甘肅省隴東黃土地區(qū)二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)分析

高明明

（甘肅恒路交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

“十三五”期間，甘肅省公路發(fā)展迅速，二級(jí)公路成為區(qū)域內(nèi)聯(lián)通城鎮(zhèn)、帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要道路。甘肅省隴東地區(qū)主要分布有廣泛的黃土地區(qū)，隴東黃土高原亞區(qū)是我國黃土高原地貌特征表現(xiàn)最為典型的地區(qū)，也是黃土平均厚度最大的地區(qū)之一，侵蝕殘塬分布較廣。公路工程中核心的為公路路線，作為不可再生資源的路線走廊，選擇是否合理，直接影響整個(gè)公路的運(yùn)營服務(wù)水平。在隴東黃土地區(qū)，地貌單元復(fù)雜，在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)，應(yīng)從總體設(shè)計(jì)、地質(zhì)選線、地形選線、生態(tài)選線確定合理的路線走廊，選用適宜地形條件的路線平縱面指標(biāo)，減小高指標(biāo)造成的大填大挖，減小對生態(tài)環(huán)境破壞。本文論述在甘肅省隴東黃土地區(qū)工程實(shí)例中，對二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為隴東黃土地區(qū)二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)工作提供參考。

1 黃土地區(qū)地質(zhì)地形特點(diǎn)

1.1 地形地貌

隴東黃土高原亞區(qū)，該亞區(qū)是我國黃土高原地貌特征表現(xiàn)最為典型的地區(qū)，也是黃土平均厚度最大的地區(qū)之一，侵蝕殘塬分布較廣。地貌類型多為堆積侵蝕黃土塬塬面區(qū)、堆積侵蝕黃土塬邊溝壑區(qū)、堆積侵蝕的黃土殘塬丘陵溝壑區(qū)及流水侵蝕的河谷階地區(qū)等地貌單元。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

黃土高原地區(qū)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上屬鄂爾多斯地臺(tái)、祁連褶皺系與西秦嶺褶皺系的交接地段。中、新生代陷落為隴中內(nèi)陸盆地，沉積了厚逾千米的甘肅系紅層，經(jīng)喜馬拉雅期隴山運(yùn)動(dòng)而隆起，第四紀(jì)中晚期，堆積了厚層老黃土及馬蘭黃土于紅層之上。第三紀(jì)喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)而隆起、接近南北走向的六盤山，將黃土高原分為隴東黃土高原與隴中（隴西）黃土高原兩部分。隴東黃土高原亞區(qū)屬于比較穩(wěn)定的鄂爾多斯地臺(tái)的一部分，基底基巖平緩，發(fā)育十分穩(wěn)定，根據(jù)《甘肅省地震危險(xiǎn)區(qū)劃研究》，鄂爾多斯臺(tái)地進(jìn)入第四系全新世以來，呈緩慢上升趨勢，平均上升速率1mm/年。由于地殼的緩慢上升，加劇了該地區(qū)各河道的溯源侵蝕和水土流失，因此形成了深切的溝谷，溝谷深度達(dá)70～150m，河谷內(nèi)形成了三級(jí)河床下切型階地。

1.3 區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)及特殊性巖土

隴東黃土高原區(qū)，主要不良地質(zhì)現(xiàn)象有采空區(qū)、滑坡、泥石流等。

采空區(qū)主要為窯洞和地坑院，為區(qū)域內(nèi)特有的建筑形式，是當(dāng)?shù)鼐用裼惺芬詠硇纬傻木幼×?xí)慣，人工開挖形成洞穴。

區(qū)域內(nèi)河道、溝道兩側(cè)中小型滑坡分布廣泛、滑塌發(fā)育，屬重力式黃土類滑坡，具有崩塌或錯(cuò)落性；中淺層滑坡，滑坡體呈馬蹄形或圈椅狀，滑坡體物質(zhì)為第四系上更新統(tǒng)松散黃土狀粉性土。

區(qū)域內(nèi)泥石流由暴雨引起，主要分布河道兩岸支溝，均屬于溝谷型泥流，流域面積一般較大，溝谷橫剖面一般呈U 形或者V 形，溝床縱比降一般較小，形成區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)劃分較明顯。

特殊性巖土主要為軟土、濕陷性黃土。

軟土主要由于上部黃土狀土過濕，形成軟基。

濕陷性黃土在隴東黃土地區(qū)分布廣泛，主要的濕陷性等級(jí)在Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)。

