陈欣然
江苏交科交通设计研究院有限公司 江苏淮安 223005
摘要：乌海至玛沁国家高速公路（G1816）是《国家公路网规划（2013-2030年）》中新增的一条高速公路，是G18荣乌高速公路的一条联络线。乌玛高速经内蒙、宁夏、甘肃、青海四省，全长约1030公里，实现了我国西北部地区相邻省份的快速联系，贯彻了国高网“实现有效连接、提升通道能力、强化区际联系、优化路网衔接”的发展思路。
关键词：高海拔；高速公路；路基路面；设计
1、项目背景
乌玛高速甘肃段，纵向串联了定武、连霍、机场、京藏、兰海、张汶等高速公路，是甘肃省快速骨架路网的重要组成部分。乌玛高速在甘肃境内呈南北走向，沿线经景泰县、国家级兰州新区、兰州、临夏、合作、碌曲等县市，实现了省内多个经济节点的有效串联，从交通层面支撑了区域经济的快速发展。目前，乌海高速甘肃段的建设已全面开展，营盘水（甘宁界）至景泰段已建成通车；景泰至中川机场段122公里已设计完成，试验段已于2014年开工建设；兰州新区~兰州段（本项目）62.7km，工可已通过交通部审查；兰州南至康家崖段57km与兰海高速共线（已通车）；康家崖~临夏段95km，已通车；临夏至合作高速公路将于今年建成，路线全长98.65km；合作至赛尔龙（甘青界）段43km，工可正在编制。
本项目乌玛高速兰州新区至兰州段公路的建设是打造“丝绸之路经济带”上的战略支撑点、实现甘肃省经济发展总体战略的需要，是国家、省高速公路网的优化、补充与完善，同时对于缓解兰州市交通拥堵、减少过境交通压力具有重要作用。因此，本项目的建设，对于尽快发挥G1816功能，带动区域经济发展意义重大。
2总体设计
2.1本项目的特点拟建项目地处陇西黄土高原西北部，区域内地形南北高，中间低，主要分为侵蚀堆积河谷平原、山间盆地，构造-侵蚀黄土梁峁丘陵、构造侵蚀低中山三大地貌。项目区地处昆仑-秦岭褶皱造山带之祁连中间隆起带，地质构造复杂，褶皱及断裂均较发育，沿线存在崩塌、危岩、滑坡、泥石流等不良地质；部分路段与石油管道、等级道路等共用走廊带；路线受地形、工程地质条件、城市规划等众多因素影响，桥隧相连，工程规模大，技术复杂，主要特点如下：
2.1.1.路线所在区域梁峁顶至沟谷高差较大，跨越纵深沟谷的桥梁规模较大；
2.1.2.路线走廊带内地质情况较为复杂，湿陷性黄土分布广泛，沟谷区域黄土崩塌、滑坡发展普遍；
2.1.3.沿线经过兰州新区、九合片区、天斧沙宫、盐池片区、九州片区、兰州主城区，地方规划较多。尤其在兰州主城区，路线走廊狭窄，楼宇密集，铁路、公路、城市道路、各类管线纵横交错，应着重处理好路线布设与城市规划的协调关系；
2.1.4沿线耕地资源稀缺，尽量避让耕地，减少工程占地。
2.2总体设计思路及设计原则
本项目地处陇西黄土高原西北部，地形起伏变化大，地质条件较为复杂，路线主要受地形条件、沿线道路、铁路、管线、工程地质条件等因素影响，桥隧相连，工程艰巨，技术复杂，沿线生态环境脆弱。针对本项目特点及其在路网中的地位和功能，在总体设计思路的把握上，我们将首先“立足于公路建设服务经济发展的宏观理念，处理好总体布局与城市规划、公路建设和自然环境、人文环境的关系，为地区经济发展服务”，达到便捷通畅、区域服务功能强的目的。根据“安全、畅通、环保、节约、耐久”的建设目标，设计中从路线、路基路面、桥梁、隧道、立交、不良地质、环境保护等各专业角度重点把握了以下设计原则：
2.2.1.坚持“以人为本、全面协调、可持续发展”理念，全面落实“安全、畅通、环保、节约、耐久”的建设目标。
2.2.2.充分了解掌握项目建设条件，准确把握项目特点、重点、难点和关键性技术问题。
◆充分了解项目功能定位和工可研阶段对标准、路线起终点及中间控制点、路线走廊带方案、工程方案、工程投资等的研究过程及结论，了解沿线政府及有关部门对工可路线方案的意见和建议、上级主管部门对工可报告的评审和批复意见，以及需要深化研究的各种问题等。
