基于复杂地质环境的高速公路路面设计

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　　摘  要：复杂地质环境下的高速公路路面设计是公路设计项目中的重点和难点，同时也在很大程度上影响公路的安全性和使用寿命。采用怎样的设计方法能够有效提升复杂地质环境下高速公路路面设计的质量，保证公路的安全性和使用寿命，成为公路设计人员主要探讨的问题。该文针对某复杂地质环境高速公路路面设计项目进行分析，对公路设计原则和相应的措施进行了探讨和分析。
　　关键词：复杂地质环境;高速公路;路面设计
　　中图分类号：U445        文献标志码：A
　　1 工程概况
　　某高速公路地处区域地质环境十分复杂，在公路路面设计上具有一定的难度，并存在一些典型问题。该工程路线全长20 km，同期新建、改建辅道长度为11 km，旧路挖补罩面10 km，能够完全利用的旧路长度有10 km，需要建设一条长8 km的连接线。公路全线建设标准为四车道高速公路，设计速度100 km/h。路基宽度23 m，其中包括2.0 m的中央分隔带以及0.5 m的左侧路缘带，行车道宽度为2×3.75 m。需要建设桥涵的路段，其设计车辆荷载等级为公路-I级。
　　2 工程设计规范及设计原则
　　2.1 工程设计难点
　　通过严谨细致的地质调查我们发现该公路沿线地形条件复杂，存在较大的纵坡，并且工程所在区域属于我国现代综合交通运输体系的重要区域，该项目属于体系的重要组成部分，也是当地发展旅游行业的重要基础设施项目。所以工程整体的质量要求较高。另外，在隧道建设区域，主要包括粉砂岩、深灰色砂岩等岩石类型，并且岩层受断层影响，发育破碎。工程整体路程较长且位于高海拔地区。该项目穿越多出自然保护区和旅游景区，并且是水土流失重点保护区，需要重点保护施工区域内的地表水和土壤。通过实地调查发现，当地适合做弃土场的区域十分有限;并且整体的地形结构十分复杂，能够作为施工平台的区域很少，施工环境较差。
　　2.2 工程设计原则
　　2.2.1 该项目应该坚持多方案论证优选的原则
　　由于项目本身地质条件相对复杂，影响工程设计的因素较多，设计过程中要考虑公路对沿线村庄、自然保护区、旅游景区、地表水等区域的影响。因此，为了保证设计方案的严谨性，要组织各个行业的专家对设计方案进行反复论证，并分析设计方案对不同对象的影响程度，确定方案的可行性、經济性以及对环境的影响程度，从而保证设计方案的科学性、安全性、环保性。
　　2.2.2 该项目的设计工作应该充分迎合当地地质条件
　　由于地质环境相对复杂，设计过程中应该适当提高质量技术指标，从而保证公路投入运用后驾驶员的行车安全。另外，高质量技术能够在保证施工质量的同时降低工程造价，并让公路路线与当地地形互相协调，避免公路建设行为导致当地出现不良的连锁反应。
　　2.2.3 公路设计应该避免影响当地生态环境
　　相比其他项目，公路项目对于生态环境的影响更大。所以，设计人员在公路路线设计及施工工艺选择上，应该尽量选择对当地生态环境破坏较小的方案。
　　2.2.4 灵活优化部分路线方案
　　在控制设计方案符合总路线走向的前提下，可以对部分路段的路线进行灵活优化，尽量避免极限设计情况的出现，提高公路的安全性和舒适性。
　　2.3 公路设计规范
　　该工程设计工作需要按照以下标准开展。《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》、《公路路基设计规范》、《公路排水设计规范》、《公路沥青路面设计规范》。以上规范均选择国家颁布的最新设计规范。
　　3 复杂地质环境下的高速公路路面设计
　　3.1 对设计因素进行综合考量
　　交通量、水文地质情况、气候条件、地质情况都是影响设计参数选择的重要因素，所以在确定设计参数之前要对设计因素进行综合考量，从而选择符合当地实际情况的路面结构和路面等级。由于该项目所在区域已经建成了同等级的公路，我们设计人员可以调查已有公路路面情况以及公路运行情况，确定当地公路路面容易出现的病害，并选取相应的设计参数，保证公路的使用寿命。
