皂郊枢纽立交），与已建成宝天高速公路天水过境段相接，路线总体走向由东南向西北。
本项目主线采用全立交、全封闭、控制出入的四车道高速公路标准，设计速度为80Km/h，整体式路基宽度24.5m、分离式路基宽度12.25m。全线桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级。全线共设置桥梁47554m/157座，隧道总长35661m/23座，路线长度188km。桥梁长度占路线长度的25%，隧道长度占路线长度的19%，桥隧合计长度占路线总长的44%。全线工程造价199亿元, 平均每公里造价10301万元。
我公司作为该项目的勘察设计总体单位承担了该项目第一设计合同段共计77km的勘察设计工作。
2 设计思路
本项目地形、地质相对较为复杂，所经地貌单元多，工程规模较大，设计中对路线、桥梁、隧道、交叉、沿线设施等进行综合考虑。设计总体思路充分考虑到了路线顺洛河、峡河、西汉水、漾水河布设，布线空间的狭窄性；路线经过局部地区或覆盖黄土或分布着炭质板岩、页岩、千枚岩等比较软弱易受风化侵蚀的岩层路段地质的复杂性；路线沿沟道、河道布设设置桥梁、隧道的密集性；桥梁、隧道施工场地狭窄，施工条件受限的局限性；沿线植被好，生态环境脆弱的环保性要求。以保证工程建设、运营安全，充分重视环境保护，合理控制工程造价，使本项目设计在技术、功能、成本、效益、环保以及可持续发展等方面力争达到理想状态。
3 设计细节的精细化
结合省内在建、已建高速公路的成功经验，充分借鉴甘肃省周边省份高速公路设计的新理念、新技术，深入研究，对本项目施工图细节设计进行了详细的优化，提出了符合十天高速公路甘肃境内高速公路的设计新思路、新方法。
3.1紧急停车带设计
高速公路紧急停车带有利于运营期间事故车辆临时停放，根据近几年高速公路运营管理经验，过多的紧急停车带使得车辆随意停放，尤其是夜间任意停车，更易造成交通事故。结合已建高速公路紧急停车带使用的成功与不足点，在本项目施工圖设计优化中，对全线紧急停车带标准进行了统一，取消了服务区、停车区等管养设施附近、互通立交附近、大填大挖路段附近的紧急停车带，将全线紧急停车带数量由原设计43处修改为15处（单侧）。为便于行车辨认，紧急停车带渐变段长度采用25m，有效段长度采用70m，总长为120m。原设计停车带费用1134万元，数量调整后费用为396万元，造价相应减少738万元。
3.2原地基处理
本项目根据软弱土层的不同深度，对于浅层软弱地基采用换填砂砾土，对于较深软弱地基采用换填片块石兼挤密的措施。具体措施是对于地下水位较高的耕地填方路段，为防止雨季水位上升后引起的地基湿软，采用分层换填砂砾土的措施，换填后砂砾土层顶部高出原地面50cm；对于含水量较高、软弱土层较厚（一般<4m）的填方软弱地基路段采用分层换填片、块石及砂砾土的措施；对于软土层厚度超过4m以上的路段，一般为沟谷地带，根据地形条件采用桥梁通过；对于挖方路段路床基底压实时易出现反弹、翻浆的路段，采取路床底部换填片、块石兼挤密的措施。
在设计文件中明确要求：基底换填处理后基底压实度（重型）不应小于90%。砂砾土中粒径≥20mm的颗粒含量≥50%，砂砾强度等级不小于四级；片、块石粒径控制在30cm左右，选用风化程度较低的中硬或硬质岩石，抗压强度大于30MPa，粒径小于5cm颗粒含量不应超过全重的20%，片、块石换填后，应采用较小石块或碎渣塞缝垫平，并采用重型机械碾压紧密。
3.3路床处理
为提高路床填料CBR值及路床土体的承载力，对路床部分进行换填处理。因沿线河道砂砾开采权基本被各砂场购买且储量有限；沿线石灰开采量较小，一般为私人小规模开采，无法满足公路用量需求。因此，设计中对砂砾储量小和有隧道的段落，采用隧道弃渣填筑路床；对于砂砾储量大和没有隧道的段落，采用砂砾土填筑路床；对于没有隧道和没有砂砾的段落，采用6%石灰土填筑。
3.4三角形边沟设计
本项目沿线植被情况较好，挖方边坡均进行圬工结合栽种植物等综合防护，有效防止坡面冲刷造成水土流失，不易造成边沟淤积，另外本项目降雨量相对较大（500～800mm），长大段落采用三角形边沟过水断面较小，不利于雨水迅速排离路基。本项目施工图修改对边沟长度小于100m、挖方高度较低且汇水面积较小的路段采用三角形边沟，其余路段采用盖板矩形边沟。三角形边沟顶宽160cm，深25cm，采用混凝土预制块形式，碎落台宽度100cm。全线共计三角形边沟3019m/82段。
3.5陡坡路段急流槽设计
本项目徽县至西和段沿线路基范围土质无湿陷性，相对湿陷性黄土地区急流槽断裂破损甚至形成冲坑陷穴的破坏程度要小得多。因此设计中在相对平缓的路段设置M7.5浆砌片石急流槽，本项目修改对路基及桥头陡坡路段采用PVC管急流槽，PVC管采用30cm和50cm两种直径。PVC管急流槽一般每隔8m或地形变化处设置一处现浇混凝土镇墩，以保证管道稳定安全，PVC管进出口设置现浇混凝土消力池，管端口设置拦污栅，避免发生安全事故及堵塞管道。
