山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制研究

祁榮欣

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 前 言

高質(zhì)量的山區(qū)公路可以為駕駛?cè)藛T提供較為優(yōu)良的駕駛條件，并為地區(qū)經(jīng)濟(jì)對(duì)外發(fā)展提供了豐富的交流渠道。隨著山區(qū)對(duì)外聯(lián)系的日益密切，山區(qū)公路設(shè)計(jì)開始呈現(xiàn)一種復(fù)雜化趨勢(shì)。相比建筑市場(chǎng)內(nèi)的其他類型工程項(xiàng)目，山區(qū)公路項(xiàng)目在設(shè)計(jì)與實(shí)施中需要考慮更多的外界影響因素，設(shè)計(jì)線路時(shí)會(huì)受到地形、地勢(shì)等因素的干擾，施工會(huì)受到復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的限制，如果在此過程中設(shè)計(jì)的線路存在不合理問題，或沒有將施工質(zhì)量控制工作落實(shí)，勢(shì)必會(huì)對(duì)山區(qū)公路車輛行駛造成負(fù)面影響[1]。因此，本文此次研究將以G341線環(huán)縣至車路崾峴公路工程為例，進(jìn)行線路設(shè)計(jì)與工程實(shí)施質(zhì)量控制的研究。

1 山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)路線方案依據(jù)初設(shè)批復(fù)，綜合考慮地形、地質(zhì)條件、運(yùn)營(yíng)條件、區(qū)域房屋拆遷建設(shè)用地、工程造價(jià)等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。為了確保設(shè)計(jì)的成果滿足實(shí)際需要，下述將從兩個(gè)方面，對(duì)公路線路設(shè)計(jì)原則展開研究。

1.1 路線平面設(shè)計(jì)原則

根據(jù)工程項(xiàng)目的初次審批與項(xiàng)目施工區(qū)域的地質(zhì)條件，提出下述8個(gè)方面的設(shè)計(jì)原則與標(biāo)準(zhǔn)。

(1)設(shè)計(jì)的公路路線走向應(yīng)符合國(guó)省級(jí)公路網(wǎng)總體規(guī)劃要求，滿足《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)文件中相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，施工中嚴(yán)格遵循“因地制宜”的原則，結(jié)合施工作業(yè)區(qū)域的地形、地勢(shì)等外在因素，掌握標(biāo)準(zhǔn)化的工程施工與路線設(shè)計(jì)指標(biāo)[3]。

(2)確保公路線路設(shè)計(jì)滿足要求或符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，需要加大山區(qū)現(xiàn)有公路的使用率，將降低設(shè)計(jì)工作量、簡(jiǎn)化工程施工步驟、節(jié)約支出造價(jià)成本作為目標(biāo)與基本原則。

(3)公路布線應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厣?、水、林、田等綜合治理，減少占地，避免過多拆遷。

(4)設(shè)計(jì)時(shí)，要做好對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域沿線的地質(zhì)勘查、水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，優(yōu)選高質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)，以優(yōu)化道路設(shè)計(jì)后的車輛行駛條件，確保道路在投入使用后具有較強(qiáng)的同步通行能力，為駕駛?cè)藛T提供一個(gè)相對(duì)優(yōu)越的駕駛環(huán)境與車輛行駛條件，并減少貨物道路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間成本。

(5)設(shè)計(jì)中要全面兼顧“村鎮(zhèn)協(xié)同規(guī)劃”的原則，保證山區(qū)公路“近城”但“不進(jìn)城”，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的道路在市場(chǎng)內(nèi)投入使用后既能保證交通便利的需求，又能滿足車輛快速通過的需要。

(6)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注道路線路的線性特征，要確保在此設(shè)計(jì)后，道路中的平、縱、橫等指標(biāo)在道路上保持一致性，以確保設(shè)計(jì)的道路在投入使用后可以增強(qiáng)或優(yōu)化行車的舒適性。

(7)充分利用現(xiàn)有舊路空間，在確保施工技術(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，降低設(shè)計(jì)道路占用農(nóng)田與水利工程的面積，盡可能減少拆遷。

(8)重視環(huán)境保護(hù)，認(rèn)真考慮路線與沿線的旅游景點(diǎn)、文化遺址、文物古跡的相互關(guān)系，盡量避免大填大挖，以保護(hù)原有植被和水系，減少水土流失，促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展。