　　3.2 优化路面结构设计
　　在开展设计工作之前，需要根据工程任务书，确定路面的面层类型，并对公路的设计弯沉值和一年内车道累积当量轴次进行预估。然后根据路基的土质类型划分施工路段，一段施工路段的长度控制在500 m左右较好，对于不同路段土基的回弹模量也需要通过调查确定。以上信息得以确定后，即可开始选择路面结构方案，并确定不同结构层的设计参数。对于不满足实际需求的设计方案，需要对设计结构进行调整，材料配比同样也需要重新选择，并通过试验确定材料的抗拉强度是否能够满足实际需求。
　　3.3 项目长大纵坡路段路面设计方案
　　车辆在上坡路段行驶时，往往会将发动机内燃烧不完全的燃油以油雾的形式排至沥青路面上;由于汽油或柴油的性质与沥青相似，则会导致路面上的沥青被稀释，出现路面软化的问题。另外，汽车在长大纵坡路段发生抛锚，往往会由于无法进行拖车处理而被迫在原地维修车辆，这就导致维修过程中泄露的油污导致沥青路面的软化。并且，很多车辆在长大纵坡路段行驶过程中，难以提高车速，路段的运输能力受到影响。
　　基于以上问题，该工程长大纵坡路段路面基层采用具有良好抗疲劳性和水稳定性的材料，下面层采用具有良好抗疲劳性能和抗水损害能力的材料，中间层则根据实际情况，采用高弹性模量的材料，达到抗车辙的目的，上层材料则选用具有良好抗车辙、抗低温、抗老化、抗磨损性能的材料。通过对路面材料的调查分析发现，SMA13细粒式改性沥青混凝土能够满足上层路面的材料需求，在上层路面铺装过程中，通过将沥青混凝土和矿物纤维混合的方式，铺装4 cm后的上层路面。中面层和下面层则分别铺装6 cmsup-20中粒式沥青混凝土和8 cmsup-25粗粒式沥青混凝土。
　　4 设计制度的优化
　　4.1 设计单位的选择与审核
　　在选择公路设计单位时，应该严格审核设计单位的资质和相关的设计经验;尤其是涉及复杂地质环境的公路设计项目，更需要选择具有相关设计经验的设计单位。对于设计单位的技术水平、人员构成、资质情况也应该进行严格的审核，避免设计能力不符合实际要求的单位、无设计资质的小单位、挂靠资质的单位开展公路设计工作。如果设计单位技术水平不足，往往会导致施工过程中出现设计变更，为后续的施工工作带来不必要的麻烦，进而影响施工质量。
　　4.2 保证勘测资料的准确
　　路面材料的选择往往与当地的水文地质情况以及气象条件有着密切的关系，所以在施工前期更要对项目所在地的自然情况进行详细的勘查，以保证勘测资料的准确。准确的勘测资料能够帮助设计单位对潜在的地质问题进行预测和分析，使设计人员能够对路面结构进行适当的调整和优化，避免路面材料或路面结构选择不当导致的公路寿命受到影响。
　　4.3 做好施工前的技术交底
　　施工前的技术交底是避免设计失误导致工程质量问题的重要措施。所以设计单位在开始施工之前，需要与施工单位对设计成果进行分析和评估，对于路面设计上存在的问题及时提出并进行调整，重审设计采用的标准与规范，进一步确定设计理念与设计意图。
　　5 结语
　　复杂地质环境下的高速公路路面设计方案是多样的。目前我国在高速公路设计建设上已经取得了长足的进步，很多设计方案都能有效抵御复杂地质环境对公路路面造成的影响。俗话说：“好钢用在刀刃上。”如何确定公路路面设计方案则显得十分必要。因此，设计人员应该在扎实掌握各项路面设计方法以及各个设计规范导则的前提下，选择适合的路面方案，延长公路的使用寿命，提高公路的安全性。
　　参考文献
　　[1]王茂.复杂山区高速公路总体设计浅谈[J].城市道桥与防洪，2017（11）：21-24.
　　[2]崔永利.寿命周期成本分析在公路路面设计中的应用[J].黑龙江交通科技，2010（7）：218-220.
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