将决定线形指标的六个相关因素和对其最有利的各平、纵、横线形及指标进行连接，见图2-14，可以看出其中直线中的长直线、较长直线，平曲线中的大于1 500 m半径、1 000 m半径，3%纵坡，0.5 m低路堤，4 m中浅路堑等线形指标和六个因素最相适应。有利于舒适性的线形指标有长直线、大半径平曲线、小纵坡、低路基、中低路堑。次佳线形为较长直线、大半径平曲线。......
2023-09-22
沙漠公路经济性分析：风积沙路基公路设计、施工与防沙
【摘要】：沙漠公路受当地自然条件制约，施工条件差，材料运距远，受当地经济、社会等多种因素的制约，公路投资往往十分有限。图3-10 路基高度与造价关系图根据以上经济性分析曲线和公路使用要求，二级及二级以下沙漠公路，其路基高度应在1.5 m以下比较合理，且这样的高度也适宜于风沙流顺利通过。
沙漠地区干旱少雨，自然条件恶劣，蒸发量大，植被稀疏，风力作用活跃，地表水极度贫乏，人烟稀少。沙漠公路受当地自然条件制约，施工条件差，材料运距远，受当地经济、社会等多种因素的制约，公路投资往往十分有限。要设计经济合理的路基高度，既满足沙漠公路防止沙害和其他病害要求，又能最大限度地减少工程造价，是沙漠公路路基合理填土高度首要考虑的因素。沙漠公路路线长，自然生态十分脆弱，减少由于自然生态破坏而造成的土地沙漠化，也要求在公路取、弃土方面尽量少破坏自然植被，即尽量减少取、弃土的数量，避免不合理的取、弃土，而这些都与沙漠公路的路基高度有着密切的关系。路基愈高，对自然现状破坏愈严重，对公路本身而言，具体体现在路基土方多少及路基防护方面。
下面以沙漠公路S217线巴彦浩特—头关段公路预算为例，将在路基宽12 m、边坡坡度为1∶3情况下，分析路基土方及其造价的关系。
图3-8 路基高度与土方数量的关系（一）
从图3-8、表3-3可知，随着路基填土高度的增大，路基土方及工程造价也不断升高。路基填土高度越高，每增加一定高度，路基土方及工程造价增加的幅度就越大。
表3-3 每米不同路基高度工程造价
沙漠公路所处的地理位置、气候条件及沙质特性决定着沙漠公路施工与一般公路有着本质的区别。一方面，沙区路基碾压成型后不易保持，易松散，路基水分损失快，施工车辆在路基上行车困难，这就要求有较好的施工条件来快速施工，以减少不必要的重复工作。路基上层施工前往往还需对下层压实层做进一步处理，土基最上一层或中间层需设保护层以保证成型路基的稳定，这无形中增加了工程费用。另一方面，沙漠地区普遍干旱少雨，水源供给困难，平均运距远，洒水后路基渗透快，增加了沙漠路基压实成本，因而路基造价加大。而沙漠地区受地表水影响甚微，受风沙影响较大，沙埋、风蚀是沙漠公路主要病害，而沙埋、风蚀又主要是由路基防护来解决的，路基主体及线外防护措施工程造价占有相当比重，这也是沙漠公路区别于其他公路的一个显著特点。综上所述，沙漠地区路基高度直接影响着施工难易、路基土方造价及防护工程形式、造价。路基高度增加，土方工程造价及防护工程造价也相应提高，工程成本及环境破坏程度也增大，因而环境治理费用也相应增加。因此，合理的路基高度是在满足沙漠公路使用要求的条件下，还要满足风沙对公路的危害程度较小，且工程造价较低、环境破坏程度较小基础上的合理路基填土高度。
图3-9、图3-10为不同路基高度下路基土方及造价数量及其关系曲线。从图中曲线可以看出曲线段斜率表示造价随路基高度增幅快慢程度。路基高度大致可分为三个区段：路基高度在0～1.5 m范围内，路基土方及造价随路基高度增幅较为缓慢；路基高度在1.5～3.0 m范围内，增幅有所提高；3.0 m以上增幅较大，即随路基高度增加，工程造价提高较快，这由表3-3中不同路基高度段每增加一定高度，土方造价差异也可以显现出来。无论是以工程造价而言，还是从路基的施工方便和成本而论，路基高度在小于1.5 m范围内较为理想，沙漠公路大多数为单侧或两侧取土，土方容易被调到碾压现场，而随着路基高度的增加，取土深度和宽度也随之增加，单侧或两侧取土就增加了难度，到了一定的路基高度如2.0～2.5 m以上，单侧或两侧取土就较为困难，部分土方必须采用远运土来解决问题，这样显然增加了土方的造价，从经济角度而言是非常不合算的。再者，施工运土车辆在沙基上行走困难，对未完全成型路基的稳定性也会有很大的影响，易造成沙基推移、坑槽等，破坏沙基的平整度。
图3-9 路基高度与土方数量的关系（二）