1.2 路線縱斷面設(shè)計(jì)原則

完成上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的研究后，根據(jù)工程項(xiàng)目在實(shí)施中的需求，提出針對(duì)山區(qū)公路路線縱斷面設(shè)計(jì)的三點(diǎn)原則，具體內(nèi)容如下。

(1)在進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，要確?？v斷面與平面保持良好的協(xié)調(diào)關(guān)系，盡可能避免出現(xiàn)組合方面的問題。

(2)根據(jù)水文計(jì)算所確定的設(shè)計(jì)水位，確定沿河路基填土高度，以減少占用良田，保護(hù)環(huán)境。

(3)根據(jù)山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)需求，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)道路交叉方式與交錯(cuò)點(diǎn)數(shù)量[4]。在此基礎(chǔ)上，盡量降低道路路基的設(shè)計(jì)高度，確保設(shè)計(jì)的路線在高度上符合需求。

2 山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)

2.1 確定路線起訖點(diǎn)及主要控制點(diǎn)

以G341線環(huán)縣至車路崾峴公路工程的路線設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，確定其路線起訖點(diǎn)和主要控制點(diǎn)。本項(xiàng)目路線起點(diǎn)(K0+000)與G211線在二十里溝口(K248+100)處相接，路線終點(diǎn)(K78+730)位于車路崾峴。確定主要控制點(diǎn)為二十里溝口、虎洞鄉(xiāng)、劉園子、廟兒掌，車路崾峴(甘寧界)[5]。

2.2 路線平、縱面設(shè)計(jì)

在對(duì)該項(xiàng)目中的山區(qū)公路路線平面和縱面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用設(shè)計(jì)速度為80 km/h的一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)，全線共設(shè)平曲線52處，最小半徑為420 m，設(shè)變坡點(diǎn)72處，最長(zhǎng)坡長(zhǎng)為790 m，最短坡長(zhǎng)為340 m。項(xiàng)目設(shè)計(jì)段內(nèi)有2段連續(xù)長(zhǎng)下坡路段。第一段為K46+220—K55+720段，最大縱坡為4.3%，坡長(zhǎng)為670 m；連續(xù)坡長(zhǎng)為9.5 km，平均縱坡為1.76%。第二段為K62+692.7—K68+850段，最大縱坡為4.3%，坡長(zhǎng)為790 m；連續(xù)坡長(zhǎng)為6.157 m，平均縱坡為2.7%。

經(jīng)視距檢驗(yàn)，本合同段內(nèi)共有14處平曲線不滿足停車視距的要求，但受地形地物條件限制，無法采用增大圓曲線半徑的方法來保證停車視距的要求[6]。故本次設(shè)計(jì)對(duì)該14處達(dá)不到停車視距要求的圓曲線半徑采用了在曲線外側(cè)加寬路緣帶的方法予以改善視距。具體加寬段落見表2。

表2 路線平、縱面加寬段落統(tǒng)計(jì)表

除表2中記錄的加寬段落之外，還包含另外8個(gè)加寬段落，均為右側(cè)加寬，由于篇幅有限不進(jìn)行贅述。

2.3 路線平、縱組合設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)，將公路的地形、地勢(shì)與自然景觀的協(xié)調(diào)性作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在確保平面和縱面線路各自線形平順的基礎(chǔ)上，選擇二者技術(shù)指標(biāo)均衡且協(xié)調(diào)的參數(shù)，以此確保后續(xù)山區(qū)公路使用時(shí)路面能夠?qū)崿F(xiàn)更好的排水，并進(jìn)一步提高車輛行駛的安全性[7]。同時(shí)，在路線空間位置上，根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過程中杜絕不良線型搭配組合的問題產(chǎn)生，從而提高車輛行駛的舒適度。除此之外，在具體施工過程中，起訖點(diǎn)平縱面應(yīng)使新建后線形與原有舊路銜接順暢、縱面平緩過渡，確保行車的安全、舒適。

