国道106通城界至黄泥界公路勘察设计

[摘要]文章论述国道106湖南平江通城界至黄泥界公路改建的重要性,在技术标准、平纵面综合设计、路基路面和桥涵、隧道等专业进行重点分析研究及具体运用,针对保通和环境保护作了专题设计和论证,实践了灵活设计、宽容设计新理念。在公路改扩建方面作了充分的技术积累,项目为其他公路改扩建提供了宝贵的经验和典范。

[关键词]公路?改建;标准;线位拟合法;宽容设计;生态?景观;保通

[作者简介]李启,湖南省交通规划勘察设计院高级工程师,湖南长沙,410008

[中图分类号] U491.5 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)09-0139-0005

一、项目综述

国道106纵贯湘东地区,北通湖北、南连广东,是沿线县市重要的南北经济干线。湖南平江通城界至黄泥界公路是国道106在湘境内的最北段, 公路技术等级很低,全线86km中有78.2km四级公路、2.5km的等外路,仅有二级公路5.3km位于城镇内。道路坡陡、弯急、路窄,街道化严重,由于常年没有大修, 多处路段翻浆、塌陷、空槽、壅包、龟裂等病害

较为普遍,交通事故频繁。现有的老路已不能满足日益增长的交通量需要和区域经济发展, 成为国道106全线卡脖子路段,与国道106在公路网中的地位、区域经济的发展和历史文化、相邻县市的状况很不协调, 其南边的浏阳、醴陵、攸县和北接湖北省通城境内均已改建成二级公路。因此,该项目的改建,对优化区域干线公路网结构,改善平江革命老区交通条件,促进湘鄂两省经济的发展与交流具有十分重要的意义。 湖南省交通规划勘察设计院通过竞标中标, 在整个勘察设计过程中,对全线进行深入、翔实的研究,对重点、难点、关键路段经反复多次踏勘,搜集大量有关项目的背景资料,最终确定了项目的路线方案:起于平江县与湖北通城交界的通城界,经冬塔、南江、姜源岭、枚仙、团山铺、平江县城、大桥乡、安定、长田,终于平江县与浏阳县交界的黄泥界,路线全长85.335km。

从2005年9月开始工程可行性研究至2007年1月完成施工图设计,接受了省、厅有关部门负责人及专家、地方政府多次审评,设计方案、投资规模及主要建设内容符合省级主管部门批准的要求。 二、工程技术标准

根据项目的工可批复、资金状况及勘察设计合同,主线为双向双车道二级公路,主要技术标准详见表1,其他技术指标依照《湖南省公路改建工程前期工作技术指导意见》灵活

运用。

三、专业设计 (一)平纵面综合设计

在工可推荐路线方案走廊带进行平面、高程的布控与测量,对最终确定的路线方案和比较方案进行1∶2千带状地形图测量。在线形设计时,采用RTKGPS勘设技术,快捷方便地测出老路中线、控制侧边缘线、地物坐标等,以曲线为主,充分拟合老路,依山就势,将公路融入沿线的山岭、坡地、河流、村庄,构成具有节奏与韵律的自然景观和再造景观的统一、和谐,体现线形“有势”、“有动”的设计理念。明确单侧加宽的总体设计原则,灵活而宽容地运用技术标准,优化平纵面组合、改善线形,使其流畅连续,提供舒适的行车条件,确保车辆安全快速通过。

经多次踏勘,在总体设计时明确解决杨寺岭、铜盆坳、姜源岭三大险关的陡坡急弯和南江镇、平江县城、安定镇三大城镇的交通堵塞,并作为研究重点。

充分利用RTKGPS测设和路线CAD集成技术效率高、精度高的特点,将老路的平纵资料、控制点坐标、房屋或管线构造物坐标等外业原始资料翔实、直观地自动编号存入数据模块输入计算机中,并采用软件转化为“编号-坐标”形式,再利用应用软件编辑成计算机辅助设计(AutoCAD)的SCR文件

格式,运行SCR文件直接在计算机AutoCAD中绘出整段路线控制点位图,根据路线控制点位图,运用交互式路线设计软件韦地及CARD/1路线设计程序,在计算机上进行曲线拟合,合理运用平曲线各种复杂的组合形式,拟合出最优的平曲线线位;采用“线位拟合法”定线,能够准确体现设计者的意图,在计算机上最大限度地根据实际情况高质量设计出与老路拟合好的新的路中线。特别是对于大量的老路改建工程来说,这种方法最大程度地利用原有构造物和避让不拆迁的建筑物,为降低工程造价、节约资源提供了技术保障,具有很强的实用性,在保证高精度的同时,节省了人力和时间,大大提高了工作效率和工作质量。

