高海拔寒冷地區(qū)公路設(shè)計理念及其應(yīng)用

1、高海拔寒冷地區(qū)公路設(shè)計理念及其應(yīng)用摘要：眾所周知，我國幅員遼闊，高海拔地區(qū)分布廣泛，這些地區(qū)具有氣候惡 劣、地貌條件特殊以及生態(tài)系統(tǒng)脆弱等特點，同時，又由于社會、政治環(huán)境的復(fù) 雜性，使得該類地區(qū)的公路建設(shè)往往具有較高的難度。就目前而言，我國對高海 拔寒冷地區(qū)公路建設(shè)的研究大多還停留在微觀層面，而對于其設(shè)計整體的理念和 研究還很不夠。傳統(tǒng)形式上以工程為主體的設(shè)計和施工理念已經(jīng)很難應(yīng)對如今高 寒地區(qū)的惡劣環(huán)境。因此，為了實現(xiàn)高海拔地區(qū)公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的這一基本 目標(biāo)，就需要全體工作人員的共同努力。基于此，本文將對高海拔寒冷地區(qū)的公 路設(shè)計理念及其應(yīng)用進行簡要分析。關(guān)鍵詞：公路；高海拔寒冷地區(qū)；設(shè)

2、計理念；應(yīng)用研究前言較低海拔地區(qū)而言，高海拔寒冷地區(qū)氣候環(huán)境特殊，常年低溫缺氧，特殊土 質(zhì)分布廣泛，同時，又因其生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，容易受到外部 環(huán)境的干擾而發(fā)生退化演替等一系列問題，當(dāng)受到外界的消極影響時，其自我修 復(fù)能力較弱，需要很長的時間才能恢復(fù)，這些不利的自然條件給高海拔寒冷地區(qū) 的公路設(shè)計以及建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。與此同時，相關(guān)部門及工作人員還需認 識到在高海拔寒冷地區(qū)，自然環(huán)境的變化不僅會引起人與機械設(shè)備系統(tǒng)的變化， 還給環(huán)境與生態(tài)的恢復(fù)提出了更高的要求。然而，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，為了建立起通達、便利的交通系統(tǒng)，對于 高海拔地區(qū)高速公路的建設(shè)與完善就成了必經(jīng)之路。

3、同時，隨著建設(shè)規(guī)模的不斷 擴大，工程施工也給生態(tài)、環(huán)境與資源帶來了巨大的壓力，資源、環(huán)境與工程建 設(shè)之間矛盾的日益加深也成為了制約交通運輸與經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。因此，為 了有效解決這一難題，就需要充分實現(xiàn)公路建設(shè)與區(qū)域環(huán)境之間發(fā)展的協(xié)調(diào)性， 如此一來，公路路線以及設(shè)計方式的選擇就成為重中之重。1高海拔寒冷地區(qū)公路建設(shè)研究現(xiàn)狀分析作為在高海拔寒冷地區(qū)建設(shè)施工中影響工程建設(shè)的重要因素，凍土一直都是 國內(nèi)外學(xué)者研究的重點問題之一。其中，在公路與鐵路的建設(shè)方面，目前研究主 要側(cè)重于對凍土的處理以及對凍土地區(qū)筑路材料、道路病害、養(yǎng)護技術(shù)等方面的 提升。研究表明，多年來，由于受到凍土的影響，西伯利亞的凍土

4、地區(qū)在鐵路以 及公路的修筑過程當(dāng)中飽受凍土帶來的災(zāi)害。此外，為了對病害進行有效的防治 和消除，人們也陸續(xù)開始著手研究預(yù)防措施。就目前已有的工程措施來看，基于對地溫影響的方式和角度，我們可以主要 將這些預(yù)防措施分為主動和被動兩大類。前者主要是指對凍土的熱狀況進行主動 的改造，使其向有利于工程穩(wěn)定的方向發(fā)展；而后者則是指對地溫的原始狀態(tài)進 行維護或者采取一定的措施來減弱凍土的退化程度。此外，為了有效消除凍土地 區(qū)的道路病害，常常使用的方法主要包括增大路基高度、采用塊石路基等通風(fēng)路 基、拋石護坡、改善排水條件等。與此同時，對土工織物進行加筋牢固、輕質(zhì)回 填以及澆筑鋼筋混凝土路面等手段也能夠在一定程度

