棚洞结构于某美丽公路建设中的应用研究

棚洞结构于某美丽公路建设中的应用研究

发表时间：2018-10-16T14:55:59.377Z 来源：《防护工程》2018年第11期作者：朱浩廖兆华[导读] 这种结构形式在防治公路落石、崩塌等灾害的同时，其通透性，与自然融入的特点为公路增加人文景观，本文简单介绍了棚洞应用现状及特点，并以某美丽公路建设为例，介绍了棚洞结构在该美丽公路建设中的实践，为相关公路建设提供参考。朱浩廖兆华

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摘要：棚洞作为一种半开敞的半隧道结构，应用实例越来越多，这种结构形式在防治公路落石、崩塌等灾害的同时，其通透性，与自然融入的特点为公路增加人文景观，本文简单介绍了棚洞应用现状及特点，并以某美丽公路建设为例，介绍了棚洞结构在该美丽公路建设中的实践，为相关公路建设提供参考。

关键词：棚洞美丽公路景观

1 棚洞结构概述

1.1棚洞结构发展现状

以往山区公路建设过程中，由于地形地貌、工程地质条件、投资规模等原因，不可避免产生大填大挖的状况，对沿线自然环境产生较大的破坏，随着我国交通行业的飞速发展，经济实力的不断增强，原来粗放的发展方式已经越来越不符合时代发展的需要，公路的设计和施工对环境保护的要求日益提高，同时在一些风景优美区域，公路的建设在保护自然环境的同时还应考虑乘客的观景需求，需要在公路设计的过程中充分考虑景观设计。棚洞是一种新型的半隧道结构，这种结构具有半开敞的特点对，在风景优美的伴山区域，相比较明洞和隧道结构，乘客在棚洞中能欣赏到公路沿线的自然景观，在建设绿色公路、美丽公路行业趋势下，棚洞的应用实例越来越多，这种结构形式在防治公路落石、崩塌等灾害的同时，能起到很好的景观效果。

棚洞结构在高速公路建设中较为常见，在低等级公路中应用相对较少。较有影响力的高等级公路棚洞有安徽黄塔桃高速公路龙瀑隧道棚洞（图1），在低等级公路棚洞有云南德钦公路石就棚洞等。

图1 安徽黄塔桃高速公路龙瀑隧道棚洞

1.2 棚洞结构特点分析

棚洞多应用于伴山路段，在路堑开挖完成后，构筑框架或拱形棚顶，后回填缓冲层，总体属于隧道结构一种，多应用于伴山路段，能有效隔绝落石、崩塌、小型泥石流等地质灾害。

1.2.1 棚洞结构形式

棚洞分类标准较多，最常用分类标准为按棚顶结构形式进行分类，可分为框架形棚洞、拱形棚洞和半拱形棚洞。框架形棚洞棚顶结构形式为矩形框架（图2），拱形及半拱形棚洞棚顶结构形式为完全拱形或半拱形（图3），虽然棚洞结构形式较多，但结构受力体系较为类似，主要结构受力构件有基础、纵梁、横梁（拱形结构）、斜腿、棚洞缓冲层、排水设施等。

1.2.2 棚洞结构优点分析

（1）有效隔绝地质灾害，保护生态环境

棚洞结构能有效隔绝地质灾害，车辆行人可以安全从棚洞内部通过，保障公路行车安全，特别适用于崩塌、落石、小型泥石流的防治。在保证公路安全的同时大幅减少山体开挖，支挡防护工程数量少，对山体的破坏少，保护山体植被，将路堑边坡开挖对山体的影响降到了最小的水平，特别有利于沿线生态环境保护。

（2）观景效果好

棚洞结构半开敞，相比较传统的隧道明洞具有通视的特点，乘客通行在棚洞内部能够很好的欣赏到棚洞外侧的风景，在某些风景优美的地区，观景效果明显，这种新颖的结构形式在旅游区、环境敏感区应用前景广阔。

（3）经济效果好

棚洞是半开敞式的结构，为自然通风和照明，节省了这部分费用，降低了公路在运营期成本，相比较传统隧道明洞，在建设和运营成本方面都具有一定优势，非常适合在伴山路段修建。