遇到河流和立体交叉时,纵断面设计高程以沿线桥梁、涵洞及管线等作为控制点;过城镇路段,考虑居民出行方便,一般以老路两侧居民房屋地基标高为设计依据;新建路段根据相关规范、规程,纵坡设计均匀连续,尽量避免高填深切,降低工程对环境的影响。 (二)路基路面工程

1.路基设计以“质量可靠、安全经济、工艺成熟、积极创新、环保美观、综合设计”为基本原则,贯彻“精细化设计”,针对沿线路基的每段节制定填料、土石调运、压实控制、地基处理、边坡防护和排水等设计方案,确保路基具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性,保证路基纵、横向质量的均匀性。

2.超高方式:两侧行车道绕中线旋转,路基设计标高为中线路面顶标高,路基施工标高为设计标高减路面结构层厚度。 3.该项目是老路改建工程,存在新老路基的差异沉降,准确、合理地计算新老路基差异沉降的大小和分布是路基拓改工程设计和新老路基结合部处治的基础,本项目采用弹性理论对其进行分析计算,提出合理的处治方案。沿线除街道和居民集中居住区前,设置矩形边沟加盖板,其他主要为生态沟,切方碎落台宽度1m,切方边坡平台2m,填方护坡道1m。为保证路基和路面的稳定,防止路面水影响行车安全,通过设置完整的排水设施并进行综合设计,实现迅速排除路基、路面范围内的地表水和地下水。路基边坡防护坚持生态防护为主、生态防护与结构防护并举的方针,部分路段执行动态设计,主要采用方格形骨架内植草、草灌混植、拱形骨架内植草等型式,对填方高度在5m以下的土质边坡作植被防护。 4.主线起点至枚仙镇路面结构采用:24cm水泥砼面层+15cm5%水泥稳定碎石基层+15cm4%水泥稳定砂砾底基层;枚仙镇至终点路面结构采用:24cm水泥砼面层+17cm5%水泥稳定碎石基层+15cm4%水泥稳定砂砾底基层,见图1(单位:cm); 根据沿线气候、水文、地质和材料供应情况,还分别进行了特殊路段的路面结构设计。

5.路线利用老路,如果路基加高的数值大于路面面层厚度24cm而小于路面结构设计厚度,且老路弯沉值小于1.0mm,

可以直接加铺碎石调平层和路面面层;加高的数值大于路面结构设计厚度,且在1m之内,分层压实度能满足规范要求,则将原路面凿毛直接填筑后铺筑新的路面结构层;分层压实度不能满足规范要求,则应将原路面结构挖除后铺筑新的路基填土和路面结构层;若加高的数值大于1m,将原路面表层的油污等除去后,分层填筑、压实路基填土再铺筑路面结构层。 (三)桥梁涵洞

依据相关标准、规范、规程进行勘察设计,沿线老桥涵的利用与否,根据其行洪情况、荷载标准及现状决定,新建桥涵设计遵循安全、适用、经济、美观的原则,积极采用新技术、新工艺、新结构、新材料,因地制宜、就地取材、便于施工和养护的理念选择桥型,满足安全宣泄的设计洪水流量和农田灌溉综合利用的要求。如K35+232高架桥, 设计采用1×30m预应力砼简支T梁+6×30m预应力砼先简支后连续刚构,组合式桥台配桩基、重力式台配扩大基础、柱式墩配桩基,桥高60余米,目前号称平江“第一高桥”;K55+973汨水大桥, 上构采用14×16m预应力砼空心板+8×30m预应力砼先简支后结构连续T梁,下构为柱式桥台和肋板式台、柱式墩配桩基础,桥宽18m。

水文计算:沿线跨越较大河流上的桥梁(如昌水Ⅰ号大桥和汨水大桥),主要对桥位河床断面进行勘测和水文调查,同时与桥位上下游已建桥梁的行洪情况、跨径进行比对,参考

防洪分析报告的水文分析结果,综合确定桥跨。其他流域面积不大的中小桥、涵洞,先在1∶5万或1∶1万的地形图上勾出流域面积,采用径流简化公式、暴雨推理公式、全国水文分区公式进行计算、比较,推算百年一遇、五十年一遇的设计流量,以此确定桥、涵孔径。 (四)隧道工程

