戈壁荒漠地區(qū)一級公路改擴建定線研究

江 鋒 陳天幸 袁盛杰

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司 武漢 430051)

目前國內(nèi)對戈壁沙漠地區(qū)公路路線的研究多集中在路線布線原則[1]、線形參數(shù)和中間帶形式上[2]。對戈壁荒漠地區(qū)公路改擴建路線的研究多集中在高速公路改擴建必要性和布線原則上[3]，而一級公路改擴建的定線研究鮮有報道。本文依托G215線馬鬃山至橋灣段一級公路改擴建項目，結(jié)合綠色公路、交旅融合理念，對戈壁荒漠地區(qū)一級公路改擴建綜合定線思路進(jìn)行研究。改擴建分為原級改擴建和提高等級改擴建，本文研究主要針對二級公路改擴建提級為一級公路。

1 戈壁荒漠地區(qū)改擴建常見問題

1.1 老路利用

老路利用是節(jié)約資源、減少新增占地、降低工程造價的重要途徑，也是體現(xiàn)綠色公路理念的重要方面。戈壁荒漠地區(qū)老路受地形限制較小，路線平、縱面指標(biāo)通常較高，改擴建時應(yīng)盡量利用，老路的利用不僅是利用路基，還應(yīng)考慮利用成熟的排水系統(tǒng)和防風(fēng)沙系統(tǒng)等。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)銜接

交通運輸部《關(guān)于西部沙漠戈壁與草原地區(qū)高速公路建設(shè)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的若干意見》(以下簡稱《意見》)中指出，利用現(xiàn)有一級、二級公路改擴建為高速公路的建設(shè)工程，應(yīng)按照“安全、節(jié)約”的原則進(jìn)行總體設(shè)計，盡量利用既有工程，降低工程造價；采用分離式斷面的高速公路，當(dāng)利用現(xiàn)有二級公路改建為一幅時，其路面等級、設(shè)計洪水頻率可維持原有標(biāo)準(zhǔn)不變；對于新建的一幅應(yīng)按現(xiàn)行公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行[4]。而當(dāng)利用現(xiàn)有二級公路改建為一級公路的一幅時，其路面等級、設(shè)計洪水頻率是否維持原有標(biāo)準(zhǔn)，雖無具體文件明確，也應(yīng)參考此《意見》執(zhí)行。

1.3 新老路基結(jié)合

新老路基結(jié)合是改擴建項目中常見且無法回避的技術(shù)問題，常出現(xiàn)加寬路基穩(wěn)定性、不均勻沉降等病害。戈壁荒漠地區(qū)，干旱少雨，風(fēng)沙侵蝕，地表以礫石、粗砂覆蓋物為主，鹽漬土分布廣泛，加寬路基不均勻沉降較明顯，改擴建時應(yīng)結(jié)合不良地質(zhì)和特殊性巖土，合理確定路基加寬方案。

1.4 環(huán)境保護

戈壁荒漠地區(qū)動植物資源稀少，生態(tài)脆弱，恢復(fù)困難，環(huán)境保護問題尤為突出，改擴建時應(yīng)避免大范圍改線，對生態(tài)環(huán)境造成二次破壞。

2 綠色公路和交旅融合的內(nèi)涵

綠色公路內(nèi)涵豐富，以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效、服務(wù)提升為主要特征，統(tǒng)籌公路規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營、管理、服務(wù)全過程，強調(diào)均衡協(xié)調(diào)，突出建、管、養(yǎng)、運并重，降低全壽命周期成本。以最少的資源占用、能源耗用、污染排放、環(huán)境影響，實現(xiàn)外部剛性約束與公路內(nèi)在供給之間的均衡和協(xié)調(diào)[5]。

交旅融合著力完善旅游交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，創(chuàng)新旅游交通產(chǎn)品，提升旅游交通服務(wù)品質(zhì)，以更好地適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾旅游需求新變化，構(gòu)建“快進(jìn)”“慢游”的綜合旅游交通網(wǎng)絡(luò)[6]。

3 戈壁荒漠地區(qū)一級公路改擴建定線思路

選線包括確定路線基本走向、路線走廊帶、路線方案至選定線位的全過程[7]。戈壁荒漠地區(qū)改擴建項目路線走廊相對唯一，路線方案和路線帶問題較少，選線多側(cè)重于具體定線，定線思路如下。