按照公路的使用要求，高速及一级公路基本为全封闭和半封闭，路基高度一方面考虑到公路交通流量大，要求路面较厚，强度高，路基稳定性好；另一方面，为方便路线两侧树木、乡村及居民的机动车及牲畜的横向穿行，需设置一些地下过路通道，因此，高速公路和一级公路的路基相对较高。以内蒙古省际通道桑根达来—公主埂沙漠地区一级公路为例，路线穿越浑善达克沙地平原微丘区，路基平均高度为2.43 m，这都是考虑了高速、一级公路使用要求及地形地貌特征而决定的。而二级及二级以下公路与高速、一级公路有明显不同，无论是交通量、使用要求，还是路基稳定系数、路用设施，都与高速、一级公路有着很大的差别。而且，二级及二级以下公路都没有中央分隔带，也没有封闭。因而，二级及二级以下公路的路基高度也与高速、一级公路有着显著的区别。高速、一级公路更注重保持公路稳定，保证交通畅通，尽量避免沙害的发生，减少养护费用；二级及二级以下公路受投资等诸多因素的制约，其路基高度考虑经济造价更多一些。
图3-10 路基高度与造价关系图
根据以上经济性分析曲线和公路使用要求，二级及二级以下沙漠公路，其路基高度应在1.5 m以下比较合理，且这样的高度也适宜于风沙流顺利通过。
对于高速公路和一级公路，其路基高度更多的是考虑其使用要求，一般填土高度宜不高于3.0 m，一方面这个高度比较经济；另一方面，大于3.0 m的沙区路基，其边坡防护形式在设计中往往发生根本性变化。以包头—东胜一级公路为例，在沙区路段，大于3.0 m的填方路段，路基边坡采用拱形混凝土预制块中间植草防护；小于3.0 m的路段，则单纯采用格状植草予以防护。据调查资料，沙柳沙障考虑运费、栽植费等因素，以1 m×1 m规格为例，每亩用沙柳条8 t，每吨80元，加运费40元、栽植费360元，费用为（1.6元／m2）×2.0元／m2。而拱形预制混凝土块价格为21.48元／m2。前者以工程措施为主，后者则以植草防护为主，其工程造价显而易见。
以内蒙古省际通道桑根达来—公主埂段一级公路为例，各项经济指标如下：
（1）土方方面：
机械土方2.74元／m3；
人工土方5.23元／m3；
填方压实4.69元／m3；
汽车运土7.26元／m3。
（2）沙基防护工程：
碎石土封闭边坡56.68元／m3；
植物网格沙障0.37元／m2；
混凝土预制块网格护坡5.07元／m2；
土方压实后的平均造价为14.69元／m3。
防护工程方面，路基填高小于3.0 m，路基边坡采用碎石土封闭，厚15 cm，平均造价为8.50元／m2；路基高度大于3.0 m，路基边坡采用混凝土预制块网格护坡，中间填碎石土，仅考虑25＃混凝土预制块边坡部分工程造价，为31.19元／m2，这已经是碎石土封闭造价的3.7倍。
不同的路基高度，其路基占地面积也不相同，路基取土坑随路基高度的增加而加大，公路建设费用也增加。增用土地费1 185.94元／亩（1亩＝666.67 m2）。
表3-4为桑根达来—公主埂不同路基高度下路基占地面积（每米）。
表3-4 桑根达来—公主埂路基占地面积（每米）
由图3-10可以看出，随着路基高度的增加，工程费用不断上升，当路基高度大于3.0 m时，为保证路基的稳定，往往采取一些其他更强有力的路基边坡防护措施来保证沙基的稳定，避免路基边坡的风蚀和水蚀。由表3-5中可以看出，路基高度大于3.0 m时，由于路基边坡防护工程措施由植物防护变为混凝土预制网格状防护，工程费用急剧上升，也增加了施工难度。在施工过程中，两侧或单侧机械取土调运到路基上变得不易，远运方工程数量比例增加。在路基填筑过程中，由于防护工程不能同步进行，路基越高越容易遭受风蚀、水蚀，加大整形、修补工程费用，也影响工程质量和沙基的稳定。因此，从工程造价而言，沙漠地区公路路基高度不宜大于3.0 m，这对路基减少风蚀、降低工程造价都是有利的，对保持路基稳定也同样重要。
从表3-5中还可以看出，路基填土高度在较低的情况下，路基填土高度每增加0.25 m，工程费用增加的数额随路基高度的增加而增大：路基高度由0.5 m增加到0.75 m时，工程费用增加120.86元；路基高度由1.0 m增加到1.25 m时，工程费用增加131.88元；路基高度由2.0 m增加到2.25 m时，工程费用增加153.91元；路基高度由4.0 m增加到4.5 m时，工程费用增加473.23元；路基高度由5 m增加到5.5 m时，工程费用增加517.30元。可见，路基越高，每增加同样的路基高度其工程费用增加的幅度也越大。无疑，较高的路基无论从工程造价方面还是从路基稳定性方面，都是不利的。因此，沙漠地区路基合理填土高度应在3.0 m以下。
表3-5 桑根达来—公主埂一级公路不同路基高度造价表
（续表）
注：B＝25.5，I＝1∶3，h为路基高度，土方压实后单价为14.69元／m3。
当h≥3.0 m时护坡造价为31.19元／m2，当h≤3.0 m时护坡造价为8.50元／m2。
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