◆充分了解和掌握项目区域社会、经济、文化、自然环境及项目建设条件。收集与项目建设有关的基础资料，如城镇、路网现状及规划，沿线的地形、地质、水文、气象等资料，各种环境敏感（区）点分布情况，项目交通状况及特点，土地资源情况，其他运输方式情况，筑路材料供应情况，有关部门及沿线居民的要求、建议等。
2.2.3.制定项目总体设计原则。根据项目背景情况、建设环境、建设条件有针对性地制定项目总体设计原则，在总体设计原则的指导下，制定各专业的设计原则、设计细则，以指导具体的设计工作。
2.2.4.重视对路线与工程方案的综合比选，确保方案的合理。
◆以路线设计为龙头开展总体设计工作。坚持地质选线、地形、地物选线、环境选线及规划选线的原则，加强路、桥、隧方案的综合比选和构造物选型、施工方案等方面的研究。本项目的路线方案、特长隧道、黄河桥的布设等技术问题都需要做深入的综合研究比选。
◆合理确定沿线大型桥梁、隧道、交叉、管理、养护、服务等设施的设置位置、间距及设计方案，充分发挥其应有的功能。
2.2.5.重视公路的安全设计，合理确定安全设计措施。对于道路运营安全，采用运行速度对路线平、纵、横面设计的合理性进行检验，根据检验结果，反复优化修改，并有针对性地设置安全设施。
2.2.6.妥善处理好与本项目相关节点的关系。
◆处理好路线与其它公路、铁路、沿线村庄、城镇布局与规划、环境敏感点、河流、水利设施、管线设施等的关系，减少相互干扰，并做好本项目与相关公路的衔接和交叉处理设计。
◆合理确定桥涵、通道、天桥等的设置位置与数量，充分考虑沿线群众的出行需求。
2.2.7.坚持环保理念，重视自然资源、生态环境与水资源的保护和景观设计
◆处理好公路建设与占用土地的关系，严格控制公路用地，保护耕地资源。路线、互通布设及工程方案的确定应以节省占地为原则，对丘陵、山岭路段，宜根据弃土情况研究造地还田方案。
3沿线地形、地貌
项目起点为机场高速兰州新区主线收费站南侧4.9km处的景泰至中川高速公路与机场高速公路交叉点，经中川镇，皋兰县九合镇、忠和镇，兰州市安宁区，终点位于九州北，设九州北互通衔接九州片区城市路网，向南预留了二期工程建设的线位。项目区地处兰州新区、皋兰县和兰州市区境内。兰州新区位于陇西黄土高原的西北部，是青藏高原、蒙古高原和黄土高原的交汇地，也是祁连山脉东延之余脉插入陇西盆地的交错地带。
4一般路基设计
4.1设计原则
路基工程设计坚持“不破坏就是最大的保护”原则，遵循因地制宜、就地取材、以防为主、防治结合、安全经济、造型美观、顺应自然、与环境景观相协调的原则，采取有效的防治措施，防治路基病害和保证路基的稳定。
4.1、尽可能避免深挖路基，路堑边坡高度按30m控制。当路堑挖深超过30m时，与隧道方案进行比较。若综合造价高出部分不超过30％时，优先考虑隧道方案。
4.2、综合考虑高填方、路基稳定及弃方量的相互关系，对填方高度大于20m路段，结合地面横坡坡率及附近弃方量的情况，选取合理的路基填筑及防护措施。
4.3、路基防护结合工程地质条件采用刚性结构与柔性结构相结合，多层防护与生态防护相结合的方法进行边坡治理，确保路基稳定并与沿线自然景观相协调，避免采用连续大面积的护面墙。
4.4、路基排水设计是以提供功能完善、自然和谐、维修便利和造价合理的排水系统为原则，设计中主要考虑对水“远接远送”形成完善的排水体系。
5、路基标准横断面
按照工可报告的设计标准，本项目主线自起点至九州北互通（K0+000～K50+500）为六车道高速公路，设计速度采用100km/h，整体式路基宽度为33.50m，分离式路基宽度为16.75m；主线自九州北互通至终点（K50+500～K50+750）、京藏联络线、连霍联络线为六车道高速公路，设计速度均为80km/h，整体式路基宽度为33.0m，分离式路基宽度为16.5m。路基横断面各部分宽度设置遵循相关规范，详见表1.及图1-4.