5、上對凍土地區(qū)的病害防治提 供具有參考性的經(jīng)驗。2高海拔寒冷地區(qū)的環(huán)境特征介紹2.1高海拔寒冷地區(qū)的自然環(huán)境特征通過調(diào)查研究，我們可以將高海拔寒冷地區(qū)的自然環(huán)境特征主要歸納為以下 幾個方面：第一，大氣干燥、潔凈，太陽輻射強度高。由于高海拔地區(qū)地勢高聳， 全天日照時間較長，空氣稀薄潔凈，使得大氣透明度高。同時，陽光透過大氣層 是能量損失較少，因此其輻射強度較一般地區(qū)要高出很多。第二，氣壓較低，含 氧量少，且溫差較大。高海拔地區(qū)大氣密度較小，氣壓低，含氧量少，且氣溫隨 著海拔高度的上升而下降。第三，降水較少、地域差異大，干濕季分明。這些地 區(qū)夏季熱而氣壓低，表現(xiàn)為明顯的濕暖降水天氣，而冬季干寒且大風(fēng)

6、，獨特的季 風(fēng)產(chǎn)生了明顯的干濕季變化。此外，還具有物種豐富、自然資源多且儲量大的顯 著特征。2.2云南高海拔地區(qū)地質(zhì)特點在進行云南高海拔地區(qū)公路設(shè)計過程中，最常見的問題就是特殊土質(zhì)的廣泛 分布，如凍土、紅黏土等。在這些特殊土質(zhì)上進行公路設(shè)計時，經(jīng)常會受到地質(zhì) 條件的限制。同時公路的修筑還會影響多年凍土的平衡，從而引發(fā)多年凍土的退 化和升溫。特殊的地質(zhì)條件、地理條件、氣候條件將會導(dǎo)致該地區(qū)的公路路面出 現(xiàn)比較嚴重的病害，如道路的大波浪變形、縱向開裂、不均勻沉降等。除了特殊 土質(zhì)外，云南高海拔地區(qū)還是泥石流、地震、坍塌、滑坡等自然災(zāi)害的高發(fā)區(qū)域。 因此，在進行公路設(shè)計過程中要對其進行合理的規(guī)劃，并

7、采取有效的措施給予預(yù) 防和解決，以確保公路施工的順利進行。3高海拔寒冷地區(qū)中傳統(tǒng)公路設(shè)計理念存在的主要問題3.1冬季冰雪災(zāi)害導(dǎo)致高頻交通事故道路交通安全事故的發(fā)生原因是多方面的，一般而言，車、人、路、環(huán)境構(gòu) 成了一個動態(tài)的交通系統(tǒng)，在特定交通環(huán)境的影響之下，當(dāng)這個系統(tǒng)當(dāng)中的某一 個因素發(fā)生了變化，導(dǎo)致了系統(tǒng)的失衡，就很容易引發(fā)交通事故。與此同時，由 于在高海拔的寒冷地區(qū)具有冬季積雪冰凍、春季反復(fù)凍融的氣候特點，這種不利 于交通的氣候條件也在一定影響了車輛的出行安全。此外，冰雪覆蓋的道路上往 往導(dǎo)致車輛車輛碰撞與刮擦事故概率的明顯增長。當(dāng)車輛在覆有冰雪的路面上行 使時，由于此時車輪與路面之間的摩

8、擦系數(shù)較小，其附著力也會隨之降低，那么 就很容易導(dǎo)致汽車的轉(zhuǎn)向以及制動性能降低，故而引起車輛打滑、剎車失靈等現(xiàn) 象。冰雪還會阻礙駕駛員的視線，容易造成緊張的駕駛情緒，而這也是導(dǎo)致交通 事故多發(fā)的原因之一。3.2工程質(zhì)量深受冬春季節(jié)交融威脅一般而言，在高海拔寒冷地區(qū)冬季的凍融循環(huán)次數(shù)較高，又因秋冬交替時的 頻繁降雨，導(dǎo)致了更為嚴重的混凝土凍融現(xiàn)象。與此同時，如今普遍使用的除雪 劑主要以鹽類居多，而這更為混凝土的凍融破壞提供了有利的外部條件，導(dǎo)致大 量的伸縮縫、防撞墻有機防護欄等在短期內(nèi)即出現(xiàn)起皮、剝落以及松散等現(xiàn)象， 大大縮短了道路的使用壽命。自然環(huán)境氣候往往變化多端，瀝青面層與水泥混凝 土面板