3.6路基防护材料应用
沿河冲刷路段的路基防护主要为挡土墙和护坡，原设计考虑工程造价及就地取材等因素，采用浆砌片石砌筑。鉴于浆砌片石防护强度较低、施工速度较慢、施工控制的因素较多，质量不便于控制，施工标准化程度低等不利因素。修改设计中尽量减少浆砌片石的用量，增加片石混凝土用量。沿河防护、片块石运距远路段的防护、阴坡路段的防护、内护墙采用片石混凝土；填挖方边坡拱形骨架采用混凝土预制块；耕地路段矮挡墙、孔窗式护面墙等采用浆砌片石。
3.7软基处理段落矮挡墙设置
结合其他项目设计经验，本项目针对软弱地基厚度小于2m的路段，为收缩坡脚、减少占地，对成片耕地填方坡脚设置高3～4m高的矮墙，地面以上高度约2m左右。矮墙基底一般换填0.5m厚的水稳砂砾，墙背设有30cm厚天然砂砾反滤层，路堤内部渗水通过反滤层及墙身设置的泄水孔排出，路基基底采用片、块石及砂砾土等透水材料换填。
3.8沿河路段防护基础埋深设计
本项目沿河路段防护设计中通过水文计算，综合考虑了河道变迁、顶冲河段河床冲刷、河道取砂对沿河防护的影响等因素，确定防护的基础埋置深度，以保证沿河防护工程的安全。施工时严格按照设计标高开挖基坑，夯实整平后检测地基承载力，防护施工完成后應拆除临时防洪设施，整顺河道,保证行洪畅通。沿河路段防护基础采用现浇混凝土护坦、片石混凝土墙身，并要求墙身与护坦一体浇筑。
3.9取弃土场设计
本项目全线共集中设置了31处取土场，32处弃土场。起点至西和段路基借方量为688万方，利用土方274万方，借方量大，取土场设置困难，根据该段取土场含水量试验结果，取土场平均含水量20.4%左右，均大于最佳含水量14%。依据南方省份近几年取土场含水量偏大的使用情况，对于含水量偏大的取土场通过翻挖晾晒措施处理，施工中加强施工组织设计，强化取弃土场临时降排水措施。设计文件所提供的取土场位置均与当地乡政府及土地管理部门共同确定，并持有书面协议，为杜绝施工期间任意变更，在设计文件说明中明确交代“设计所提供的取土场位置施工时仅供参考，施工单位在施工期间可自行确定或调整使用”。
3.10路基边坡绿化
本项目路基边坡防护与绿化设计相结合综合考虑，取消挖方边坡防护框格梁框架内的六棱块，框架内填充植生袋进行绿化。施工时确保绿化工程与主体工程同步实施。
3.11中央分隔带设计
本项目中央分隔带设计采用平齐式，结构型式为8cm现浇C20混凝土+20cm厚5%水泥稳定土，中央分隔带内两侧及底部铺设一层复合土工膜(一布一膜)以防雨水等渗入路基，然后回填土方。现浇混凝土封顶每5m设置一道伸缩缝，缝宽2cm，并以沥青麻絮填塞。
在不设超高路段上，中央分隔带封顶采用与两侧路面相同的双向横坡，分隔带上的表面水流向两侧路面，进入路面表面排水设施；在超高路段上中央分隔带采用平坡，上半幅路面水通过中央分隔带散排至下半幅路面，然后进入下半幅路面排水设施。
3.12中央分隔带临时排水设计
路面基层、底基层施工完成后，中央分隔带形成凹槽，雨季凹槽内易形成积水，容易导致路基产生病害。为确保工程质量，解决中央分隔带回填前的临时排水，本项目在中央分隔带内铺筑5cm厚M10水泥砂浆抹面，然后沿路基横向埋设直径10cm的PE管排出中央分隔带回填前的临时积水，PE管按沿路基纵向间隔100m布设一道，施工时可根据需要灵活设置，在竖曲线底部、桥梁涵洞台背处增设一道PE管，PE管进口设于中央分隔带底部、路床顶面，出口排至路基边坡骨架防护流水槽，工程数量计入临时工程，待中央分隔带封闭完成后，拆除外露的临时排水管，封堵管口。
3.13陡坡上桥梁墩台的核查及处治
本项目对陡坡上桥梁墩台进行了核查及完善处治，经核查，本项目陡坡段桥梁共有44座，逐墩按照三条地面线设计，采用高低墩，下部采用桩基础型式，边坡开挖按照黄土1:0.5或1:0.75，基岩1:0.5或1:0.3开挖，每8m设一级平台，平台宽度2m，以确保岸坡安全。根据抗震需要，绝大多数桥墩均设置桩顶系梁，系梁半填半挖，少数桥墩根据填土高度采用了桩柱同径，靠近桥台的墩台边坡开挖方式与路基保持一致。对于少数横断面特别陡的桥墩，系梁开挖时设置了永久支护措施，如挡墙、喷锚支护。本项目修改完善了桩长设计，根据桩侧土层厚度对桩长进行了调整，保证桩身的有效入土深度。对于少数桥梁两侧山坡较为破碎、容易落石的路段，设置了主动防护网，降低落石的风险。
4 结语
本文通过参考类似工程的先进设计经验，对本项目施工图细节设计进行了详细优化，更加具体的对设计新理念进行了细化，注重了具体细节的设计，在实际施工应用中取得了良好的效果，对其它类似工程具有积极的指导作用。
参考文献：
[1] 《新理念公路设计指南》交通部公里司编著（2005年）
[2] 《降低造价公路设计指南》交通部公里司编著（2005年）
[3] 《公路工程技术标准》，JTG B01—2003
[4] 《公路路线设计规范》，JTG D20—2006
[5] 《雨林公路修建技术》，思小高速公路建设论文集