河南高速“13445工程”平原区取土方案研究

马成龙

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450000;2.河南省交通规划设计研究院股份有限公司,河南 郑州 450000)

1 河南省高速公路建设发展情况

河南省位于中原腹地,是一个典型的内陆省份,是全国重要的交通枢纽之一。初步形成以高速公路为主骨架,以国道、省道为主,县、乡公路沟通城乡、辐射周边路网的一条支线。

河南省委省政府在“十四五”规划开局之年,为推动河南省现代化建设进程,站位全局提出了快速建设高速公路的“13445工程”重大战略决策。2021年全面启动高速公路“13445工程”,到2025年年底,全省高速公路通车里程达到10 000 km以上,新增通车里程3 000 km以上,完成投资4 000亿元以上,力争通车里程居全国第4位,路网密度居全国第5位。

河南省高速“13445工程”的实施,对进一步加强联通河南高速公路网、打通交界断头路、提高通行效率、促进国民经济循环和优化区域经济布局等具有重大意义。

2 河南高速“13445工程”平原区项目建设特点

平原区项目大多位于我国第二级地貌台阶前缘和第三级地貌台阶后部,即山地丘陵与平原之间过渡带。项目所经区域总体地势北高、南低,属平原微丘区,地形平坦简单、地势起伏不大。在河南高速公路实施的“13445工程”中,第一批切块项目和第二批切块项目共计35条高速公路,其中线位全部位于平原区的高速公路项目有16条,占总投资项目条数的45.7%,占比大。

河南高速“13445工程”平原区项目建设特点如下。

(1)车速高。一般情况下保证安全运行时采用最高车速:平原区采用120 km/h,在山区采用80～100 km/h[1]。

(2)交通量大。平原区人口稠密,城镇工业区密集,人口出行方式的改变和机动车数量的增加,导致车流量大。

(3)通行能力强。平原区道路宽度宽,车道数量多,提高了车辆通过时间,减少了疏导交通流的通行时间。

3 河南高速“13445工程”平原区取土制约因素

河南高速“13445工程”平原区隶属黄淮平原。黄淮平原地区高速公路修建相对西部山区而言,技术难度不大。为了节省工程造价,高速公路多以填方路堤为主,而黄淮平原地势平坦,是河南粮食主产区,项目周边均为基本农田和耕地,可用于填筑高速公路的填料匮乏。直接在基本农田范围内取土势必影响粮食产量,在国家严格保护耕地红线的基本政策下,原来就近在农田范围内直接取土填筑路堤的方法已不可行。

3.1 坚守土地政策红线

根据原自然资源部、农业农村部印发的《关于加强和改进永久基本农田保护的通知》(自然规划〔2019〕1号)中第二章第五节的规定:严禁占用永久基本农田。永久基本农田必须坚持农地农用,禁止任何单位和个人在永久基本农田保护区范围内建窑、建房、建坟、挖沙、采石、采矿、取土、堆放固体废弃物或者从事其他活动破坏永久基本农田,毁坏种植条件的,按《土地管理法》、《基本农田保护条例》等法律法规进行查处,构成犯罪的,依法移送司法机关追究刑事责任。

3.2 占用土地性质较为有限

项目位于平原区,地形平坦,项目周边均为基本农田和耕地,少数为建设用地、林业用地等,直接在基本农田范围内取土势必影响粮食产量,在国家严格保护耕地红线的基本政策下,临时用地审批难。

3.3 征地费用高,协调难度大

高速公路项目开工后,征地拆迁情况复杂,如群众对补偿的资金不满意,便会拒绝征地拆迁的政策。其次,征地安置的补偿资金在整个道路建设投资中占有较大比重,也会给建设单位带来较大的资金压力。最后补偿款发放不到位,会造成施工的延误,如若不采用一些灵活的策略,将会严重影响整个项目的进度。