9、在溫度是濕度的交替變化之下，很容易收縮開裂，裂縫的不斷產(chǎn)生和發(fā)展， 繼而形成了網(wǎng)狀裂縫。上述問題的出現(xiàn)不僅在很大程度上降低了道路的服務(wù)水平， 還破壞了路面結(jié)構(gòu)的整體性，使得路面結(jié)構(gòu)的強度降低，從裂縫中滲入的地表水 無法及時排出，進而對基層的強度造成了嚴重的破壞。3.3工人的身體健康、工作效率受到低溫、缺氧環(huán)境的影響工人們在對道路進行施工建設(shè)的過程當(dāng)中，在低溫的環(huán)境之下，若是人體內(nèi) 的體溫調(diào)節(jié)中樞的產(chǎn)熱量不足以對地溫條件下散失的熱量進行補償，那么人體就 無法維持正常的溫度。體溫下降會導(dǎo)致人體內(nèi)物質(zhì)的代謝速度變慢，情況嚴重時 還可能使人體神經(jīng)系統(tǒng)的機能普遍降低，進而引發(fā)呼吸及人體循環(huán)系統(tǒng)的衰竭，

10、最終導(dǎo)致死亡。對于在高海拔低溫地區(qū)工作的工人而言，低溫環(huán)境下不僅會導(dǎo)致 凍瘡、浸漬足等疾病，也十分容易誘發(fā)心絞痛、心肌便塞、高血壓、支氣管哮喘、 支氣管炎、上呼吸道感染、肺炎等重大疾病。此外，在高海拔的地區(qū)工作，缺氧 也是另一項威脅。在高原地區(qū)，由于氧氣分壓較低，很容易導(dǎo)致人體組織損害并 使器官產(chǎn)生功能性的病變。人體長時間處于缺氧的環(huán)境，使得顱內(nèi)壓輕度增大， 腦組織代謝產(chǎn)生障礙，繼而使得大腦皮層功能失調(diào)，呼吸及心跳加快。4高海拔寒冷地區(qū)公路設(shè)計新理念的有效措施4.1以安全為核心，樹立質(zhì)量第一意識一直以來，不論是國內(nèi)外，對于公路設(shè)計的理念，安全一直都是重點考慮的 第一要素，因此，保障公路的安全就

11、成了公路設(shè)計的基本原則之一。在各國有關(guān) 公路設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范當(dāng)中，這一原則得到了充分的體現(xiàn)。廣義上來說，公路安 全主要包括公路設(shè)施自身安全、運行車輛行駛安全及行人安全等部分的內(nèi)容。其 中，公路自身設(shè)施安全主要是指像路基、路面、橋梁等結(jié)構(gòu)上具有防止倒塌的能 力。高速公路安全的建設(shè)問題關(guān)系到千家萬戶，也一直受到社會各界的重點關(guān)注， 因此，在對公路的建設(shè)以及設(shè)計方案進行確定之前，有關(guān)設(shè)計工作者有必要將安 全問題擺在首要位置，使公路的設(shè)計更加符合行車安全的準(zhǔn)則，同時，在公路中 為行車保有足夠的安全空間。4.2以功能為導(dǎo)向，樹立功能主導(dǎo)意識公路設(shè)計與其它任何形式的設(shè)計共通的地方在于它也是基于滿足人們基本

12、需 求的前提。設(shè)計需要滿足一定的科學(xué)性，同時，這項工作本身也是一門藝術(shù)，但 它又不僅僅是藝術(shù)，設(shè)計師在設(shè)計時還要充分表現(xiàn)出它的功利性，使其在使用的 過程當(dāng)中體現(xiàn)出它的設(shè)計價值。高海拔寒冷地區(qū)多位于我國西部，這些地區(qū)往往 地形、地質(zhì)、氣候等自然條件惡劣，為經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)。此外，由于這部分地區(qū) 在政治、經(jīng)濟以及軍事、民族方面問題的突出，因此對于緊急救援的需求較為強 烈，從這一方面來說，公路建設(shè)的必要性僅僅以交通量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)已不具備基 本的參考價值，而是應(yīng)以功能的主導(dǎo)性為指導(dǎo)，從西部大開發(fā)、民族團結(jié)以及社 會公平等層面進行考慮，充分強調(diào)該項目的特色以及現(xiàn)實意義，以獲得國家層面 的理解和支持。4.3

