戈壁荒漠地区一级公路改扩建定线研究

江 锋 陈天幸 袁盛杰

(湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉 430051)

目前国内对戈壁沙漠地区公路路线的研究多集中在路线布线原则[1]、线形参数和中间带形式上[2]。对戈壁荒漠地区公路改扩建路线的研究多集中在高速公路改扩建必要性和布线原则上[3]，而一级公路改扩建的定线研究鲜有报道。本文依托G215线马鬃山至桥湾段一级公路改扩建项目，结合绿色公路、交旅融合理念，对戈壁荒漠地区一级公路改扩建综合定线思路进行研究。改扩建分为原级改扩建和提高等级改扩建，本文研究主要针对二级公路改扩建提级为一级公路。

1 戈壁荒漠地区改扩建常见问题

1.1 老路利用

老路利用是节约资源、减少新增占地、降低工程造价的重要途径，也是体现绿色公路理念的重要方面。戈壁荒漠地区老路受地形限制较小，路线平、纵面指标通常较高，改扩建时应尽量利用，老路的利用不仅是利用路基，还应考虑利用成熟的排水系统和防风沙系统等。

1.2 技术标准衔接

交通运输部《关于西部沙漠戈壁与草原地区高速公路建设执行技术标准的若干意见》(以下简称《意见》)中指出，利用现有一级、二级公路改扩建为高速公路的建设工程，应按照“安全、节约”的原则进行总体设计，尽量利用既有工程，降低工程造价；采用分离式断面的高速公路，当利用现有二级公路改建为一幅时，其路面等级、设计洪水频率可维持原有标准不变；对于新建的一幅应按现行公路工程行业标准的有关规定执行[4]。而当利用现有二级公路改建为一级公路的一幅时，其路面等级、设计洪水频率是否维持原有标准，虽无具体文件明确，也应参考此《意见》执行。

1.3 新老路基结合

新老路基结合是改扩建项目中常见且无法回避的技术问题，常出现加宽路基稳定性、不均匀沉降等病害。戈壁荒漠地区，干旱少雨，风沙侵蚀，地表以砾石、粗砂覆盖物为主，盐渍土分布广泛，加宽路基不均匀沉降较明显，改扩建时应结合不良地质和特殊性岩土，合理确定路基加宽方案。

1.4 环境保护

戈壁荒漠地区动植物资源稀少，生态脆弱，恢复困难，环境保护问题尤为突出，改扩建时应避免大范围改线，对生态环境造成二次破坏。

2 绿色公路和交旅融合的内涵

绿色公路内涵丰富，以资源节约、生态环保、节能高效、服务提升为主要特征，统筹公路规划、设计、建设、运营、管理、服务全过程，强调均衡协调，突出建、管、养、运并重，降低全寿命周期成本。以最少的资源占用、能源耗用、污染排放、环境影响，实现外部刚性约束与公路内在供给之间的均衡和协调[5]。

交旅融合着力完善旅游交通网络设施，创新旅游交通产品，提升旅游交通服务品质，以更好地适应经济社会发展和人民群众旅游需求新变化，构建“快进”“慢游”的综合旅游交通网络[6]。

3 戈壁荒漠地区一级公路改扩建定线思路

选线包括确定路线基本走向、路线走廊带、路线方案至选定线位的全过程[7]。戈壁荒漠地区改扩建项目路线走廊相对唯一，路线方案和路线带问题较少，选线多侧重于具体定线，定线思路如下。

3.1 既有公路的调查与评价

针对改扩建设计需求，结合各专业特点和内容，对既有公路进行调查与评价。对于提高等级改建项目，应着重调查公路等级不同带来的技术指标的差异。

3.2 合理确定加宽方案

改扩建加宽的基本形式为拼宽、分离增建[8]。拼宽方式有左侧拼宽、右侧拼宽和两侧拼宽，选用时因地制宜，不作为定线的重点进行探讨。而老路作为半幅利用时，由于路面等级、设计洪水频率等技术指标不同[9]，建议以分离增建方案为主。

3.3 分离增建方案定线

对于分离增建，因增建幅与利用幅属同一走廊，不存在走廊比选，但需着重解决增建幅与利用幅的相对位置和两幅间距。

1) 分离增建路基相对位置。结合戈壁荒漠地区特点，若不考虑地物因素的制约，增建幅位置宜按下列原则选择：①设置于利用幅地面自然坡度下游，以利用原有排水系统，如拦水沙坝、排水沟等；②设置于风沙流利用幅下游，以减少风蚀、沙埋的危害；③换幅位置宜选在设计水位满足一级公路标准的路基段。

2) 分离增建路基间距控制。影响两幅间距的因素主要有交通安全设施的设置、增建幅对利用幅边坡和排水系统的影响、两幅之间坡脚土地的利用、增建幅边坡坡率等。根据不同影响因素，建立两幅间距计算模型，分离增建方案示意图见图1。

