甘肃省陇东黄土地区二级公路路线设计分析

高明明

（甘肃恒路交通勘察设计院有限公司，甘肃兰州 730070）

0 引言

“十三五”期间，甘肃省公路发展迅速，二级公路成为区域内联通城镇、带动地方经济发展的主要道路。甘肃省陇东地区主要分布有广泛的黄土地区，陇东黄土高原亚区是我国黄土高原地貌特征表现最为典型的地区，也是黄土平均厚度最大的地区之一，侵蚀残塬分布较广。公路工程中核心的为公路路线，作为不可再生资源的路线走廊，选择是否合理，直接影响整个公路的运营服务水平。在陇东黄土地区，地貌单元复杂，在该区域内进行二级公路路线设计，应从总体设计、地质选线、地形选线、生态选线确定合理的路线走廊，选用适宜地形条件的路线平纵面指标，减小高指标造成的大填大挖，减小对生态环境破坏。本文论述在甘肃省陇东黄土地区工程实例中，对二级公路路线设计进行分析，为陇东黄土地区二级公路路线设计工作提供参考。

1 黄土地区地质地形特点

1.1 地形地貌

陇东黄土高原亚区，该亚区是我国黄土高原地貌特征表现最为典型的地区，也是黄土平均厚度最大的地区之一，侵蚀残塬分布较广。地貌类型多为堆积侵蚀黄土塬塬面区、堆积侵蚀黄土塬边沟壑区、堆积侵蚀的黄土残塬丘陵沟壑区及流水侵蚀的河谷阶地区等地貌单元。

1.2 地质构造

黄土高原地区在区域地质构造上属鄂尔多斯地台、祁连褶皱系与西秦岭褶皱系的交接地段。中、新生代陷落为陇中内陆盆地，沉积了厚逾千米的甘肃系红层，经喜马拉雅期陇山运动而隆起，第四纪中晚期，堆积了厚层老黄土及马兰黄土于红层之上。第三纪喜马拉雅造山运动而隆起、接近南北走向的六盘山，将黄土高原分为陇东黄土高原与陇中（陇西）黄土高原两部分。陇东黄土高原亚区属于比较稳定的鄂尔多斯地台的一部分，基底基岩平缓，发育十分稳定，根据《甘肃省地震危险区划研究》，鄂尔多斯台地进入第四系全新世以来，呈缓慢上升趋势，平均上升速率1mm/年。由于地壳的缓慢上升，加剧了该地区各河道的溯源侵蚀和水土流失，因此形成了深切的沟谷，沟谷深度达70～150m，河谷内形成了三级河床下切型阶地。

1.3 区域内不良地质及特殊性岩土

陇东黄土高原区，主要不良地质现象有采空区、滑坡、泥石流等。

采空区主要为窑洞和地坑院，为区域内特有的建筑形式，是当地居民有史以来形成的居住习惯，人工开挖形成洞穴。

区域内河道、沟道两侧中小型滑坡分布广泛、滑塌发育，属重力式黄土类滑坡，具有崩塌或错落性；中浅层滑坡，滑坡体呈马蹄形或圈椅状，滑坡体物质为第四系上更新统松散黄土状粉性土。

区域内泥石流由暴雨引起，主要分布河道两岸支沟，均属于沟谷型泥流，流域面积一般较大，沟谷横剖面一般呈U 形或者V 形，沟床纵比降一般较小，形成区、流通区、堆积区划分较明显。

特殊性岩土主要为软土、湿陷性黄土。

软土主要由于上部黄土状土过湿，形成软基。

湿陷性黄土在陇东黄土地区分布广泛，主要的湿陷性等级在Ⅲ级、Ⅳ级。

2 陇东黄土地区公路路线设计

陇东黄土地区最典型的地形地貌为黄土塬与黄土沟壑两种，根据不同地形地貌，在路线设计中应结合实际进行平纵横设计，以提高路线与地形适应性，加强生态环境保护。结合实际工程路线设计，在以下几个方面对陇东黄土地区公路路线设计进行分析[1]。

2.1 路线设计原则

路线作为公路工程的主骨架，其的优劣直接关系整个公路工程质量及道路在后期运营中发挥其应用的作用，陇东黄土地区路线设计主要原则如下。

其一，根据沿线地形变化情况，利用曲线线形优势，避免强行使用直线。在以往路线设计中，为追求较高路线指标，采用过多的直线，在陇东黄土地区，尤其是沟壑区，直线将产生大填大挖，破坏生态环境，在设计中应尽量利用曲线能有效与地形结合的优势，减少直线的使用。