3.1 既有公路的調(diào)查與評價

針對改擴建設(shè)計需求，結(jié)合各專業(yè)特點和內(nèi)容，對既有公路進(jìn)行調(diào)查與評價。對于提高等級改建項目，應(yīng)著重調(diào)查公路等級不同帶來的技術(shù)指標(biāo)的差異。

3.2 合理確定加寬方案

改擴建加寬的基本形式為拼寬、分離增建[8]。拼寬方式有左側(cè)拼寬、右側(cè)拼寬和兩側(cè)拼寬，選用時因地制宜，不作為定線的重點進(jìn)行探討。而老路作為半幅利用時，由于路面等級、設(shè)計洪水頻率等技術(shù)指標(biāo)不同[9]，建議以分離增建方案為主。

3.3 分離增建方案定線

對于分離增建，因增建幅與利用幅屬同一走廊，不存在走廊比選，但需著重解決增建幅與利用幅的相對位置和兩幅間距。

1) 分離增建路基相對位置。結(jié)合戈壁荒漠地區(qū)特點，若不考慮地物因素的制約，增建幅位置宜按下列原則選擇：①設(shè)置于利用幅地面自然坡度下游，以利用原有排水系統(tǒng)，如攔水沙壩、排水溝等；②設(shè)置于風(fēng)沙流利用幅下游，以減少風(fēng)蝕、沙埋的危害；③換幅位置宜選在設(shè)計水位滿足一級公路標(biāo)準(zhǔn)的路基段。

2) 分離增建路基間距控制。影響兩幅間距的因素主要有交通安全設(shè)施的設(shè)置、增建幅對利用幅邊坡和排水系統(tǒng)的影響、兩幅之間坡腳土地的利用、增建幅邊坡坡率等。根據(jù)不同影響因素，建立兩幅間距計算模型，分離增建方案示意圖見圖1。

圖1 分離增建方案示意圖

①兩幅間距計算模型。取利用幅為路基1，增建幅為路基2，兩幅間距可由式(1)計算。

W間=W邊2+W護2+W排2+W用2+

W夾+W用1+W排1+W護1+W邊1

(1)

式中：W間為兩幅間距；W邊2為增建幅邊坡寬度，m；W邊2=H2·n2,H2為增建幅平均填高，m；1∶n2為增建幅邊坡坡率；W護2為增建幅護坡道寬度，m；H2≤2 m時，W護2取0 m，2

由于利用幅路基參數(shù)未知，計算時取利用幅和增建幅相同的路基平均計算填高、護坡道寬度和用地界寬度，且利用幅采用公路路基設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的低填方1∶1.5的邊坡坡率。

兩幅之間的夾心地難以利用，從綠色公路的角度，應(yīng)盡量減少兩幅之間的距離。最理想狀態(tài)為，兩幅共用一處排水溝，即

W間=W邊2+W護2+W排1+W護1+W邊1

(2)

②護欄設(shè)置的影響。護欄是一種障礙物，實際凈區(qū)寬度小于計算凈區(qū)寬度，且駛出路外車輛碰撞護欄的后果比不設(shè)置護欄的后果輕時，應(yīng)考慮設(shè)置護欄[11]。從綠色公路和寬容性設(shè)計理念出發(fā)，推導(dǎo)實際凈區(qū)寬度滿足計算凈區(qū)寬度而不設(shè)護欄的兩幅間距。考慮戈壁荒漠地區(qū)路線平面指標(biāo)一般較高，選取直線填方段作為計算凈區(qū)寬度W計凈控制值，其取值見表1。

表1 計算凈區(qū)寬度W計凈

實際凈區(qū)寬度由硬路肩、土路肩及可利用的路側(cè)邊坡組成，當(dāng)路側(cè)邊坡坡度緩于1∶6時，有效寬度為整個坡面寬度；當(dāng)路側(cè)邊坡坡度在1∶4和1∶6之間時，有效寬度為50%的坡面寬度；當(dāng)路側(cè)邊坡坡度陡于1∶4時，邊坡不能行車，不作為有效寬度。因右側(cè)硬路肩比左側(cè)硬路肩寬，實際凈區(qū)寬度式(3)計算。

(3)

式中：W實凈左為增建幅左側(cè)實際凈區(qū)寬度，m；其他意義同前。

由式(2)、(3)、表1，令W計凈=W實凈左，可得滿足計算凈區(qū)的路基填土高度和兩幅最小間距，其取值見表2。

表2 滿足計算凈區(qū)寬度的路基填土高度和兩幅最小間距

③公路用地指標(biāo)的限制。放緩邊坡坡率勢必造成用地增大，依據(jù)《公路工程項目建設(shè)用地指標(biāo)》計算用地指標(biāo)時，邊坡坡率均取1∶1.5，但對基本無植被覆蓋的荒漠區(qū)(荒灘、戈壁、沙漠等地區(qū))一級公路可在I類地形基礎(chǔ)上按放大1.3的系數(shù)對路基工程用地指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，為放緩邊坡提供可能。