K33+975-K34+435隧道位于平江三大险关之姜源岭,全长460m,进口平面在半径为855m的圆曲线上,出口位于直线上;纵坡为人字坡,进口是0.75%的上坡,出口是2.6%的下坡。设计采用40km/h行车速度,建筑限界净宽10.5m、净高5.0m,隧道内轮廓采用单心圆形式。行车道(含侧向宽度)7.5m,人行道宽1.5m;在人行道下设置边水沟和电缆沟,边水沟主要排除路面积水,其外墙顶设置人行道栅栏。根据隧道需风量分析确定采用自然通风;隧道内的供电照明负荷和应急照明按一级负荷考虑。

为了保证仰坡在施工期间与使用期间的稳定,结合地形在洞口均设置一段明洞,建设过程中仰坡采用挂网锚喷防护,隧道建成后尽量恢复洞口自然景观。进口端洞口按端墙式洞门设计,洞门墙正面采用水泥乳胶漆饰面美化,并预留文化墙雕塑位置,出口端洞口采用倒削竹型式,进出口坡面植草绿化。

(五)路线交叉

根据实际地形、地貌及其功能要求等设计分离式立体交叉、通道或平面交叉,综合考虑被交叉道路等级、相交角度、净空要求、水文地质、景观条件诸因素,确定交叉位置和方案。 平面交叉设计按相交公路的交通量、计算行车速度、交通组成及其在公路网中的作用,结合地形、用地条件和投资因素确定。

(六)交通工程及沿线设施

根据项目的使用性质和服务水平以及资金情况,交通工程按要求设置,提供保证行车安全的所有信息。安全设施包括柱式护栏和墙式护栏:当路堤边坡高度大于等于5m时设柱式护栏,间距直线地段为3m、曲线地段为2m;在路肩挡土墙、河流等其他危险地段设墙式护栏,间距为2m;桥梁全部采用砼墙式护栏。

交通标志设置指示、指路、警告、禁令、限速标志以及里程碑、百米桩、公路界碑、轮廓标等。标线:车行道中心线为分隔对向行驶的交通流,采用黄色虚线;车行道边缘线指示机动车道的边缘,设置白色实线;在机动车需跨边缘线的地方划白色虚线;平交道口标线,按有关规定设计。利用老路路段,不可避免地要穿越城镇和居民区,设置人行横道线。其他情况按《公路交通安全设施设计规范》执行、实施。 四、环境保护

第一,在路线方案设计阶段,就把保护环境作为一个重

点内容研讨,设计尽量利用老路,一般采用单侧加宽的方式,避免老路另一侧环境的破坏; 多采用平缓的纵坡,争取良好的通视条件,减少废气的排放;避免大填大切减少对自然植被的破坏,还能少占耕地;必要时远离较大的环境敏感点,如学校、风景旅游区、医院、居民集中区等,降低废气、噪声影响;充分利用地形,合理取土弃土,多占山地和荒地,开展和完善取土弃土场生态恢复设计,达到环保、生态、景观和生产的综合效益,减少有用资源的浪费及征地拆迁数量,对公路建设的经济效益、社会效益和环境效益综合分析研究。

第二,通过边坡植树、种草和植爬壁藤绿化, 进行原生态植物防护,形成一条环保绿带;加强高填方骨架草皮护坡、挖方段设护面墙和骨架护坡等工程进行坡面防护; 沿线设置边沟、排水沟、引水沟、挡水带或截水沟等综合排水设施,完善路基路面排水,减少了水土流失;充分考虑河流、沟渠的排洪、通行能力,不破坏原有的灌溉水系;充分发挥路基范围内耕植土在生态、环保和绿化方面的价值,提高水土保持能力。

第三,针对公路工程项目在施工期和营运期对沿线环境产生的不利影响,提出相应的防治对策,如根据地形地质条件和路段特点开展生态恢复试验,减少或降低其影响程度,保护环境,为项目施工和营运期的环境管理提供指导,并对沿线经济发展规划提供科学依据。

五、保通方案设计

该项目建设期间要求必须维持交通。为了减少施工与交通的相互影响,应优先安排与现有公路不发生干扰的路段施工;待新路开放交通后,再进行交织路段的半幅施工,以半幅维持交通。