其二，路线平面布线中，尽量避开V 形冲沟。陇东黄土地区V 形冲沟分布广泛，尤其是上下塬的沟壑区，V 形冲沟沟底纵坡大，填筑路基稳定性保证困难，在路线布设中，应尽量绕避。

其三，在路线设计中，应加强桥梁与填方方案比选。由于陇东黄土地区V 形冲沟分布广泛，路线布设中无法完全避让，因此，在路线平纵面设计中，应对跨沟的位置进行填方方案与桥梁方案对比，合理选用跨沟方案。

其四，注重地质选线，避让不良地质。陇东黄土地区最主要的不良地质为滑坡，滑坡的治理费用高，后期次生病害多，应加强地质选线，对路线走廊带内的滑坡等不良地质条件应及早探明，在路线设计中，避让不良地质。

其五，路线设计中应注重生态环境保护。陇东黄土地区水土流失较为严重，在路线设计中，尤其是平面指标的选取中，在满足规范要求的前提下，应尽量结合地形，减小大填大挖。

其六，在保证路基稳定的前提下，尽量以挖为主。陇东黄土地区除平坦的黄土塬塬面区，多数为黄土沟壑区，自然坡度较陡，路基填方稳定性差，因此，在路线设计中，应以挖方为主，减小填方路基，提高路基稳定。

2.2 路线平面设计

陇东黄土地区基本地形分为平坦的黄土塬塬面区、黄土沟壑区、河谷阶地及越岭等地形，在二级公路平面设计中，分不同情况进行以下论述。

2.2.1 黄土塬塬面区、河谷阶地地形

在陇东黄土地区，黄土塬及河谷阶地受地形限制较小，在路线平面设计中，根据项目性质，新建路线在收集沿线控制因素居民房屋、耕地、文物、不良地质条件等基础上，结合地形情况选择较高平面线形指标，提高道路后期运营服务水平。改扩建项目平面布设中，应充分利用旧路平面线形，以提高旧路利用率为主要原则。图1 为黄土沟壑区地形。

图1 黄土沟壑区地形

2.2.2 黄土沟壑区、越岭地形

陇东黄土地区黄土沟壑区为典型的地形条件，由黄土塬塬面区下塬至沟谷，再上塬至黄土塬塬面区，上下塬水平距离段，高差大是典型路线设计的控制因素，在该区域内进行二级公路路线设计，需要进行平纵横综合设计。首先，应根据高差初步选定平均纵坡，计算需要的路线长度；其次，根据上下塬地形地质条件，选择展线坡面；最后，根据平纵横综合设计，确定路线方案。结合以下工程实例，对黄土沟壑区路线平面布设进行分析[2]。

某项目位于甘肃省陇东地区，路线总体由平坦的黄土塬塬面区及两处上下塬组成，路线在平坦的黄土塬塬面区布设主要以旧路拟合为主，在旧路单侧加宽，主要难点在两处上下塬段，两处上下塬高差基本都在200m 左右，作为集散二级公路，上下塬段受地形地质条件限制较大，因此选用设计速度40km/h。在路线平面布设中，受制因素主要有高差大，可展线坡面有限，大部分坡面分布有滑坡等不良地质。根据实际地形地质条件，在路线平面布设时，第一，否定了旧路来回绕行的方案，根据高程控制位置，选择合适坡面进行展线，在第一个下塬段，依地形设置两处回头展线，其余均根据自然坡面进行展线，第一个上塬段设置一处回头展线，其余使用坡面自然展线。第二，路线平面指标选取中，尽量减少了直线使用，多数路段使用圆曲线以贴合现有地形条件，减小挖填等工程规模，尤其是在平曲线指标的选取中，考虑到二级公路发挥集散公路作用，为减小对山体开挖，采用了设计速度对应的极限极小半径进行控制，以最大程度的保护生态环境。

2.3 路线纵横面设计

公路路线设计中，平纵横是一个系统性设计，因此，在上述平面设计中应考虑纵横断面的设计，以达到平纵横协调一致。陇东黄土地区路线纵面、横断面设计主要集中于上下塬段，上下塬段不仅高差大，黄土沟壑地形显著，大部分坡面破碎，路线纵面、横断面设计中，受制因素较大。分别对纵断面设计及横断面设计进行以下分析。

