青海西部低交通量低造价高速公路设计

吴冰

提要：青海西部更需要高速公路。地区独特的地形地貌、气候、水文、地质特点，设计低造价公路是完全可能的。对完工路基测定弯沉值，优化路面结构设计是低造价的重要举措。

青海西部高速公路建设低造价是可能的有依据的

“青海西部”泛指青海省青海湖以西，海拔4000m以下非多年冻土地区。虽为高原，但地势平坦。气候干燥，年降水量占年蒸发量不足百分之一。地基土壤含水量低，冻胀极小。著名的柴达木盆地地基土壤主要为砂砾（近山区），砂性土、粉性土和盐渍土，极难找到粘性土壤，植被稀少，覆盖土层薄。没有大江大河。少数地段有砂丘。近盆地中心地面以下可见饱和卤水。气候干燥使氯盐盐渍土不发生淋溶作用。当气温超过结晶水脱水温度时，硫酸盐体积缩小，相反则膨胀。干燥状态的氯盐盐渍土和处于结晶状态的硫酸盐盐渍土具有充分的强度。以当地气象资料为依据，对防止硫酸盐盐渍土公路路基膨胀和消沉，青海省公路设计部门有特点的实践经验。

“青海西部”良好的地质条件，土壤颗粒粗，含水量小，加上独特的气候条件，天然地基具有充分的稳定性。

“青海西部”筑路，常常选择具有较高强度和水稳定性的路基填料。

“充分利用天然地基的强度，有选择地采用路基填料”是这个地区的公路设计经验和特点。抓住这个特点，青海西部高速公路建设低造价就有了依据。

路基设计填土不必太高，边坡放缓些（例如：1:3），路面总厚度可减薄，护栏大可减少。

没有隧道。桥梁结构简单，桥基或桥桩深度较浅，桥梁经济实用跨径较小。平均每公里公路所需桥梁不足几十米。涵洞数量也少，平均每公里公路只需布置2—3道。

近期交通量不大。互通或分离式立交数量也极少。

上、下行车道可就地形布置整体或分离式路基和桥梁。

禁入栅可以和牧区“草库仑”相结合，防止牛羊进入公路。同时又可保护牧草地。

公路设计涉及环保方面的内容相对较少，征地拆迁安置工作量也较少。

因此，青海西部地区高速公路建设低造价是可能的，有依据的。

低交通量低造价条件下高速公路建设实行BOT方式有明显经济效益

青海西部城镇相距较远，动辄数十、数百公里，“快速、便捷、安全”的高速公路更属首选，以体现“express”之本质，尽管目前交通流量还不太大。

研究表明低交通量低造价条件下，青海西部公路建设采取BOT方式运作，其经济效益并不低于大交通量，高造价收费公路，内部收益率IRR可在9以上。此项研究结果可见“公路建设20问”（2007年同济大学出版社）其中的第6问。实行计重收费制更能提高投资回收效益。

三、重视研究路面结构设计是低造价的重要方面

“青海西部”公路建设总造价中路面造价所占比重远高于国内其他地区。因为路基强度高，路面总厚度可以减小，表1和2列示以路基弯沉测定值为依据的路面结构设计结果。结构层不设底基层，是该地区路基填料品性好，路基强度高的缘故，是当地久远的设计经验。日本道路协会推荐的TA和H设计值（表3）可以用作引证。

1、设计计算表1

结构图式 细粒式密级配沥青混凝土

粗粒式密级配沥青混凝土

水泥稳定碎石

路基

路面设计标准 路基 h3

(cm) m

(Mpa) ks s/ks

(Mpa) 抗弯拉强度鉴别

Ne

(次/车道) Ld

(mm) Eo

(Mpa) Lo

(mm) 符合下限标准 符合上限标准

1×106 0.379 20 4.38 39 0.249 1.60

0.250

0.375 √ √

40 2.19 29 0.310 √

60 1.46 24 0.339 √

80 1.09 20 0.366 √

100 0.88 17 0.385

5×106 0.274 20 4.38 51 0.169 1.91

0.209

0.314 √ √

40 2.19 39 0.213 √

60 1.46 33 0.236 √

80 1.09 29 0.251 √

100 0.88 25 0.271 √

1×107 0.239 20 4.38 57 0.143 2.06

0.194

0.291 √ √

40 2.19 45 0.174 √ √

60 1.46 38 0.197 √

80 1.09 33 0.215 √

100 0.88 30 0.222 √

注：1.标准车测试条件下Lo=；2.高速和一级公路沥青混凝土路面面层，半刚性基层Ld=600Ne-0.2(1/100mm)；3.水泥稳定碎石抗拉结构强度系数Ks=0.35Ne0.11；拉劈裂极限强度s=0.40~0.60Mpa；4.路面材料回弹模量取值（Mpa）。

计算弯沉用 计算弯拉应力用

E1 1400（20℃） 2000（15℃）

E2 1000（20℃） 1200（15℃）

E3 1500 3600

2.计算结果汇总表2

Ne(次/车道) 1×106 5×106 1×107

Ld(mm) 0.379 0.274 0.239

E0(mpa) L0(mm) TA H TA H TA H

20 4.38 32 49 38 61 42 67

40 2.19 26 39 32 49 35 55

60 1.46 23 34 28 43 31 48

80 1.09 21 30 26 39 29 43

100 0.88 19 27 24 35 27 40

注：TA——折算成沥青混凝土的路面厚度，本例中TA=10+0.55h3；H——路面总厚度，本例中H=4+6+ h3；TA和H的单位均为厘米。

3.日本道路协会推荐的TA和H设计值（厘米） 表3

路基土

CBR值 道路等级

L A B C D

TA H TA H TA H TA H TA H

2 17 52 21 61 29 74 39 90 51 105

3 15 41 19 48 26 58 35 70 45 83

4 14 35 18 41 24 49 32 59 41 70

6 12 27 16 32 21 38 28 47 37 55

8 11 23 14 27 19 32 26 39 34 46

12 — — 13 21 17 26 23 31 30 36

等于或大于20 — — — — — — 20 23 26 27

注：道路等级根据交通量划分，交通量按一个车道重车日交通量计，L级小于等于100，A级100~250，B级250~1000，C级1000~3000，D级大于3000。“重车”系指货车，大客车和特种车辆，如集装箱。“重车”标准车荷为5吨。详见“Manual for design and construction of asphelt pavement”1980,Japan Road Association.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。