3.4 复垦难

目前,影响土地复垦工作的因素是多方面的,平原地势平坦,取土后容易形成坑、沟等地形,难以复耕。了解周边其他已完工项目,项目施工完成后的取土场,因耕地有机土缺失,导致粮食产量下降,很少进行复垦,随之变成荒地。除了土质地形方面的因素外,还存在着土地复垦资金不足的问题。由于复垦资金的缺乏,导致每年复垦的数量低于被破坏的土地数量,进而导致土地复垦工作进展缓慢。

3.5 取土占地面积广

结合周边其他已完工项目,采取集中取土方式,取土方量按1 000万m3、取土深度按5 m计,取土场所需临时占地达到1 999.9 hm2。

4 平原区取土场设计思路及原则

4.1 取土场设计思路[2]

充分优化路线平、纵面线形,合理设计纵坡,从源头上减少填方数量。取土场选用应与改地、造地、复垦综合考虑,高效利用土地。土源调查过程中应广泛收集资料,通过利用河道、坑塘、水库清理产生的土方、建筑弃渣取土,以及高岗地等劣质地或一般耕地进行高标准农田改造取土,应将高速公路清表土方用于取土场复垦工作,提高一般耕地种植效率。

4.2 取土场设计原则[2]

取土场不得占用农田,应尽量选择在植被稀疏、荒地等地段。取土场位置不应设置在公路行车视线范围内;合理考虑取土场与路基之间的距离,避免取土影响路基边坡稳定;桥头引道两侧不宜设置取土场。通过实验确定符合的土质,进行多次的筛选,对于不适合取土的地质,及时的进行调整。将满足土质的取土地作为高速公路项目的取土地。根据道路沿线的整体分布,分为几段并选择每一段路就近的取土场,估算取土场的大致面积,避免运距过远。

5 河南高速“13445工程”平原区项目案例分析研究

平原区路基填筑需要大量的土方,以平均填土高度5 m、宽34.5 m的双向六车道高速公路为例,平均每公里需要土方约22万m3。结合平原区典型高速公路项目郑州至南阳高速公路郑州至许昌段作为参考案例进行分析。

郑州至南阳高速公路郑州至许昌段是河南高速“13445工程”第二批切块项目中其中一条,采用双向六车道高速公路标准,设计时速120 km/h,路基宽34.5 m。

该项目在前期勘察设计时需考虑平原区路网发达的情况,要与现有及规划路网合理衔接;城镇、村落密集;输油、燃气管线分布多;沿线河沟较多;存在不良地质[3];控制性工程——南水北调、铁路;部分敏感点环境保护要求高等。路线跨越这些地方,需将纵断抬升或绕避,这样上跨工程提升纵断面或平面调线占压更多的基本农田,导致路基填土高度较高,取土方量随之增加。据统计全线路基填土方1 365.551万m3,挖土方93.530万m3。

由于沿线绝大多数为基本农田范围,取土极为困难,应多方案比选,以确定最优设计方案。

5.1 路基方案对比

路线所经区域为平原区,属于豫中粮食高产区域,沿线均为基本农田。高速公路受交叉道路的影响,填土路基对沿线土地需要永久征用,而路基取土所用的临时占地也对沿线土地资源有较大的影响。为选择合适工程方案,择优确定工程方案与土地资源的关系,拟定了常规路基、挡墙路基、桩板式路基等方案进行比选,以此来解决路基填土方量大的问题。

结合实际情况,将取1 km常规填土路基分别与桥梁、泡沫轻质土路基、桩板桥和挡土墙结构路基进行对比,见表1。

表1 1 km各种方案造价对比表

经比选,要求造价低的情况下,借土方能解决,则优先考虑常规填土路基方案;如不要求造价的情况下,优先选择挡土墙路基和桩板式路基方案。

5.2 附近土源调运与远运山区取土对比

通过调查周边地市,发现本项目南边和东边均为广阔的平原地区,无合适的取土位置,只有项目西部发育山地。其中,西部新密市七谷堆山距离项目直线约31 km,可协商取土;西部长葛市陉山距离项目中段直线21 km,但是陉山为军事用地,无法取土;西南部禹州市无梁镇距离项目直线约23 km,可协商取土。