根據(jù)用地指標(biāo)，參考平原區(qū)兩幅完全分離式路基用地計算公式，可計算容許的邊坡寬度。

A[1+(W路基2-W路基0)α+(H2-2.2)β]γ=

W路基2+2(W邊2+W護2+W排2+W用2)

(4)

即

W邊2=0.5{A[1+(W路基2-W路基0)α+

(H2-2.2)β]γ-W路基2}-W護2-W排2-W用2

(5)

式中：A為I類地形一級公路路基工程用地指標(biāo)，hm2/km；α為路基寬度調(diào)整指標(biāo)，路基寬度每增減1 m增減0.107 hm2/km；β為路基平均計算高度調(diào)整指標(biāo)，計算高度每增減1 m增減0.37 hm2/km，路基平均計算高度基準(zhǔn)為2.2 m；γ為荒漠區(qū)路基工程用地指標(biāo)調(diào)整系數(shù)，取1.3；W路基2為一級公路路基寬度，計算時取規(guī)范一般值；W路基0為一級公路路基工程用地指標(biāo)，計算采用的基本路基寬度。其他意義同前。

由式(2)、(5)可得，滿足公路工程路基用地指標(biāo)的路基最大填土高度和兩幅最小間距，分干線一級公路和集散一級公路列于表3和表4。

表3 滿足用地指標(biāo)的干線一級公路路基最大填土高度和兩幅間距

表4 滿足用地指標(biāo)的集散一級公路路基最大填土高度和兩幅間距

《公路工程項目建設(shè)用地指標(biāo)》中規(guī)定邊坡聯(lián)體分離式路基用地指標(biāo)時，以III類地形為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，選取1∶1.5的邊坡坡率，此類路基不存在放緩邊坡不設(shè)護欄的可能，因此不制約兩幅間距的確定，本文不予考慮。同時兩幅路基設(shè)計洪水頻率不同，應(yīng)盡量避免采用此類路基。

④防眩設(shè)施設(shè)置的影響。根據(jù)JTG/T D81-2017，分離式路基左、右幅可不設(shè)防眩設(shè)施的中央分隔帶間距為9 m。

⑤邊坡坡率的影響。由表2～4分析可知，滿足不設(shè)護欄的計算凈區(qū)寬度時，若采用1∶6的邊坡坡率，兩幅最小間距容許的填土高度較低，難以滿足設(shè)計洪水頻率；若要滿足設(shè)計洪水，必須增大填高和間距，而根據(jù)表3和表4的計算結(jié)果，滿足公路用地指標(biāo)要求的最大填高不超過2 m，1∶6的邊坡坡率存在一定的局限性。實際項目中，低填路基邊坡坡率一般采用1∶1.5，因此計算邊坡坡率為1∶1.5的兩幅間距，其結(jié)果見表5。

表5 邊坡坡率為1∶1.5時的兩幅間距 m

4 綜合定線實例

G215線馬鬃山至橋灣段位于甘肅省酒泉市瓜州縣和肅北縣境內(nèi)，路線全長約159 km，是甘肅境內(nèi)唯一直接連接G7京新高速和G30連霍高速的主通道，擬將老路G215線從二級公路改擴建為收費一級公路。老路G215線馬鬃山至橋灣段公路已于2017年4月建成通車，采用二級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為80 km/h，路基寬度12 m。項目所經(jīng)地區(qū)為典型戈壁荒漠地區(qū)。

4.1 沿線調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，老路左側(cè)土路肩埋設(shè)有G7京新高速與G30連霍高速的通信光纜，路基兩側(cè)15～50 m不等的距離外建有平行路線的電信光纜、國防光纜等設(shè)施。沿線兩側(cè)分布大量退牧還草保護區(qū)，距離老路邊緣多為25～30 m，局部略遠(yuǎn)。老路低洼處設(shè)有攔水沙壩。