3 山區(qū)公路建設(shè)質(zhì)量控制

3.1 確定山區(qū)公路路線主要技術(shù)指標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)山區(qū)公路建設(shè)施工的質(zhì)量控制，首先需要明確山區(qū)公路路線主要技術(shù)指標(biāo)。本項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格執(zhí)行《初設(shè)批復(fù)》，設(shè)計(jì)中結(jié)合初步設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)專家意見、初設(shè)審查意見及《初設(shè)批復(fù)》對(duì)路線方案進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化，優(yōu)化后主線全長(zhǎng)78.884 km，連接線長(zhǎng)20.513 km，路線全長(zhǎng)99.397 km，較《初設(shè)批復(fù)》減短1.765 km，基本一致；本項(xiàng)目主線與蘆家灣連接線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與《初設(shè)批復(fù)》完全一致。

在原有交通量的基礎(chǔ)上，對(duì)該線路上總匯交通量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)在2038年(設(shè)計(jì)年限)小貨、中貨、大貨、拖掛、小客、大中客的交通量分別為922 pcu/d、411 pcu/d、283 pcu/d、0 pcu/d、1 084 pcu/d、363 pcu/d，共計(jì)3 063 pcu/d。根據(jù)上述交通預(yù)測(cè)值，本項(xiàng)目毛井連接線在設(shè)計(jì)年限內(nèi)日均交通量小于5 000 pcu/d，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，該交通量所對(duì)應(yīng)的為三級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，故將該公路連接線指標(biāo)降低為設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h、在設(shè)計(jì)年限內(nèi)滿足使用要求，以此完成對(duì)山區(qū)公路路線主要技術(shù)指標(biāo)的確定[8]。

3.2 橋梁質(zhì)量控制

完成對(duì)路基路面的質(zhì)量控制后，針對(duì)該山區(qū)公路上的橋梁結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工進(jìn)行質(zhì)量控制。針對(duì)橋?qū)捵兓^大或平曲線半徑較小的橋梁宜采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)?；ネ⒔粎^(qū)彎、坡、斜橋結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，應(yīng)結(jié)合互通式立交設(shè)計(jì)優(yōu)化、交通組成及路網(wǎng)代表車型，進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)分析和荷載驗(yàn)算，加強(qiáng)橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算，提高橋梁抗傾覆能力儲(chǔ)備，保證結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)主線常規(guī)橋梁建設(shè)施工采用預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制箱梁為主的方案，按照橋梁建設(shè)指導(dǎo)意見，進(jìn)一步加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁方案比選，擇優(yōu)采用。進(jìn)一步優(yōu)化孔跨布設(shè)和下部結(jié)構(gòu)形式，合理確定樁基持力層，保證結(jié)構(gòu)安全性和耐久性，降低全壽命周期成本。在具體建設(shè)施工過程中，對(duì)陡坡處墩臺(tái)的位置、承臺(tái)及系梁的埋深進(jìn)行了優(yōu)化，并按照穩(wěn)定開挖邊坡坡率對(duì)需要開挖的墩臺(tái)進(jìn)行局部開挖，以確保墩臺(tái)安全并減少對(duì)地表的擾動(dòng)和對(duì)植被的破壞，對(duì)于開挖部分采用護(hù)坡防護(hù)，并設(shè)置平臺(tái)排水溝；對(duì)橋梁防護(hù)及橋梁抗震加強(qiáng)設(shè)計(jì)措施，確保橋梁安全。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，本項(xiàng)目橋梁上部?jī)?yōu)先選用混凝土結(jié)構(gòu)。依據(jù)地質(zhì)詳勘資料，經(jīng)過樁長(zhǎng)計(jì)算合理確定樁基長(zhǎng)度。采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，設(shè)計(jì)中對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)跨度橋梁預(yù)制主梁及下部結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同受力狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算，以確保結(jié)構(gòu)安全。

3.3 隧道質(zhì)量控制

在對(duì)隧道質(zhì)量進(jìn)行控制時(shí)，為進(jìn)一步查明隧道工程及水文地質(zhì)條件，重點(diǎn)查明洞口滑坡、崩塌、裂隙及落水洞等不良地質(zhì)情況和洞身地層土石分界面，結(jié)合涌水量預(yù)測(cè)分析，完善針對(duì)性處治措施和應(yīng)急預(yù)案，以保證安全。在該山區(qū)公路項(xiàng)目中，隧道洞口地形地質(zhì)條件普遍較差，應(yīng)加強(qiáng)洞口邊仰坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，進(jìn)一步優(yōu)化洞口設(shè)計(jì)，完善輔助開挖措施和邊仰坡支擋防護(hù)設(shè)計(jì)，細(xì)化洞口綜合排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以保證安全。在施工過程中可采用復(fù)合式襯砌方案完成隧道建設(shè)，支護(hù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)隧道地質(zhì)條件，借鑒本地區(qū)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)綜合考慮確定，確保安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

