會老高速公路建設可行性研究

金兆鑫，魏世龍，賈存鵬，，龐建平

（1．蘭州石化職業(yè)技術大學 土木工程學院，蘭州 730060；2．甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，蘭州 730030）

會寧縣到老君坡鎮(zhèn)高速公路（簡稱“會老高速”）是甘肅省與寧夏回族自治區(qū)新建的又一條省際高速公路大動脈，是推進“絲綢之路經(jīng)濟帶甘肅黃金段”建設的重要組成部分，是寧夏高速網(wǎng)規(guī)劃的“三環(huán)八射九聯(lián)”高速公路網(wǎng)中一聯(lián)，是六盤山國家級貧困地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展和加快扶貧攻堅步伐的公路運輸大動脈，在全省干線公路網(wǎng)、甘寧2省區(qū)域綜合運輸網(wǎng)中都具有特殊的地位與作用。會寧至老君坡（甘寧甘界）高速公路起于會寧縣太平店鎮(zhèn)大山川，與現(xiàn)有G22青蘭高速公路以樞紐互通立交相接，經(jīng)太平店鎮(zhèn)至老君坡鎮(zhèn)為終點。

1 會老高速公路建設規(guī)模

1.1 項目建設規(guī)模

本項目主線全長8.634 km，共設置大橋1 770 m/5座，無中小橋，涵洞6道，通道涵9道（以上構造物均不含互通立交、主線收費站、治超站）。全段擬采用瀝青混凝土路面。設置完善的交通安全、服務和管養(yǎng)設施，設服務區(qū)1處。主要工程規(guī)模見表1。

表1 建設規(guī)模對比表

1.2 技術標準

本項目采用設計行車速度80 km/h的雙向四車道高速公路技術標準。整體式路基寬度24.5 m、分離式路基寬度12.25 m。本項目主線主要技術標準見表2，其他技術指標按交通部JTG B01—2014《公路工程技術標準》執(zhí)行。

表2 主線主要技術指標表

2 項目建設的可行性分析

2.1 地形、地貌

項目建設區(qū)位于甘肅黃土高原中西部地區(qū)，公路所經(jīng)地區(qū)地勢南高北低，分為河水常年流動沖刷形成的河谷階地和山洪沖刷黃土高原形成的黃土梁峁2種地貌類型。黃土梁峁因沖刷不均勻多數(shù)呈現(xiàn)渾圓狀和垅崗狀，兩者地形形成的高差最大達300 m，最小達200 m。因常年沖刷地形地貌呈切割剝蝕狀，沖溝發(fā)育多數(shù)溝谷呈現(xiàn)“U”字型，給工程的實地建設帶來一定難度。由于夏季、秋季雨水和冬季、春季雪水的下滲，導致土體流失，形成黃土陷穴和溝壑，部分地貌隆起等地貌。

2.2 地質構造

根據(jù)甘肅省地礦局頒布的甘肅省大地構造單元劃分，會老高速公路所經(jīng)過的工程區(qū)地處祁連山褶皺系，祁連中間隆起帶。該帶南北均以深斷裂為界，是由古中國地臺解體后的殘塊——前震旦及震旦紀變質雜巖所組成[1-2]。按次級構造單元劃分，工程區(qū)地處該帶中的平緩區(qū)域，可以滿足橋梁建設的地質需求。工程區(qū)屬隴西黃土高原中西部輕微隆起區(qū)，區(qū)內新近系堆積厚度介于517～853 m，新近紀以來大部分地區(qū)上升，第四紀主要堆積為風成黃土。由于地殼的階段性抬升，區(qū)內多見黃土梁峁地形，河流發(fā)育多級階地。區(qū)內發(fā)育有二、三級兩期夷平面，新構造運動主要表現(xiàn)為大面積上升運動。工程區(qū)地表為厚層黃土覆蓋，無區(qū)域斷裂通過，屬于相對穩(wěn)定地段。

2.3 地震

本項目地處隴西黃土高原中西部，新構造分區(qū)內由于斷裂的走滑逆沖活動，形成若干山間斷陷或壓陷盆地，新構造活動明顯，歷史上曾發(fā)生過如1352年會寧7級地震、1709年中衛(wèi)7.5級地震和著名的1920年海原8.5級大地震等。

