金兆鑫，魏世龍，賈存鵬，，龐建平

（1．蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué) 土木工程學(xué)院，蘭州 730060；2．甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，蘭州 730030）

會(huì)寧縣到老君坡鎮(zhèn)高速公路（簡(jiǎn)稱“會(huì)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(dòng)脈，是推進(jìn)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶甘肅黃金段”建設(shè)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(guó)家級(jí)貧困地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和加快扶貧攻堅(jiān)步伐的公路運(yùn)輸大動(dòng)脈，在全省干線公路網(wǎng)、甘寧2省區(qū)域綜合運(yùn)輸網(wǎng)中都具有特殊的地位與作用。會(huì)寧至老君坡（甘寧甘界）高速公路起于會(huì)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(diǎn)。

1 會(huì)老高速公路建設(shè)規(guī)模

1.1 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模

本項(xiàng)目主線全長(zhǎng)8.634 km，共設(shè)置大橋1 770 m/5座，無(wú)中小橋，涵洞6道，通道涵9道（以上構(gòu)造物均不含互通立交、主線收費(fèi)站、治超站）。全段擬采用瀝青混凝土路面。設(shè)置完善的交通安全、服務(wù)和管養(yǎng)設(shè)施，設(shè)服務(wù)區(qū)1處。主要工程規(guī)模見(jiàn)表1。

表1 建設(shè)規(guī)模對(duì)比表

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)行車速度80 km/h的雙向四車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。整體式路基寬度24.5 m、分離式路基寬度12.25 m。本項(xiàng)目主線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，其他技術(shù)指標(biāo)按交通部JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

表2 主線主要技術(shù)指標(biāo)表

2 項(xiàng)目建設(shè)的可行性分析

2.1 地形、地貌

項(xiàng)目建設(shè)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(shì)南高北低，分為河水常年流動(dòng)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(dá)300 m，最小達(dá)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(shí)地建設(shè)帶來(lái)一定難度。由于夏季、秋季雨水和冬季、春季雪水的下滲，導(dǎo)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(zhì)構(gòu)造

根據(jù)甘肅省地礦局頒布的甘肅省大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?，?huì)老高速公路所經(jīng)過(guò)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(guó)地臺(tái)解體后的殘塊——前震旦及震旦紀(jì)變質(zhì)雜巖所組成[1-2]。按次級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑こ虆^(qū)地處該帶中的平緩區(qū)域，可以滿足橋梁建設(shè)的地質(zhì)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(nèi)新近系堆積厚度介于517～853 m，新近紀(jì)以來(lái)大部分地區(qū)上升，第四紀(jì)主要堆積為風(fēng)成黃土。由于地殼的階段性抬升，區(qū)內(nèi)多見(jiàn)黃土梁峁地形，河流發(fā)育多級(jí)階地。區(qū)內(nèi)發(fā)育有二、三級(jí)兩期夷平面，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為大面積上升運(yùn)動(dòng)。工程區(qū)地表為厚層黃土覆蓋，無(wú)區(qū)域斷裂通過(guò)，屬于相對(duì)穩(wěn)定地段。

2.3 地震

本項(xiàng)目地處隴西黃土高原中西部，新構(gòu)造分區(qū)內(nèi)由于斷裂的走滑逆沖活動(dòng)，形成若干山間斷陷或壓陷盆地，新構(gòu)造活動(dòng)明顯，歷史上曾發(fā)生過(guò)如1352年會(huì)寧7級(jí)地震、1709年中衛(wèi)7.5級(jí)地震和著名的1920年海原8.5級(jí)大地震等。

根據(jù)最新的《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》、GB18306—2015《中國(guó)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，會(huì)老高速公路所經(jīng)的主要工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)，構(gòu)造物按相關(guān)等級(jí)要求進(jìn)行設(shè)防后，進(jìn)行工程建設(shè)。

2.4 水文地質(zhì)

會(huì)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(guó)西北地區(qū)獨(dú)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(yán)重，形成溝壑縱橫的地形地貌。工程區(qū)內(nèi)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(fēng)化嚴(yán)重導(dǎo)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(diǎn)。

2.5 氣溫、降雨、日照、蒸發(fā)量、主導(dǎo)風(fēng)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(fēng)氣候，地處亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、青藏高原4個(gè)氣候區(qū)和半濕潤(rùn)、半干旱、干旱3個(gè)干濕區(qū)的交匯區(qū)；加之地形東南高而閉塞，西北低而開(kāi)闊，西伯利亞干冷氣流長(zhǎng)驅(qū)無(wú)阻。因此，除氣候干燥、降水少、蒸發(fā)強(qiáng)、日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)外，且有降水和無(wú)霜期年變率極大的特點(diǎn)。擬建項(xiàng)目在全國(guó)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(shè)條件