2 隴東黃土地區(qū)公路路線設(shè)計(jì)

隴東黃土地區(qū)最典型的地形地貌為黃土塬與黃土溝壑兩種，根據(jù)不同地形地貌，在路線設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行平縱橫設(shè)計(jì)，以提高路線與地形適應(yīng)性，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。結(jié)合實(shí)際工程路線設(shè)計(jì)，在以下幾個(gè)方面對隴東黃土地區(qū)公路路線設(shè)計(jì)進(jìn)行分析[1]。

2.1 路線設(shè)計(jì)原則

路線作為公路工程的主骨架，其的優(yōu)劣直接關(guān)系整個(gè)公路工程質(zhì)量及道路在后期運(yùn)營中發(fā)揮其應(yīng)用的作用，隴東黃土地區(qū)路線設(shè)計(jì)主要原則如下。

其一，根據(jù)沿線地形變化情況，利用曲線線形優(yōu)勢，避免強(qiáng)行使用直線。在以往路線設(shè)計(jì)中，為追求較高路線指標(biāo)，采用過多的直線，在隴東黃土地區(qū)，尤其是溝壑區(qū)，直線將產(chǎn)生大填大挖，破壞生態(tài)環(huán)境，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量利用曲線能有效與地形結(jié)合的優(yōu)勢，減少直線的使用。

其二，路線平面布線中，盡量避開V 形沖溝。隴東黃土地區(qū)V 形沖溝分布廣泛，尤其是上下塬的溝壑區(qū)，V 形沖溝溝底縱坡大，填筑路基穩(wěn)定性保證困難，在路線布設(shè)中，應(yīng)盡量繞避。

其三，在路線設(shè)計(jì)中，應(yīng)加強(qiáng)橋梁與填方方案比選。由于隴東黃土地區(qū)V 形沖溝分布廣泛，路線布設(shè)中無法完全避讓，因此，在路線平縱面設(shè)計(jì)中，應(yīng)對跨溝的位置進(jìn)行填方方案與橋梁方案對比，合理選用跨溝方案。

其四，注重地質(zhì)選線，避讓不良地質(zhì)。隴東黃土地區(qū)最主要的不良地質(zhì)為滑坡，滑坡的治理費(fèi)用高，后期次生病害多，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)選線，對路線走廊帶內(nèi)的滑坡等不良地質(zhì)條件應(yīng)及早探明，在路線設(shè)計(jì)中，避讓不良地質(zhì)。

其五，路線設(shè)計(jì)中應(yīng)注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)。隴東黃土地區(qū)水土流失較為嚴(yán)重，在路線設(shè)計(jì)中，尤其是平面指標(biāo)的選取中，在滿足規(guī)范要求的前提下，應(yīng)盡量結(jié)合地形，減小大填大挖。

其六，在保證路基穩(wěn)定的前提下，盡量以挖為主。隴東黃土地區(qū)除平坦的黃土塬塬面區(qū)，多數(shù)為黃土溝壑區(qū)，自然坡度較陡，路基填方穩(wěn)定性差，因此，在路線設(shè)計(jì)中，應(yīng)以挖方為主，減小填方路基，提高路基穩(wěn)定。

2.2 路線平面設(shè)計(jì)

隴東黃土地區(qū)基本地形分為平坦的黃土塬塬面區(qū)、黃土溝壑區(qū)、河谷階地及越嶺等地形，在二級(jí)公路平面設(shè)計(jì)中，分不同情況進(jìn)行以下論述。

2.2.1 黃土塬塬面區(qū)、河谷階地地形

在隴東黃土地區(qū)，黃土塬及河谷階地受地形限制較小，在路線平面設(shè)計(jì)中，根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)，新建路線在收集沿線控制因素居民房屋、耕地、文物、不良地質(zhì)條件等基礎(chǔ)上，結(jié)合地形情況選擇較高平面線形指標(biāo)，提高道路后期運(yùn)營服務(wù)水平。改擴(kuò)建項(xiàng)目平面布設(shè)中，應(yīng)充分利用舊路平面線形，以提高舊路利用率為主要原則。圖1 為黃土溝壑區(qū)地形。