根據(jù)最新的《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》、GB18306—2015《中國地震動加速度反應譜特征周期區(qū)劃圖》，會老高速公路所經(jīng)的主要工程區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，地震動反應譜特征周期0.45 s，相當于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)，構造物按相關等級要求進行設防后，進行工程建設。

2.4 水文地質

會老高速公路沿線工程區(qū)全部被厚厚的黃土層覆蓋，是我國西北地區(qū)獨有的典型的黃土高原區(qū)域，工程區(qū)受河流的流水及雨水、雪水入滲等外力作用影響，造成的水土流失極為嚴重，形成溝壑縱橫的地形地貌。工程區(qū)內黃土層分布較為連續(xù)且厚度較大，是主要的孔隙含水地層。由于該區(qū)域常年降雨量稀少，地表植被較少，風化嚴重導致地表地形破碎，具有地下水分布不均勻、差異性較大且地下含水層受區(qū)域地形地貌的影響，具有區(qū)域性分布和斷續(xù)分布的特點。

2.5 氣溫、降雨、日照、蒸發(fā)量、主導風向和凍深

擬建路線工程區(qū)地處甘肅省中部地區(qū)，屬于溫帶季風氣候，地處亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、青藏高原4個氣候區(qū)和半濕潤、半干旱、干旱3個干濕區(qū)的交匯區(qū)；加之地形東南高而閉塞，西北低而開闊，西伯利亞干冷氣流長驅無阻。因此，除氣候干燥、降水少、蒸發(fā)強、日照時數(shù)較長外，且有降水和無霜期年變率極大的特點。擬建項目在全國公路自然分區(qū)中屬甘東黃土地區(qū)。

2.6 沿線筑路材料、水、電等建設條件

工程區(qū)內絕大多數(shù)區(qū)域被厚層黃土覆蓋，基巖出露較少，塊片石、砼用碎石及路面碎石等石料均需遠運；各溝道多以黃土侵蝕下切為主，大多未沉積砂礫層，只在老莊河、祖歷河有砂礫層，但質量較差，儲量有限，具有一定腐蝕性；沿線水資源相對缺乏，工程用水及生活用水主要采自會寧縣城市自來水，水質較好，可滿足工程用水要求；路基填料較豐富，主要為沿線黃土梁峁開挖土方。工程區(qū)內運輸條件良好，均有公路可通各料點，交通運輸便利。

2.7 濕陷性黃土

濕陷性黃土廣泛分布于沿線山梁、溝谷斜坡、河谷階地。巖性主要為第四系上更新統(tǒng)的風積黃土和全新統(tǒng)沖洪積黃土狀土。黃土病害有黃土的濕陷性、黃土陷穴、落水洞和黃土橋[3-4]。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的《中國濕陷性黃土工程地質分區(qū)略圖》可知，工程區(qū)屬于隴西分區(qū)。自重濕陷性黃土分布廣泛，由濕陷性黃土路段勘察及濕陷性計算結果可知，沿線濕陷性黃土可分為：第四系全新統(tǒng)濕陷性黃土（Q4al+pl），主要分布在爛泥河一、二級低階地，濕陷性黃土厚度一般3～20 m；第四系上更新統(tǒng)濕陷性黃土（Q3eol），主要分布在黃土梁峁地區(qū)上，濕陷性黃土厚度一般9～25 m，土體垂直節(jié)理和大孔隙發(fā)育，濕陷性等級多為Ⅲ～Ⅳ級。對于河谷階地上的一般濕陷性黃土，橫向沖溝邊緣、高階地邊緣及山地斜坡上的具有自重濕陷性的黃土，選取沖擊壓實、重型擊實及強夯；對于橋涵地基應考慮負摩阻力折減，選用于強夯或深層處理的樁基礎法[5]。對沿線的濕陷性黃土進行全面防治：①根據(jù)工程區(qū)前期的調研情況做好地表防排水設計，防止各種地表水匯集在路基兩側形成下滲；②對路基兩側常年雨水沖刷形成的黃土穴及時回填或者開挖，夯實達標防止再次陷落；③根據(jù)工程區(qū)勘察報告，對施工區(qū)域場地類型按照公路基礎設計規(guī)范的標準進行分類整理，按等級進行治理[6-8]。

