会老高速公路建设可行性研究

金兆鑫，魏世龙，贾存鹏，，庞建平

（1．兰州石化职业技术大学 土木工程学院，兰州 730060；2．甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，兰州 730030）

会宁县到老君坡镇高速公路（简称“会老高速”）是甘肃省与宁夏回族自治区新建的又一条省际高速公路大动脉，是推进“丝绸之路经济带甘肃黄金段”建设的重要组成部分，是宁夏高速网规划的“三环八射九联”高速公路网中一联，是六盘山国家级贫困地区经济快速发展和加快扶贫攻坚步伐的公路运输大动脉，在全省干线公路网、甘宁2省区域综合运输网中都具有特殊的地位与作用。会宁至老君坡（甘宁甘界）高速公路起于会宁县太平店镇大山川，与现有G22青兰高速公路以枢纽互通立交相接，经太平店镇至老君坡镇为终点。

1 会老高速公路建设规模

1.1 项目建设规模

本项目主线全长8.634 km，共设置大桥1 770 m/5座，无中小桥，涵洞6道，通道涵9道（以上构造物均不含互通立交、主线收费站、治超站）。全段拟采用沥青混凝土路面。设置完善的交通安全、服务和管养设施，设服务区1处。主要工程规模见表1。

表1 建设规模对比表

1.2 技术标准

本项目采用设计行车速度80 km/h的双向四车道高速公路技术标准。整体式路基宽度24.5 m、分离式路基宽度12.25 m。本项目主线主要技术标准见表2，其他技术指标按交通部JTG B01—2014《公路工程技术标准》执行。

表2 主线主要技术指标表

2 项目建设的可行性分析

2.1 地形、地貌

项目建设区位于甘肃黄土高原中西部地区，公路所经地区地势南高北低，分为河水常年流动冲刷形成的河谷阶地和山洪冲刷黄土高原形成的黄土梁峁2种地貌类型。黄土梁峁因冲刷不均匀多数呈现浑圆状和垅岗状，两者地形形成的高差最大达300 m，最小达200 m。因常年冲刷地形地貌呈切割剥蚀状，冲沟发育多数沟谷呈现“U”字型，给工程的实地建设带来一定难度。由于夏季、秋季雨水和冬季、春季雪水的下渗，导致土体流失，形成黄土陷穴和沟壑，部分地貌隆起等地貌。

2.2 地质构造

根据甘肃省地矿局颁布的甘肃省大地构造单元划分，会老高速公路所经过的工程区地处祁连山褶皱系，祁连中间隆起带。该带南北均以深断裂为界，是由古中国地台解体后的残块——前震旦及震旦纪变质杂岩所组成[1-2]。按次级构造单元划分，工程区地处该带中的平缓区域，可以满足桥梁建设的地质需求。工程区属陇西黄土高原中西部轻微隆起区，区内新近系堆积厚度介于517～853 m，新近纪以来大部分地区上升，第四纪主要堆积为风成黄土。由于地壳的阶段性抬升，区内多见黄土梁峁地形，河流发育多级阶地。区内发育有二、三级两期夷平面，新构造运动主要表现为大面积上升运动。工程区地表为厚层黄土覆盖，无区域断裂通过，属于相对稳定地段。

2.3 地震

本项目地处陇西黄土高原中西部，新构造分区内由于断裂的走滑逆冲活动，形成若干山间断陷或压陷盆地，新构造活动明显，历史上曾发生过如1352年会宁7级地震、1709年中卫7.5级地震和著名的1920年海原8.5级大地震等。

根据最新的《中国地震动峰值加速度区划图》、GB18306—2015《中国地震动加速度反应谱特征周期区划图》，会老高速公路所经的主要工程区地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期0.45 s，相当于地震基本烈度Ⅶ度区，构造物按相关等级要求进行设防后，进行工程建设。

2.4 水文地质

会老高速公路沿线工程区全部被厚厚的黄土层覆盖，是我国西北地区独有的典型的黄土高原区域，工程区受河流的流水及雨水、雪水入渗等外力作用影响，造成的水土流失极为严重，形成沟壑纵横的地形地貌。工程区内黄土层分布较为连续且厚度较大，是主要的孔隙含水地层。由于该区域常年降雨量稀少，地表植被较少，风化严重导致地表地形破碎，具有地下水分布不均匀、差异性较大且地下含水层受区域地形地貌的影响，具有区域性分布和断续分布的特点。

2.5 气温、降雨、日照、蒸发量、主导风向和冻深

拟建路线工程区地处甘肃省中部地区，属于温带季风气候，地处亚热带、暖温带、中温带、青藏高原4个气候区和半湿润、半干旱、干旱3个干湿区的交汇区；加之地形东南高而闭塞，西北低而开阔，西伯利亚干冷气流长驱无阻。因此，除气候干燥、降水少、蒸发强、日照时数较长外，且有降水和无霜期年变率极大的特点。拟建项目在全国公路自然分区中属甘东黄土地区。

2.6 沿线筑路材料、水、电等建设条件

工程区内绝大多数区域被厚层黄土覆盖，基岩出露较少，块片石、砼用碎石及路面碎石等石料均需远运；各沟道多以黄土侵蚀下切为主，大多未沉积砂砾层，只在老庄河、祖历河有砂砾层，但质量较差，储量有限，具有一定腐蚀性；沿线水资源相对缺乏，工程用水及生活用水主要采自会宁县城市自来水，水质较好，可满足工程用水要求；路基填料较丰富，主要为沿线黄土梁峁开挖土方。工程区内运输条件良好，均有公路可通各料点，交通运输便利。