工程區(qū)內(nèi)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(yuǎn)運(yùn)；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(zhì)量較差，儲(chǔ)量有限，具有一定腐蝕性；沿線水資源相對(duì)缺乏，工程用水及生活用水主要采自會(huì)寧縣城市自來(lái)水，水質(zhì)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(kāi)挖土方。工程區(qū)內(nèi)運(yùn)輸條件良好，均有公路可通各料點(diǎn)，交通運(yùn)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(fēng)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(guó)濕陷性黃土工程地質(zhì)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(jì)算結(jié)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(jí)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(jí)多為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。對(duì)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(shí)、重型擊實(shí)及強(qiáng)夯；對(duì)于橋涵地基應(yīng)考慮負(fù)摩阻力折減，選用于強(qiáng)夯或深層處理的樁基礎(chǔ)法[5]。對(duì)沿線的濕陷性黃土進(jìn)行全面防治：①根據(jù)工程區(qū)前期的調(diào)研情況做好地表防排水設(shè)計(jì)，防止各種地表水匯集在路基兩側(cè)形成下滲；②對(duì)路基兩側(cè)常年雨水沖刷形成的黃土穴及時(shí)回填或者開(kāi)挖，夯實(shí)達(dá)標(biāo)防止再次陷落；③根據(jù)工程區(qū)勘察報(bào)告，對(duì)施工區(qū)域場(chǎng)地類型按照公路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類整理，按等級(jí)進(jìn)行治理[6-8]。

2.8 不良地質(zhì)路段情況

（1）區(qū)內(nèi)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(nèi)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(duì)經(jīng)過(guò)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(qiáng)坡腳防護(hù)措施，完善溝道防排水即可進(jìn)行工程建設(shè)。

（2）滑塌：滑塌體呈圈椅狀，滑坡體物質(zhì)為松散黃土、粉質(zhì)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(duì)路線影響較小。對(duì)于該區(qū)域以橋梁形式通過(guò)，樁基礎(chǔ)置于穩(wěn)定地層，加強(qiáng)坡腳防護(hù)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(jìn)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(duì)路線影響較大。對(duì)于該區(qū)域以橋梁形式通過(guò)，對(duì)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(shè)計(jì)階段根據(jù)初步設(shè)計(jì)確定的路線走向，經(jīng)實(shí)地調(diào)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(jià)和當(dāng)?shù)卣罕娨庖?jiàn)，對(duì)全線局部路線方案進(jìn)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(guò)境段線平面優(yōu)化對(duì)比圖

圖2 老君坡過(guò)境段線縱面優(yōu)化對(duì)比圖

表3 施工圖縱斷面優(yōu)化工程數(shù)量增減表

初步設(shè)計(jì)階段老君坡過(guò)境段路線以明挖方式順溝岸及臺(tái)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(tái)地布設(shè)至老君坡鎮(zhèn)西南側(cè)，沿朱灣川西側(cè)臺(tái)地布設(shè)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(shè)至菜子川臺(tái)地。由于平面半徑較大，深入山體范圍較大，明挖段落較長(zhǎng)，縱坡高度較低，挖方邊坡較高，挖方量較大。施工圖階段結(jié)合初步設(shè)計(jì)審查意見(jiàn)，對(duì)該段落進(jìn)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(shí)橋梁規(guī)模縮短60 m。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究路線上的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地震、水文地質(zhì)、氣象條件和沿線筑路材料、水、電等，以及濕陷性黃土等建設(shè)條件的深入調(diào)研與分析研究得出工程區(qū)段內(nèi)線路上的地形地貌為典型黃土高原地貌，通過(guò)削坡、填挖方可滿足工程的需求，區(qū)內(nèi)交通較方便，運(yùn)輸條件較好。均有路可通各料點(diǎn)，汽車運(yùn)輸便利。對(duì)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(shí)、重型擊實(shí)以及強(qiáng)夯；對(duì)于橋涵地基應(yīng)考慮負(fù)摩阻力折減，選用于強(qiáng)夯或深層處理的樁基礎(chǔ)法，對(duì)該高速的路線方案進(jìn)行優(yōu)化和比選分析，得出會(huì)老高速公路建設(shè)的可行性方案和最優(yōu)的線路設(shè)計(jì)，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(shí)橋梁規(guī)模縮短60 m。