2.3.1 纵断面设计

公路纵断面设计应在路线平面布设时进行充分考虑，尤其是陇东黄土地区的沟壑区，路线平均纵坡的控制决定了路线长度。一是在路线平面布线中，应时刻考虑纵断面线形，尤其是上下塬段，需要在陡坡中间设置缓坡，因此，在平面布设中应注意设置缓坡位置，尽量做到平纵组合设计。二是纵断面设计中，应结合地形条件，在满足纵坡要求的基础上，尽量做到平纵线形组合。三是尽可能减小中桩填挖，做到填挖平衡。结合上文工程实例，对黄土沟壑区纵断面设计进行分析。

黄土塬塬面区纵断面设计依地形设置纵坡即可，纵断面指标基本能满足规范规定，局部路段地形平坦，设置0.3%纵坡可能产生较大填方，增加土方、占地及拆迁工程量，因此，在这些路段设置小于0.3%纵坡，通过增设纵向排水沟设计解决[3]。主要的纵坡设计难点是上下塬段，由于上下塬段高差达到200m，纵断面设计时，根据平面布设时选定的变坡点位置，进行纵坡优化。沿坡面展线路段，在满足纵断面设置要求的前提下，结合地形条件，减小中桩挖方。在跨越冲沟位置，应考虑设置路基和桥梁方案比选，设置合理的纵坡，减小工程量。

2.3.2 横断面设计

横断面设计在路线平面布设时应进行充分考虑，在陇东黄土地区的上下塬段，自然坡面的坡度直接影响横断面布设，如果在大于45o的坡面布线，将影响路基横断面布设，路基挖方边坡高，横断面布设困难，因此，在平面布设时应选择较缓坡面布线。第一，根据技术标准，选择合理横断面组成；第二，根据地质勘探情况，拟定合理边坡高度及坡率。结合上文工程实例，对黄土沟壑区横断面设计进行分析[4]。

黄土塬塬面区横断面设计根据拟定的横断面组成布设即可，影响因素较少，横断面设计难点在上下塬路段，根据平纵面设计情况，首先使用标准横断面进行整体设计，再根据部分路段挖方高度及填方高度进行特殊设计，以保证路基稳定，减小路基土石方为原则进行设计。

3 陇东黄土地区公路路线与生态保护

“在环境保护与发展中，把保护放在优先位置，在发展中保护，在保护中发展”是发展与生态保护的原则。陇东黄土地区属于水土流失较为严重区域，在公路路线设计中，要时刻贯穿生态保护意识。甘肃省发布的《甘肃省黄河流域生态保护和高质量发展规划》指出“加强陇中陇东黄土高原水土保持”，在陇东黄土地区进行二级公路工程建设，路线作为二级公路核心，在设计中要将生态保护理念贯彻其中[5]。一是路线指标选取，二级公路功能已转化为集散公路，主要服务与沿线乡镇，因此，在路线指标的选取中，应充分结合地形条件，在满足规范的前提下，合理选取，不一味追求高标准，对生态环境产生较大破坏。二是在陇东黄土地区沟壑区，分布有大量的冲沟，因此，在路线布设中尽量进行避让，因地形地质条件受限无法避让的，可选用桥梁跨越，减小高路堤。三是在降坡展线中，不可避免地要选取适宜的地形进行回头，曲线半径小，视距不良，在这些路段，为提高行车安全，会采用开挖视距平台方法，增加挖方边坡高度，增加挖方数量。为最大限度保护环境，减小开挖，在类似路段应采取分道行驶措施，增设相应交安设施，即保证行车安全，又可以加强生态保护。总之，在路线设计中，应合理选取路线方案，减小填挖，加强生态环境保护。

4 结语

公路路线是公路工程主骨架，一经确定无法更改，路线设计过程中，路线指标的选取首先应满足规范，在路线连续、均衡前提下，尽可能与地形保持协调。陇东黄土地区地形较为复杂，水土流失较为严重，路线设计在该区域显得尤为重要，选择合理平纵指标，减小大填大挖，加强生态环境保护是路线设计的主要问题。本文根据陇东黄土地区工程实例，对路线设计基本原则，路线平纵横设计进行了分析，以供相关设计人员参考。