表1路基宽度及横断面要素表
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5.1路基设计标高及路拱横坡
整体式路基的设计高为中央分隔带外侧边缘处路面标高（无中央分隔带时为道路中心线处路面标高），分离式路基的设计标高为距离路基内侧边缘1.0m处。除超高路段外行车道、路缘带及硬路肩设2％横坡，土路肩设3％横坡。
5.2路基超高及加宽
设计速度为100km/h时半径小于4000m的平曲线，设计速度为80km/h时半径小于2500m的平曲线设置超高。根据《公路路线设计规范》（JTGD20-2006），本项目各路段的最大超高值为4%。超高方式为：整体式路基绕中央分隔带边缘旋转或道路中心线旋转；分离式路基左线超高旋转轴为右侧路基边缘向内1.0m处，右线超高旋转轴为左侧路基边缘向内1.0m处，左右幅路基分别绕各自的旋转轴旋转。超高渐变采用线性渐变。本项目各路段均无加宽。
5.3碎落台和护坡道
挖方路段边沟外侧设2.0m宽碎落台，碎落台设向内倾3%横坡；填方路段设2.0m宽护坡道，护坡道设向外倾3%横坡。此外，填方坡脚及挖方坡口、坡脚位置，应培土圆弧状平缓过渡，以美化路容。
5.4中央分隔带形式
中央分隔带型式的采用从技术、经济、美学以及实用性的角度出发，根据本项目特点，结合甘肃省内多条高速的建设经验，对凸起式、齐平式、下凹式等型式进行方案比选。结合中央分隔带排水设计、超高排水设计，本项目推荐采用凸起式。
6路面设计
6.1设计原则根据
本项目使用要求及项目区气象、水文、地形、地质等自然条件，参考临近高速公路设计，在满足交通量和使用要求的前提下，以因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资为原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理，安全可靠，利于施工的路面结构方案。
6.2设计标准及设计理论
本项目除收费站广场采用水泥混凝土路面外，其余路段均采用沥青混凝土路面。设计标准：沥青砼路面以单轴双轮组100KN为标准轴载，设计年限15年。收费站水泥砼路面以100KN的单轴荷载为标准轴载，设计年限30年。排水设计原则为确保路基稳定，防止边坡冲蚀，本项目结合沿线地形、地质、桥涵位置、路线纵坡、边坡急流槽的设置，坚持“远接远送”的原则，在全线范围综合考虑排水设计。本项目通过设置路侧排水沟、边沟、截水沟、吊钩、急流槽、蒸发池、边沟涵及排洪沟等排水设施，确保排水顺畅、路基稳定，设计的总体原则为：
6.3公路修建后，尽量做到不干扰、不改变农田原有的排灌系统，确保农业生产的正常进行；水田农田路段，公路路基排水自成体系，防止污水进入农田灌溉系统。
6.4全线填方路基一般考虑了排水沟设计，通过桥涵构造物与沿线排洪沟渠衔接，形成完善的排水系统。
7路基排水设计
路基地上排水设计流量计算按1／15洪水频率进行考虑，排水沟设计采用适应于小面积流域及明渠流计算公式，其中小面积流域计算公式如下：
Q＝16.16q×ψ×F式中：
Q──设计流量（m3/s）；
q──设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度（mm/min）
ψ──迳流系数。
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F──流域汇水面积（Km2）
排水的一般断面尺寸设计与验算，依据《公路排水设计规范》（JTJ/TD33－2012）中提出的明渠流计算公式，根据计算结果，对于不同长度、不同纵坡路段边沟采用底宽60（80）cm、深60（80）cm（超长边沟根据需要加深）的矩形断面尺寸（详见《路基路面排水工程设计图》边沟）；排水沟采用底宽60（80）cm、深60（80）cm，两侧边坡坡度1：1的梯形断面尺寸满足要求。
对于排水结构物，采用混凝土预制块、混凝土现浇和浆砌片石方案进行比选。混凝土预制（现浇）排水构造物粗糙系数小，泄水能力大，施工快捷，防渗效果较好，但造价较高；浆砌片石防护边沟表面较粗糙，泄水能力较小，景观效果较差，表面采用水泥砂浆抹面后泄水能力提高显著，且能充分利用沿线石料，降低工程造价。为提高工程进度，实行标准化施工，同时结合项目区建筑材料分布，本项目排水结构物推荐采用混凝土结构。
参考文献
1《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）；
2《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）；
3《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）；
4《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30-2014）；
5《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）；
6《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2011）；
7《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTJE30-2005）；
8《公路自然区划标准》（JTJ003-86）
论文作者:陈欣然
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：路基论文; 项目论文; 兰州论文; 沿线论文; 路面论文; 路线论文; 原则论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;