圖1 黃土溝壑區(qū)地形

2.2.2 黃土溝壑區(qū)、越嶺地形

隴東黃土地區(qū)黃土溝壑區(qū)為典型的地形條件，由黃土塬塬面區(qū)下塬至溝谷，再上塬至黃土塬塬面區(qū)，上下塬水平距離段，高差大是典型路線設(shè)計(jì)的控制因素，在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行平縱橫綜合設(shè)計(jì)。首先，應(yīng)根據(jù)高差初步選定平均縱坡，計(jì)算需要的路線長度；其次，根據(jù)上下塬地形地質(zhì)條件，選擇展線坡面；最后，根據(jù)平縱橫綜合設(shè)計(jì)，確定路線方案。結(jié)合以下工程實(shí)例，對黃土溝壑區(qū)路線平面布設(shè)進(jìn)行分析[2]。

某項(xiàng)目位于甘肅省隴東地區(qū)，路線總體由平坦的黃土塬塬面區(qū)及兩處上下塬組成，路線在平坦的黃土塬塬面區(qū)布設(shè)主要以舊路擬合為主，在舊路單側(cè)加寬，主要難點(diǎn)在兩處上下塬段，兩處上下塬高差基本都在200m 左右，作為集散二級(jí)公路，上下塬段受地形地質(zhì)條件限制較大，因此選用設(shè)計(jì)速度40km/h。在路線平面布設(shè)中，受制因素主要有高差大，可展線坡面有限，大部分坡面分布有滑坡等不良地質(zhì)。根據(jù)實(shí)際地形地質(zhì)條件，在路線平面布設(shè)時(shí)，第一，否定了舊路來回繞行的方案，根據(jù)高程控制位置，選擇合適坡面進(jìn)行展線，在第一個(gè)下塬段，依地形設(shè)置兩處回頭展線，其余均根據(jù)自然坡面進(jìn)行展線，第一個(gè)上塬段設(shè)置一處回頭展線，其余使用坡面自然展線。第二，路線平面指標(biāo)選取中，盡量減少了直線使用，多數(shù)路段使用圓曲線以貼合現(xiàn)有地形條件，減小挖填等工程規(guī)模，尤其是在平曲線指標(biāo)的選取中，考慮到二級(jí)公路發(fā)揮集散公路作用，為減小對山體開挖，采用了設(shè)計(jì)速度對應(yīng)的極限極小半徑進(jìn)行控制，以最大程度的保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2.3 路線縱橫面設(shè)計(jì)

公路路線設(shè)計(jì)中，平縱橫是一個(gè)系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，因此，在上述平面設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮縱橫斷面的設(shè)計(jì)，以達(dá)到平縱橫協(xié)調(diào)一致。隴東黃土地區(qū)路線縱面、橫斷面設(shè)計(jì)主要集中于上下塬段，上下塬段不僅高差大，黃土溝壑地形顯著，大部分坡面破碎，路線縱面、橫斷面設(shè)計(jì)中，受制因素較大。分別對縱斷面設(shè)計(jì)及橫斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行以下分析。

2.3.1 縱斷面設(shè)計(jì)

公路縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)在路線平面布設(shè)時(shí)進(jìn)行充分考慮，尤其是隴東黃土地區(qū)的溝壑區(qū)，路線平均縱坡的控制決定了路線長度。一是在路線平面布線中，應(yīng)時(shí)刻考慮縱斷面線形，尤其是上下塬段，需要在陡坡中間設(shè)置緩坡，因此，在平面布設(shè)中應(yīng)注意設(shè)置緩坡位置，盡量做到平縱組合設(shè)計(jì)。二是縱斷面設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合地形條件，在滿足縱坡要求的基礎(chǔ)上，盡量做到平縱線形組合。三是盡可能減小中樁填挖，做到填挖平衡。結(jié)合上文工程實(shí)例，對黃土溝壑區(qū)縱斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

黃土塬塬面區(qū)縱斷面設(shè)計(jì)依地形設(shè)置縱坡即可，縱斷面指標(biāo)基本能滿足規(guī)范規(guī)定，局部路段地形平坦，設(shè)置0.3%縱坡可能產(chǎn)生較大填方，增加土方、占地及拆遷工程量，因此，在這些路段設(shè)置小于0.3%縱坡，通過增設(shè)縱向排水溝設(shè)計(jì)解決[3]。主要的縱坡設(shè)計(jì)難點(diǎn)是上下塬段，由于上下塬段高差達(dá)到200m，縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)平面布設(shè)時(shí)選定的變坡點(diǎn)位置，進(jìn)行縱坡優(yōu)化。沿坡面展線路段，在滿足縱斷面設(shè)置要求的前提下，結(jié)合地形條件，減小中樁挖方。在跨越?jīng)_溝位置，應(yīng)考慮設(shè)置路基和橋梁方案比選，設(shè)置合理的縱坡，減小工程量。