本工程在杨寺岭、铜盆坳等路段,是利用老路路基上填高或下挖进行改建的,需修临时便道以保证施工期间的正常运营。因此,特提出以下几种典型路基断面施工方法供施工时采用。

1.在深路堑挖方降坡施工时,图2所示应根据老路走向,如在左侧,先开挖加宽左边至老路作为维持交通的便道,然后开挖右侧(图2示)至路基标高,做好路槽、简易排水沟后,利用晴天开放交通数日,无问题就铺好垫层或底基层即正式改道,再把左侧路基部分开挖至路基标高;如在右侧,先把右边开挖至老路高程,处理后作为便道,再开挖左侧,按前述处理方式施工至全部路基完成。图3亦应如此处理。

2.对于图4,根据土质情况,由于边坡较矮,在工作量不大或需借土填方时,加宽至路基外作便道,处理好后,路基全断面开挖;当工程量较大时,应按上述1方法施工;关于老路刚好在新路中间的切忌先开挖两侧,留中间来维持交通。 3.高填、长路堤,如图5断面,则先加宽I,利用老路多的一侧来维持交通,通过晴天开放交通补压结板,铺一些路面料

来处理即可施工另一侧Ⅱ,最后完成全路基施工。 4.如图6所示,切忌两侧先填高,将中间老路用于维持交通,突击填中间的施工方法,一旦下雨后果不堪设想,同时路基施工质量难以保证。此种情况下,应选取地势相对高的一侧加宽处理后作为维持通道。如果填筑的路堤太高,应适当加宽路基作为维持交通的便道,做好这些工作后,方可填筑另一侧的路基。为减少便道路面材料用量,一般填好土路基后利用晴天开放交通补压处理,再铺薄层路面料维持交通。

5.K33+600～K34+500段,全线唯一的隧道位于本范围,因隧道进口和出口在原路路基范围,出口端施工时需要中断交通,特提出如下保通方案:隧道施工前先修好进口与老路衔接的便道,再从进口端开始往出口端方向推进,待隧道施工长度离出口还有120m的时候,开始封闭交通,利用X093分流,车辆从团山镇开始折向东,走X093至柘庄,上国道106,保持国道106的正常运营,待隧道基本完成后开放交通。 具体建设时,各合同段应根据实际的施工组织计划,尽量减少交通流交叉换位,确定适当的交织路段长度,将老路改建对沿线运营带来的不便降低到最低点。 六、设计亮点及主要成果

该项目在地形测量、导线测量、路线控制测量过程中,积极引进先进设备,广泛使用GPS全球定位系统、全站仪、自动安平水准仪,测设成果准确可靠;广泛采纳公路工程出现

的新材料、新技术、新工艺,如:FYT桥面防水层、土工格栅、PVC材料运用到路基防护和地基处理之中,路堑三维网植草、挂网喷混植草等新型防护办法;充分利用新的计算机硬件、软件进行计算分析和绘图,拟合线位,如运用集路线设计、DTM数字地面模型技术、三维几何设计与景观显示于一体的新型路线CAD系统,使得设计质量与效率大幅提高。实践了灵活设计、宽容设计等新理念、新思想;项目以关注安全、重视环保、关怀人文和公众参与,有力地促进了沿线经济和社会发展;公路改建后的安全保障性能、环境景观效果和服务社会能力均大幅提升。

经过对工可推荐方案优化和施工图设计,全线利用老路65.9km,新建里程19.4km,利用K69+794.5李家背中桥1座、涵洞6道。勘察设计主要工程量:路基土石方236.3万m3,排水及防护圬工数量7.98万m3,全线采用水泥混凝土路面结构,大桥1032.52m/5座,中小桥776.6m/23座,渡槽2座,涵洞、通道412道,隧道460m/1座,分离式立交桥1座,安全设施85.3km,预算总金额41187万元。

本项目于2007年9月3日开工建设,目前已通过交工验收,全面开放交通,交付管养。实践证明,该项目的勘察设计、建设管理等方面是相当成功的, 在公路改扩建工程方面作了充分的技术积累,为其他公路改建提供了宝贵的经验,具有借鉴及典范作用。

[参考文献]

[1]JTG B01-2003,公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTG D20-2006,公路路线设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.