沿線的主要控制因素有：馬鬃山黑戈壁軍事城堡、黑喇嘛文物遺址、肅北馬鬃山北山羊省級自然保護區(qū)、橋灣小鎮(zhèn)規(guī)劃、橋灣廉政教育基地等。

4.2 加寬方案

由于采用二級公路標(biāo)準(zhǔn)的老路G215線建成不久，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與新建一級公路不同，結(jié)合調(diào)查結(jié)果，采用為分離增建為主、局部拼寬為輔、新建繞鎮(zhèn)段整體式路基的改擴建方案。主要方案如下。

1) 黑喇嘛文物遺址段，文物保護邊界距離舊路中心線25 m左右，位置關(guān)系示意圖見圖2。選定采用整體式路基單側(cè)拼寬的方案避開該遺址。

圖2 路線與黑喇嘛文物遺址關(guān)系示意圖

2) 沿線退牧還草保護區(qū)段，保護區(qū)距離老路邊緣多為25～30 m，結(jié)合保護區(qū)分布情況，合理確定增建幅位置及兩幅間距，盡量避免侵占保護區(qū)。

3) 結(jié)合國防光纜、通信光纜、沿線攔水沙壩分布情況，適時換幅，減少國防光纜遷改6.2 km，減少地埋高速通信光纜遷改147 km。

4.3 分離增建方案兩幅路基間距確定

受制于路線兩側(cè)國防光纜、退牧還草保護區(qū)邊界、攔水沙壩的分布，結(jié)合沿線鹽漬土的分布及處置方案，路基填高多為1.2～4 m，因此，本項目無法采用不設(shè)護欄的邊坡坡率及間距。為減少占地，節(jié)約投資，采用1∶1.5的邊坡坡率，控制兩幅間距為6～15 m。

4.4 綠色公路

本著綠色公路理念，項目沿老路改擴建，避免大范圍改線；嚴(yán)格控制路基填高及兩幅間距，盡量減少兩幅間難以利用的夾心地；生態(tài)優(yōu)先，盡量不侵占沿線退牧還草保護區(qū)，在肅北馬鬃山北山羊省級自然保護區(qū)段，增建幅沿老路布設(shè)，穿越實驗區(qū)，為最大限度減少對保護區(qū)內(nèi)北山羊的影響，結(jié)合北山羊生活習(xí)性，增設(shè)動物下穿通道，嚴(yán)格控制施工時間和施工噪聲等；變廢為寶，專題研究項目附近酒鋼集團冶煉鋼渣作為路基填筑材料，解決項目沿線筑路材料匱乏及鋼渣廢料處理問題等。

4.5 交旅融合

為踐行交旅融合，項目圍繞“大敦煌文化旅游經(jīng)濟圈”建設(shè)，總體設(shè)計時結(jié)合項目沿線旅游資源的分布，按“快進(jìn)”“慢游”的思路，服務(wù)橋灣廉政教育基地的建設(shè)。橋灣廉政教育基地依托橋灣古城遺址建設(shè)，位于橋灣小鎮(zhèn)南側(cè)。為減少項目對橋灣小鎮(zhèn)的影響，分流過境交通，同時保證車輛快速進(jìn)入橋灣小鎮(zhèn)和橋灣廉政教育基地，路線在橋灣小鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)北側(cè)偏離小鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)，并設(shè)置橋灣北互通連接G215老路，路線方案示意圖見圖3。橋灣北互通的設(shè)置雖然較平面交叉方案會大幅增加投資，但對鎮(zhèn)區(qū)發(fā)展、帶動橋灣廉政教育基地旅游資源開發(fā)有著積極的意義。

圖3 交旅融合路線方案示意圖

5 結(jié)論

1) 針對戈壁荒漠地區(qū)改擴建項目特點，提出戈壁荒漠地區(qū)一級公路改擴建定線思路。

2) 根據(jù)護欄設(shè)置、用地指標(biāo)、防眩設(shè)施設(shè)置和邊坡坡率的影響，提出分離增建方案兩幅路基間距計算模型，并計算不同設(shè)計速度和邊坡坡率時路基填土高度和兩幅間距容許值。

3) 滿足不設(shè)護欄的計算凈區(qū)寬度時，1∶6的邊坡坡率容許的填土高度較低，難以滿足設(shè)計洪水頻率，若滿足1∶6的邊坡坡率，必須增大填高和間距，而滿足用地要求的最大填高不超過2m，由此可見，1∶6的邊坡坡率存在一定的局限性。

4) 結(jié)合G215線馬鬃山至橋灣段一級公路改擴建項目綜合定線實例，闡述二改一項目定線思路，以及綠色公路和交旅融合理念的實踐。文章相關(guān)計算結(jié)果可為類似項目提供參考。