图1 分离增建方案示意图

①两幅间距计算模型。取利用幅为路基1，增建幅为路基2，两幅间距可由式(1)计算。

W间=W边2+W护2+W排2+W用2+

W夹+W用1+W排1+W护1+W边1

(1)

式中：W间为两幅间距；W边2为增建幅边坡宽度，m；W边2=H2·n2,H2为增建幅平均填高，m；1∶n2为增建幅边坡坡率；W护2为增建幅护坡道宽度，m；H2≤2 m时，W护2取0 m，2

由于利用幅路基参数未知，计算时取利用幅和增建幅相同的路基平均计算填高、护坡道宽度和用地界宽度，且利用幅采用公路路基设计规范中规定的低填方1∶1.5的边坡坡率。

两幅之间的夹心地难以利用，从绿色公路的角度，应尽量减少两幅之间的距离。最理想状态为，两幅共用一处排水沟，即

W间=W边2+W护2+W排1+W护1+W边1

(2)

②护栏设置的影响。护栏是一种障碍物，实际净区宽度小于计算净区宽度，且驶出路外车辆碰撞护栏的后果比不设置护栏的后果轻时，应考虑设置护栏[11]。从绿色公路和宽容性设计理念出发，推导实际净区宽度满足计算净区宽度而不设护栏的两幅间距。考虑戈壁荒漠地区路线平面指标一般较高，选取直线填方段作为计算净区宽度W计净控制值，其取值见表1。

表1 计算净区宽度W计净

实际净区宽度由硬路肩、土路肩及可利用的路侧边坡组成，当路侧边坡坡度缓于1∶6时，有效宽度为整个坡面宽度；当路侧边坡坡度在1∶4和1∶6之间时，有效宽度为50%的坡面宽度；当路侧边坡坡度陡于1∶4时，边坡不能行车，不作为有效宽度。因右侧硬路肩比左侧硬路肩宽，实际净区宽度式(3)计算。

(3)

式中：W实净左为增建幅左侧实际净区宽度，m；其他意义同前。

由式(2)、(3)、表1，令W计净=W实净左，可得满足计算净区的路基填土高度和两幅最小间距，其取值见表2。

表2 满足计算净区宽度的路基填土高度和两幅最小间距

③公路用地指标的限制。放缓边坡坡率势必造成用地增大，依据《公路工程项目建设用地指标》计算用地指标时，边坡坡率均取1∶1.5，但对基本无植被覆盖的荒漠区(荒滩、戈壁、沙漠等地区)一级公路可在I类地形基础上按放大1.3的系数对路基工程用地指标进行调整，为放缓边坡提供可能。

根据用地指标，参考平原区两幅完全分离式路基用地计算公式，可计算容许的边坡宽度。

A[1+(W路基2-W路基0)α+(H2-2.2)β]γ=

W路基2+2(W边2+W护2+W排2+W用2)

(4)

即

W边2=0.5{A[1+(W路基2-W路基0)α+

(H2-2.2)β]γ-W路基2}-W护2-W排2-W用2

(5)

式中：A为I类地形一级公路路基工程用地指标，hm2/km；α为路基宽度调整指标，路基宽度每增减1 m增减0.107 hm2/km；β为路基平均计算高度调整指标，计算高度每增减1 m增减0.37 hm2/km，路基平均计算高度基准为2.2 m；γ为荒漠区路基工程用地指标调整系数，取1.3；W路基2为一级公路路基宽度，计算时取规范一般值；W路基0为一级公路路基工程用地指标，计算采用的基本路基宽度。其他意义同前。

由式(2)、(5)可得，满足公路工程路基用地指标的路基最大填土高度和两幅最小间距，分干线一级公路和集散一级公路列于表3和表4。

表3 满足用地指标的干线一级公路路基最大填土高度和两幅间距

表4 满足用地指标的集散一级公路路基最大填土高度和两幅间距

《公路工程项目建设用地指标》中规定边坡联体分离式路基用地指标时，以III类地形为基础进行计算，选取1∶1.5的边坡坡率，此类路基不存在放缓边坡不设护栏的可能，因此不制约两幅间距的确定，本文不予考虑。同时两幅路基设计洪水频率不同，应尽量避免采用此类路基。

④防眩设施设置的影响。根据JTG/T D81-2017，分离式路基左、右幅可不设防眩设施的中央分隔带间距为9 m。

⑤边坡坡率的影响。由表2～4分析可知，满足不设护栏的计算净区宽度时，若采用1∶6的边坡坡率，两幅最小间距容许的填土高度较低，难以满足设计洪水频率；若要满足设计洪水，必须增大填高和间距，而根据表3和表4的计算结果，满足公路用地指标要求的最大填高不超过2 m，1∶6的边坡坡率存在一定的局限性。实际项目中，低填路基边坡坡率一般采用1∶1.5，因此计算边坡坡率为1∶1.5的两幅间距，其结果见表5。