2.3.2 橫斷面設(shè)計(jì)

橫斷面設(shè)計(jì)在路線平面布設(shè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分考慮，在隴東黃土地區(qū)的上下塬段，自然坡面的坡度直接影響橫斷面布設(shè)，如果在大于45o的坡面布線，將影響路基橫斷面布設(shè)，路基挖方邊坡高，橫斷面布設(shè)困難，因此，在平面布設(shè)時(shí)應(yīng)選擇較緩坡面布線。第一，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇合理橫斷面組成；第二，根據(jù)地質(zhì)勘探情況，擬定合理邊坡高度及坡率。結(jié)合上文工程實(shí)例，對黃土溝壑區(qū)橫斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行分析[4]。

黃土塬塬面區(qū)橫斷面設(shè)計(jì)根據(jù)擬定的橫斷面組成布設(shè)即可，影響因素較少，橫斷面設(shè)計(jì)難點(diǎn)在上下塬路段，根據(jù)平縱面設(shè)計(jì)情況，首先使用標(biāo)準(zhǔn)橫斷面進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，再根據(jù)部分路段挖方高度及填方高度進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以保證路基穩(wěn)定，減小路基土石方為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 隴東黃土地區(qū)公路路線與生態(tài)保護(hù)

“在環(huán)境保護(hù)與發(fā)展中，把保護(hù)放在優(yōu)先位置，在發(fā)展中保護(hù)，在保護(hù)中發(fā)展”是發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的原則。隴東黃土地區(qū)屬于水土流失較為嚴(yán)重區(qū)域，在公路路線設(shè)計(jì)中，要時(shí)刻貫穿生態(tài)保護(hù)意識(shí)。甘肅省發(fā)布的《甘肅省黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》指出“加強(qiáng)隴中隴東黃土高原水土保持”，在隴東黃土地區(qū)進(jìn)行二級(jí)公路工程建設(shè)，路線作為二級(jí)公路核心，在設(shè)計(jì)中要將生態(tài)保護(hù)理念貫徹其中[5]。一是路線指標(biāo)選取，二級(jí)公路功能已轉(zhuǎn)化為集散公路，主要服務(wù)與沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此，在路線指標(biāo)的選取中，應(yīng)充分結(jié)合地形條件，在滿足規(guī)范的前提下，合理選取，不一味追求高標(biāo)準(zhǔn)，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大破壞。二是在隴東黃土地區(qū)溝壑區(qū)，分布有大量的沖溝，因此，在路線布設(shè)中盡量進(jìn)行避讓，因地形地質(zhì)條件受限無法避讓的，可選用橋梁跨越，減小高路堤。三是在降坡展線中，不可避免地要選取適宜的地形進(jìn)行回頭，曲線半徑小，視距不良，在這些路段，為提高行車安全，會(huì)采用開挖視距平臺(tái)方法，增加挖方邊坡高度，增加挖方數(shù)量。為最大限度保護(hù)環(huán)境，減小開挖，在類似路段應(yīng)采取分道行駛措施，增設(shè)相應(yīng)交安設(shè)施，即保證行車安全，又可以加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)?？傊?，在路線設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理選取路線方案，減小填挖，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

4 結(jié)語

公路路線是公路工程主骨架，一經(jīng)確定無法更改，路線設(shè)計(jì)過程中，路線指標(biāo)的選取首先應(yīng)滿足規(guī)范，在路線連續(xù)、均衡前提下，盡可能與地形保持協(xié)調(diào)。隴東黃土地區(qū)地形較為復(fù)雜，水土流失較為嚴(yán)重，路線設(shè)計(jì)在該區(qū)域顯得尤為重要，選擇合理平縱指標(biāo)，減小大填大挖，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)是路線設(shè)計(jì)的主要問題。本文根據(jù)隴東黃土地區(qū)工程實(shí)例，對路線設(shè)計(jì)基本原則，路線平縱橫設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以供相關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。