2.7 湿陷性黄土

湿陷性黄土广泛分布于沿线山梁、沟谷斜坡、河谷阶地。岩性主要为第四系上更新统的风积黄土和全新统冲洪积黄土状土。黄土病害有黄土的湿陷性、黄土陷穴、落水洞和黄土桥[3-4]。

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》中的《中国湿陷性黄土工程地质分区略图》可知，工程区属于陇西分区。自重湿陷性黄土分布广泛，由湿陷性黄土路段勘察及湿陷性计算结果可知，沿线湿陷性黄土可分为：第四系全新统湿陷性黄土（Q4al+pl），主要分布在烂泥河一、二级低阶地，湿陷性黄土厚度一般3～20 m；第四系上更新统湿陷性黄土（Q3eol），主要分布在黄土梁峁地区上，湿陷性黄土厚度一般9～25 m，土体垂直节理和大孔隙发育，湿陷性等级多为Ⅲ～Ⅳ级。对于河谷阶地上的一般湿陷性黄土，横向冲沟边缘、高阶地边缘及山地斜坡上的具有自重湿陷性的黄土，选取冲击压实、重型击实及强夯；对于桥涵地基应考虑负摩阻力折减，选用于强夯或深层处理的桩基础法[5]。对沿线的湿陷性黄土进行全面防治：①根据工程区前期的调研情况做好地表防排水设计，防止各种地表水汇集在路基两侧形成下渗；②对路基两侧常年雨水冲刷形成的黄土穴及时回填或者开挖，夯实达标防止再次陷落；③根据工程区勘察报告，对施工区域场地类型按照公路基础设计规范的标准进行分类整理，按等级进行治理[6-8]。

2.8 不良地质路段情况

（1）区内崩塌变形、破坏方式主要有倾倒、垮落，但因地层均为第四系松散堆积层，工程区内土体的整体性较差，大多数以斜坡表面小的黄土崩塌和浅层溜塌破坏为主，对经过该区域的路基和桥墩稳定性影响较大。清除上部不稳定岩土体，加强坡脚防护措施，完善沟道防排水即可进行工程建设。

（2）滑塌：滑塌体呈圈椅状，滑坡体物质为松散黄土、粉质粘土，滑体厚约5～10 m，整体性较差，滑塌规模较小，以斜坡表面小的黄土滑塌和浅层溜塌破坏为主，对路线影响较小。对于该区域以桥梁形式通过，桩基础置于稳定地层，加强坡脚防护措施，完善沟道及两岸防排水便可。

（3）黄土塌岸：主要分布于烂泥河沟床因土坝形成的“堰塞湖”及其支谷两岸，沟道两岸受河水冲蚀和地下水潜蚀作用下所造成的岸坡黄土崩塌、塌岸，为渐进式和突发式塌岸，黄土崩塌、塌岸范围较大，土体含水量高，局部有蠕滑现象，整体稳定性差，对路线影响较大。对于该区域以桥梁形式通过，对附近岸坡不稳定体清除或加固，完善沟道及两岸防排水便可。

3 路线方案的优化及比选分析

施工图设计阶段根据初步设计确定的路线走向，经实地调查地形、地物，充分考虑沿线城镇规划、生态环境、施工条件、施工期间的车辆保通、工程造价和当地政府群众意见，对全线局部路线方案进行了优化及比选论证，如图1、图2和表3所示。

图1 老君坡过境段线平面优化对比图

图2 老君坡过境段线纵面优化对比图

表3 施工图纵断面优化工程数量增减表

初步设计阶段老君坡过境段路线以明挖方式顺沟岸及台地而下，平面路线出互通式立交，以1 000 m半径避绕李家河口村后沿沟岸台地布设至老君坡镇西南侧，沿朱湾川西侧台地布设跨越双界公路，以明挖形式穿越正岔村西山梁后跨越烂泥河沟布设至菜子川台地。由于平面半径较大，深入山体范围较大，明挖段落较长，纵坡高度较低，挖方边坡较高，挖方量较大。施工图阶段结合初步设计审查意见，对该段落进行平纵优化。优化后，该段曲线半径由760 m变为700 m，有效减少明挖段落；平均纵坡由1.1%变为1.5%，纵坡高度抬高，挖方边坡高度降低，挖方量减小，同时桥梁规模缩短60 m。

4 结束语

通过研究路线上的地形地貌、地质构造、地震、水文地质、气象条件和沿线筑路材料、水、电等，以及湿陷性黄土等建设条件的深入调研与分析研究得出工程区段内线路上的地形地貌为典型黄土高原地貌，通过削坡、填挖方可满足工程的需求，区内交通较方便，运输条件较好。均有路可通各料点，汽车运输便利。对于河谷阶地上的一般湿陷性黄土，横向冲沟边缘、高阶地边缘及山地斜坡上的具有自重湿陷性的黄土，选取冲击压实、重型击实以及强夯；对于桥涵地基应考虑负摩阻力折减，选用于强夯或深层处理的桩基础法，对该高速的路线方案进行优化和比选分析，得出会老高速公路建设的可行性方案和最优的线路设计，优化后，该段曲线半径由760 m变为700 m，有效减少明挖段落；平均纵坡由1.1%变为1.5%，纵坡高度抬高，挖方边坡高度降低，挖方量减小，同时桥梁规模缩短60 m。