在施工圖設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求布設(shè)鉆孔，現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘察隧址位置周邊地表不良地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)中采取了相應(yīng)的處置方案，以保證隧道安全。由于本項(xiàng)目中隧道進(jìn)出口地質(zhì)條件均為黃土，因此需要對(duì)洞口邊仰坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析，對(duì)開挖較高的邊仰坡設(shè)置鋼管樁預(yù)支護(hù)體系，保證邊仰坡穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)洞口周邊黃土沖溝匯水、隧道洞內(nèi)排水及洞外路面排水進(jìn)行綜合考慮，合理引排。

綜合該區(qū)域公路隧道施工及后期運(yùn)營(yíng)過程中可能出現(xiàn)的問題，結(jié)合實(shí)際地形以及前后構(gòu)造物設(shè)置情況，重點(diǎn)考慮新莊壕特大橋橋位設(shè)置合理，施工圖設(shè)計(jì)調(diào)整路線平縱，K58+544—K58+980段改用明挖方案通過，長(zhǎng)436 m，如圖1所示。

圖1 隧道建設(shè)施工優(yōu)化方案設(shè)計(jì)圖

4 質(zhì)量控制效果分析

上文在完成了山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)后，又從三個(gè)方面對(duì)山區(qū)公路建設(shè)質(zhì)量控制方法展開了研究。為了證明本文設(shè)計(jì)的成果可以滿足工程施工需求，將G341線環(huán)縣至車路崾峴公路工程作為此次實(shí)踐檢驗(yàn)的實(shí)例，選擇該施工線路中的一部分區(qū)段作為測(cè)試區(qū)域，按照本文設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制方法，從路基、路面方面，進(jìn)行工程質(zhì)量的宏觀調(diào)控。完成對(duì)施工中的質(zhì)量控制后，山區(qū)道路中選擇10個(gè)測(cè)試點(diǎn)，其中2個(gè)測(cè)試點(diǎn)在公路前端與尾端，屬于固定測(cè)試點(diǎn)，剩余8個(gè)測(cè)試點(diǎn)隨機(jī)分布在公路中心位置，如圖2所示。

圖2 測(cè)試點(diǎn)布置示意圖

完成測(cè)點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)的布置后，根據(jù)《初設(shè)批復(fù)》文件內(nèi)容可知，本文研究的道路工程屬于一級(jí)公路，限載55.0 t，將其作為參照標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測(cè)點(diǎn)承載力的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 山區(qū)公路承載力測(cè)試結(jié)果

從圖3可以看出，本次隨機(jī)選擇的10個(gè)測(cè)試點(diǎn)的承載力均大于55 t，滿足一級(jí)公路承載力標(biāo)準(zhǔn)，證明此次研究提出的山區(qū)公路質(zhì)量控制措施符合公路施工需求，可在某種程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)道路工程質(zhì)量的提升。

5 結(jié)束語

本文以G341線環(huán)縣至車路崾峴公路工程為例，對(duì)山區(qū)公路設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法與質(zhì)量控制方法展開了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與研究，完成設(shè)計(jì)后，為了證明此項(xiàng)成果在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到既定的效果，將提出的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到了工程實(shí)例，證明了此次研究設(shè)計(jì)的成果可以提高工程質(zhì)量。盡管此次研究已相對(duì)完善，但在后續(xù)的工程細(xì)部施工中，仍需要在施工時(shí)認(rèn)真校對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)，檢查測(cè)設(shè)標(biāo)志是否松動(dòng)、損壞，防止點(diǎn)位松動(dòng)或破壞對(duì)測(cè)量精度的影響。同時(shí)，在施工安排時(shí)對(duì)受冬、雨季及汛期影響大的工程，要避免在冬、雨季及汛期安排施工，必要時(shí)應(yīng)根據(jù)工程要求采取保溫、防雨及安全防范措施。