（4）与环境协调性较好，自身为一景观

棚洞伴山修建，其主体结构与山体融为一体。在解决落石、崩塌等灾害的同时，通过上部植草绿化，配合地域化风格装饰，能自成一景，特别契合绿色公路、美丽公路等理念，代表公路发展方向。

2 某美丽公路建设现状

某美丽公路建设位于怒江大峡谷，怒江大峡谷位于雄壮的高丽贡山与碧落雪山之间，为“三江并流”世界自然遗产一部分，山高谷深，平均高差达2000多米，最深处约4000多米，江水汹涌，气势磅礴，奇景世界所罕见，峡谷成南北走向，北至亚努藏布大峡谷，在云南境内长达300余公里，为少数名族地区，有傈僳族、独龙族、藏族、怒族等少数民族，地域文化独特，被誉为世界上最长、最美丽的“东方大峡谷”。

该美丽公路为进出怒江大峡谷唯一主干线。全长286.68公里，起于贡山县丙中洛镇，接丙中洛至察瓦龙线，路线由北往南顺怒江沿岸布线，沿途经贡山县、福贡县，止于六库镇。全线采用设计速度40km/h二级公路标准，局部困难路段采用30km/h设计速度。结合怒江大峡谷自然人文景观，美丽公路着力打造集安全畅行通达、旅游休闲观光、民族文化体验、自助自驾服务、生态文明展示等功能为一体的“路在江边走、人在景中游”的怒江大峡谷最美公路。

3 棚洞设计概况

该美丽公路一标段里程桩号K27+409～K27+625段地形地质条件差，既有路基宽度不足，路基填挖施工难度大，上边坡坡体陡峭存在崩砂落石风险（图4），同时该段陡崖毗邻怒江，江水汹涌，气势磅礴，自然景观优美，该段原方案为隧道方案，为充分满足美丽公路观景需求，改为棚洞方案，设置积哇棚洞一座，全长216m。

3.2棚洞结构设计

（1）纵梁设计

纵梁沿路线纵向布设连接底部桩基与上部斜腿，并于底板搭接，形成整体结构（图6）。这种结构受力明确，结构简单，提高结构体系整体刚度，施工方便。据受力分析来看，横梁主要起传递竖向荷载的作用，将棚洞所承受的山体土压力及结构荷载均匀传递至桩基上。

图6 棚洞纵面结构图

（2）桩基设计

棚洞桩基采用挖孔灌注桩，根据结构反力验算，桩基采用1.2m圆形断面。在棚洞节段（相邻两沉降缝之间记为一个节段）内，沿路线纵向布置间距为5m；桩底嵌入中风化基岩深度不小于2.5D（D为桩径），桩顶嵌入纵梁内，底部钢筋超出桩顶1.3m，并采用外扩形式，更高的与纵梁搭接。

（3）斜腿设计

棚洞外侧设置斜腿结构，使结构稳定性力及抗倾覆性更强，斜率为1：0.1，正截面采用100cm×120cm断面，斜腿中心与底部桩基中心重合，有效传递竖向荷载。斜腿设置间距于桩基一致。由于设置斜腿结构，棚洞外侧镂空，有利于洞内照明及通风，同时增加其观景效果。

3.3 棚洞缓冲层设计

根据现场地质情况，边坡高出地面约100m，且飞石块体直径较大。根据这一特点，采用有效的措施吸收飞石动能，在洞顶设置缓冲层。缓冲层共分为两层：第一层为碎石土对方2.5～5.5m，第二层为粘土隔水层厚30cm。施工时按设计实际收坡线回填，若飞石堆积超过1：2的设计荷载线，应进行清除。在洞门段长6m的范围内，横向回填边坡为1：5，纵向填土边坡为1：6。

3.4棚洞景观设计

积哇棚洞位于藏文化区，在棚洞景观设计方面紧密结合藏文化元素，突出藏族特色。

棚洞洞门的框架上方采用双重挑檐设计，这与藏式门窗有异曲同工之妙，地域化特征明显。同时也采用红、黑、黄、白等藏族特色色