如采用远运,西部禹州市鸠山距离本线位直线约65 km,鸠山至本项目填筑平均运距为100 km,考虑远运采用0.8元/(天然方/km),从禹州市鸠山运至本项目填筑费用为130.56元/m3,比同期可用路基填方55元/m3的封顶价高出一倍多,见表2。

表2 附近土源调运填筑与远运填筑造价对比表

经比选,远运取土费用高,如全线采用远运取土,从禹州市鸠山取土需增加13.8亿元。本项目不考虑沿线国省道路修复费,远运对沿线国省道路破坏较大,且灰尘等污染严重,可实施性不高。

6 取土方案措施

本项目选取取土位置受国家土地政策限制,无法直接在基本农田范围内取土;同时又受地下水位限制,一般情况下不能挖太深,否则土方含水量过大,不利于施工碾压。

综合考虑沿线自然环境、水文、气象和农作物生长情况,以节约用地、造田还耕、利于农作物生长和节省工程投资为目标,本项目从设计源头考虑减少土方总数,节约工程造价。具体措施如下。

6.1 科学合理选线、布线[4]

充分优化路线平纵面,合理设计纵坡,互通方案在布设时尽量按照紧凑型布设,通过不断优化线性设计,从源头上减少填方数量。

6.2 因地制宜采用低路堤

本项目沿线村庄分布较密集,路网较为发达,在保证居民生产生活的条件下对部分路网进行合并、改移,降低路线纵断;同时在村庄分布稀疏路段采用低路堤,设置天桥上跨,由此可降低路堤高度,减少路基土石方和占地,并保护土地资源。

6.3 推进取土场与改地、造地、复垦综合措施

本项目沿线基本农田分布广泛,平原区取土极为困难,设计过程中通过调查收集资料,充分考虑利用河道、坑塘、水库清理产生的土方、高岗地高标准农田改造取土及建筑砖渣等作为路基填料。

6.4 设置挡土墙

设计过程中结合拆迁等需要,设置挡土墙收边坡,以减少土方。

6.5 降低梁高以降低路线标高

在部分跨越河流、沟渠路段,在征求相关河流主管部门的同意后,在河道范围内设墩,尽量采用30 m及以下跨径桥梁,降低桥梁建筑高度,从而降低路线标高,可达到降低土方的目的。

6.6 设置桩板式路基

桩板式路基作为一种创新结构,相对于传统的填方路基,具有刚度大、工后沉降小等特点,另外还能取消边坡宽度,较大节省占地面积。

6.7 增加路基挖方段

本项目路线从许昌建安区南部展线通过,其中在设计桩号K66+300～K68+000段横穿南北向岗地,岗地宽约2 km,为了降低借方量,设计转化思路,将原高速桩号K94+000～K95+700段长约1.7 km上跨改为下穿盐洛高速,设置分离式桥,该段最大挖方深度为11 m,边坡按照1级放坡,边坡坡率放缓至1∶1.0,尽可能增加挖方量,下穿方案增加挖方46.3万m3。原上跨方案填土较高(约10 m),需填方49.8万m3。将该段改为下穿方案后,减少借土约96万m3,在全线取土困难的大背景下,极大地解决了料源不足问题。

6.8 其他填料的调查

路线所经区域及附近周边县市有矿产资源分布,粉煤灰、矿渣等填料丰富,可购买用于路基填料。

7 结 语

为了突破路堤填料匮乏的瓶颈,保证项目的实施,调查到可取的料源主要有城市建筑基坑土方、建筑砖渣、沟渠改扩建土方、湖泊扩容堆积土方、高岗高标准基本农田改造取土、非基本农田范围内取土等。

土地的利用和规划是经济社会发展的重要基础,经济社会发展离不开土地的开发和利用。随着经济的日益繁荣,特别是城市建设统筹规划,对土地的需求也越来越大,土地资源在当今社会所扮演的角色不可替代。在土地资源供需问题日益突出的形势下,如何进一步加强土地管理,科学有序地开发利用土地资源,促进经济社会又好又快发展,是土地管理工作面临的重大挑战。