2.8 不良地質路段情況

（1）區(qū)內崩塌變形、破壞方式主要有傾倒、垮落，但因地層均為第四系松散堆積層，工程區(qū)內土體的整體性較差，大多數(shù)以斜坡表面小的黃土崩塌和淺層溜塌破壞為主，對經(jīng)過該區(qū)域的路基和橋墩穩(wěn)定性影響較大。清除上部不穩(wěn)定巖土體，加強坡腳防護措施，完善溝道防排水即可進行工程建設。

（2）滑塌：滑塌體呈圈椅狀，滑坡體物質為松散黃土、粉質粘土，滑體厚約5～10 m，整體性較差，滑塌規(guī)模較小，以斜坡表面小的黃土滑塌和淺層溜塌破壞為主，對路線影響較小。對于該區(qū)域以橋梁形式通過，樁基礎置于穩(wěn)定地層，加強坡腳防護措施，完善溝道及兩岸防排水便可。

（3）黃土塌岸：主要分布于爛泥河溝床因土壩形成的“堰塞湖”及其支谷兩岸，溝道兩岸受河水沖蝕和地下水潛蝕作用下所造成的岸坡黃土崩塌、塌岸，為漸進式和突發(fā)式塌岸，黃土崩塌、塌岸范圍較大，土體含水量高，局部有蠕滑現(xiàn)象，整體穩(wěn)定性差，對路線影響較大。對于該區(qū)域以橋梁形式通過，對附近岸坡不穩(wěn)定體清除或加固，完善溝道及兩岸防排水便可。

3 路線方案的優(yōu)化及比選分析

施工圖設計階段根據(jù)初步設計確定的路線走向，經(jīng)實地調查地形、地物，充分考慮沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境、施工條件、施工期間的車輛保通、工程造價和當?shù)卣罕娨庖姡瑢θ€局部路線方案進行了優(yōu)化及比選論證，如圖1、圖2和表3所示。

圖1 老君坡過境段線平面優(yōu)化對比圖

圖2 老君坡過境段線縱面優(yōu)化對比圖

表3 施工圖縱斷面優(yōu)化工程數(shù)量增減表

初步設計階段老君坡過境段路線以明挖方式順溝岸及臺地而下，平面路線出互通式立交，以1 000 m半徑避繞李家河口村后沿溝岸臺地布設至老君坡鎮(zhèn)西南側，沿朱灣川西側臺地布設跨越雙界公路，以明挖形式穿越正岔村西山梁后跨越爛泥河溝布設至菜子川臺地。由于平面半徑較大，深入山體范圍較大，明挖段落較長，縱坡高度較低，挖方邊坡較高，挖方量較大。施工圖階段結合初步設計審查意見，對該段落進行平縱優(yōu)化。優(yōu)化后，該段曲線半徑由760 m變?yōu)?00 m，有效減少明挖段落；平均縱坡由1.1%變?yōu)?.5%，縱坡高度抬高，挖方邊坡高度降低，挖方量減小，同時橋梁規(guī)模縮短60 m。

4 結束語

通過研究路線上的地形地貌、地質構造、地震、水文地質、氣象條件和沿線筑路材料、水、電等，以及濕陷性黃土等建設條件的深入調研與分析研究得出工程區(qū)段內線路上的地形地貌為典型黃土高原地貌，通過削坡、填挖方可滿足工程的需求，區(qū)內交通較方便，運輸條件較好。均有路可通各料點，汽車運輸便利。對于河谷階地上的一般濕陷性黃土，橫向沖溝邊緣、高階地邊緣及山地斜坡上的具有自重濕陷性的黃土，選取沖擊壓實、重型擊實以及強夯；對于橋涵地基應考慮負摩阻力折減，選用于強夯或深層處理的樁基礎法，對該高速的路線方案進行優(yōu)化和比選分析，得出會老高速公路建設的可行性方案和最優(yōu)的線路設計，優(yōu)化后，該段曲線半徑由760 m變?yōu)?00 m，有效減少明挖段落；平均縱坡由1.1%變?yōu)?.5%，縱坡高度抬高，挖方邊坡高度降低，挖方量減小，同時橋梁規(guī)模縮短60 m。