13、以人為本，樹立勞動保護意識除此以外，由于身處高海拔寒冷地區(qū)特殊的自然環(huán)境，人的身體健康以及相 應(yīng)的勞動力很容易受到影響，因而也會導(dǎo)致工作效率上的顯著降低，而這些恰恰 是導(dǎo)致高寒地區(qū)勞動力流失以及施工隊伍不穩(wěn)定的主要原因?；诖?，就需要有 關(guān)施工企業(yè)根據(jù)具體的情況采取適當(dāng)?shù)拇胧?，切實保障施工人員的合法權(quán)益，以 充分調(diào)動他們的工作積極性，進而在一定程度上提高特殊自然環(huán)境下工作人員的 工作效率。與此同時，針對目前普遍存在的高寒地區(qū)下施工人員流失、施工隊伍 不穩(wěn)定以及施工人員身體健康受威脅等客觀事實。有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)堅持以人為本的 指導(dǎo)思想，建立健全完善的醫(yī)療、衛(wèi)生、后勤保障制度，同時輔以適當(dāng)?shù)墓べY激 烈

14、措施，以充分挖掘出施工人員的內(nèi)在潛力，在提高施工隊伍穩(wěn)定性的同時也切 實保障工人的工作效率。5基于新理念結(jié)合云南省地形地質(zhì)的高海拔寒冷地區(qū)公路設(shè)計應(yīng)用5.1路線設(shè)計進行路線多方案比選：云南省高速度公路高海拔地段主要為越嶺線，地形 地貌多變，可選走廊帶較多，因此做好路線方案比選尤為重要。重視地質(zhì)選線: 地質(zhì)選線是貫徹總體設(shè)計理念，堅持安全第一、節(jié)約資源，控制規(guī)模，全壽命周 期成本最優(yōu)化總體設(shè)計原則的最合理的措施方法。高海拔區(qū)域地質(zhì)往往由于受地 質(zhì)構(gòu)造影響較大，不良地質(zhì)發(fā)育，在具體項目勘察設(shè)計工作中應(yīng)重視地質(zhì)選線， 結(jié)合云南省項目區(qū)域地質(zhì)情況加強地質(zhì)勘察，合理地進行路線設(shè)計。重視道路 安評報告的編

15、制及利用：高海拔區(qū)域高速公路設(shè)計中往往存在長大縱坡路段，勘 察設(shè)計各階段中從公路使用者行車安全性的角度對公路項目設(shè)計成果進行的道路 安全評估成果，可以檢查核實勘察設(shè)計成果的安全性、舒適性?？梢栽趦?yōu)化各專 業(yè)設(shè)計工作（如路線設(shè)計、加水站、避險車道設(shè)計；互通及沿線設(shè)施設(shè)計等）。5.2路基路面設(shè)計對策措施加寬路基：路基橫斷面盡量采用半填半挖的形式，當(dāng)必須采用挖方時，應(yīng) 盡量避免采用深路塹，利于排水、除雪；在積雪嚴重的地段，適當(dāng)加寬路基。 放緩邊坡：迎風(fēng)面的邊坡應(yīng)盡量放緩，在冰雪嚴重的地段，考慮設(shè)置積雪平臺。增加防凍層：高海拔區(qū)域受氣候影響，積雪冰凍較為嚴重，設(shè)計中應(yīng)重視調(diào)查 路線區(qū)域內(nèi)氣候、氣象情況

16、，對路面結(jié)構(gòu)層優(yōu)化設(shè)計，如有必要將增設(shè)防凍墊層。5.3交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計對策措施適當(dāng)設(shè)置可變情報板，建立和氣象部門的信息聯(lián)動機制，對該路段進行氣 象、路況等信息的發(fā)布；在冰雪路段起、止點附近結(jié)合氣候和交通量狀況，設(shè)置 可變限速標(biāo)志，用于特殊氣候條件時的速度控制和交通誘導(dǎo)。設(shè)置消能減速護 欄，加強交通預(yù)告標(biāo)志設(shè)計，設(shè)置警示標(biāo)志和減速標(biāo)線，有效控制車速。沿線設(shè) 施方面，考慮在沿線設(shè)置檢修坪，供車輛檢修。6結(jié)束語綜上所述，高海拔寒冷地區(qū)惡劣的自然環(huán)境、復(fù)雜的地址條件以及脆弱的生 態(tài)環(huán)境等特點就注定了公路的建設(shè)工程具有十分的復(fù)雜性，尤其是對于高速公路 建設(shè)工作的特殊性而言，其難度更大。這些特殊條件的存在給工程的建設(shè)施工帶 來了巨大的挑戰(zhàn)，同時，也是制約著公路工程發(fā)展的重要因素之一。但是，我們 仍然要對高海拔寒冷地區(qū)公路建設(shè)的必要性進行重視，雖然這些地區(qū)人口較少且 欠發(fā)達，但卻具有重要的民族和國