表5 边坡坡率为1∶1.5时的两幅间距 m

4 综合定线实例

G215线马鬃山至桥湾段位于甘肃省酒泉市瓜州县和肃北县境内，路线全长约159 km，是甘肃境内唯一直接连接G7京新高速和G30连霍高速的主通道，拟将老路G215线从二级公路改扩建为收费一级公路。老路G215线马鬃山至桥湾段公路已于2017年4月建成通车，采用二级公路标准，设计速度为80 km/h，路基宽度12 m。项目所经地区为典型戈壁荒漠地区。

4.1 沿线调查

经现场调查，老路左侧土路肩埋设有G7京新高速与G30连霍高速的通信光缆，路基两侧15～50 m不等的距离外建有平行路线的电信光缆、国防光缆等设施。沿线两侧分布大量退牧还草保护区，距离老路边缘多为25～30 m，局部略远。老路低洼处设有拦水沙坝。

沿线的主要控制因素有：马鬃山黑戈壁军事城堡、黑喇嘛文物遗址、肃北马鬃山北山羊省级自然保护区、桥湾小镇规划、桥湾廉政教育基地等。

4.2 加宽方案

由于采用二级公路标准的老路G215线建成不久，技术标准与新建一级公路不同，结合调查结果，采用为分离增建为主、局部拼宽为辅、新建绕镇段整体式路基的改扩建方案。主要方案如下。

1) 黑喇嘛文物遗址段，文物保护边界距离旧路中心线25 m左右，位置关系示意图见图2。选定采用整体式路基单侧拼宽的方案避开该遗址。

图2 路线与黑喇嘛文物遗址关系示意图

2) 沿线退牧还草保护区段，保护区距离老路边缘多为25～30 m，结合保护区分布情况，合理确定增建幅位置及两幅间距，尽量避免侵占保护区。

3) 结合国防光缆、通信光缆、沿线拦水沙坝分布情况，适时换幅，减少国防光缆迁改6.2 km，减少地埋高速通信光缆迁改147 km。

4.3 分离增建方案两幅路基间距确定

受制于路线两侧国防光缆、退牧还草保护区边界、拦水沙坝的分布，结合沿线盐渍土的分布及处置方案，路基填高多为1.2～4 m，因此，本项目无法采用不设护栏的边坡坡率及间距。为减少占地，节约投资，采用1∶1.5的边坡坡率，控制两幅间距为6～15 m。

4.4 绿色公路

本着绿色公路理念，项目沿老路改扩建，避免大范围改线；严格控制路基填高及两幅间距，尽量减少两幅间难以利用的夹心地；生态优先，尽量不侵占沿线退牧还草保护区，在肃北马鬃山北山羊省级自然保护区段，增建幅沿老路布设，穿越实验区，为最大限度减少对保护区内北山羊的影响，结合北山羊生活习性，增设动物下穿通道，严格控制施工时间和施工噪声等；变废为宝，专题研究项目附近酒钢集团冶炼钢渣作为路基填筑材料，解决项目沿线筑路材料匮乏及钢渣废料处理问题等。

4.5 交旅融合

为践行交旅融合，项目围绕“大敦煌文化旅游经济圈”建设，总体设计时结合项目沿线旅游资源的分布，按“快进”“慢游”的思路，服务桥湾廉政教育基地的建设。桥湾廉政教育基地依托桥湾古城遗址建设，位于桥湾小镇南侧。为减少项目对桥湾小镇的影响，分流过境交通，同时保证车辆快速进入桥湾小镇和桥湾廉政教育基地，路线在桥湾小镇规划区北侧偏离小镇规划区，并设置桥湾北互通连接G215老路，路线方案示意图见图3。桥湾北互通的设置虽然较平面交叉方案会大幅增加投资，但对镇区发展、带动桥湾廉政教育基地旅游资源开发有着积极的意义。

图3 交旅融合路线方案示意图

5 结论

1) 针对戈壁荒漠地区改扩建项目特点，提出戈壁荒漠地区一级公路改扩建定线思路。

2) 根据护栏设置、用地指标、防眩设施设置和边坡坡率的影响，提出分离增建方案两幅路基间距计算模型，并计算不同设计速度和边坡坡率时路基填土高度和两幅间距容许值。

3) 满足不设护栏的计算净区宽度时，1∶6的边坡坡率容许的填土高度较低，难以满足设计洪水频率，若满足1∶6的边坡坡率，必须增大填高和间距，而满足用地要求的最大填高不超过2m，由此可见，1∶6的边坡坡率存在一定的局限性。

4) 结合G215线马鬃山至桥湾段一级公路改扩建项目综合定线实例，阐述二改一项目定线思路，以及绿色公路和交旅融合理念的实践。文章相关计算结果可为类似项目提供参考。