河南高速“13445工程”平原區取土方案研究

馬成龍

(1.華北水利水電大學,河南 鄭州 450000;2.河南省交通規劃設計研究院股份有限公司,河南 鄭州 450000)

1 河南省高速公路建設發展情況

河南省位于中原腹地,是一個典型的內陸省份,是全國重要的交通樞紐之一。初步形成以高速公路為主骨架,以國道、省道為主,縣、鄉公路溝通城鄉、輻射周邊路網的一條支線。

河南省委省政府在“十四五”規劃開局之年,為推動河南省現代化建設進程,站位全局提出了快速建設高速公路的“13445工程”重大戰略決策。2021年全面啟動高速公路“13445工程”,到2025年年底,全省高速公路通車里程達到10 000 km以上,新增通車里程3 000 km以上,完成投資4 000億元以上,力爭通車里程居全國第4位,路網密度居全國第5位。

河南省高速“13445工程”的實施,對進一步加強聯通河南高速公路網、打通交界斷頭路、提高通行效率、促進國民經濟循環和優化區域經濟布局等具有重大意義。

2 河南高速“13445工程”平原區項目建設特點

平原區項目大多位于我國第二級地貌臺階前緣和第三級地貌臺階后部,即山地丘陵與平原之間過渡帶。項目所經區域總體地勢北高、南低,屬平原微丘區,地形平坦簡單、地勢起伏不大。在河南高速公路實施的“13445工程”中,第一批切塊項目和第二批切塊項目共計35條高速公路,其中線位全部位于平原區的高速公路項目有16條,占總投資項目條數的45.7%,占比大。

河南高速“13445工程”平原區項目建設特點如下。

(1)車速高。一般情況下保證安全運行時采用最高車速:平原區采用120 km/h,在山區采用80～100 km/h[1]。

(2)交通量大。平原區人口稠密,城鎮工業區密集,人口出行方式的改變和機動車數量的增加,導致車流量大。

(3)通行能力強。平原區道路寬度寬,車道數量多,提高了車輛通過時間,減少了疏導交通流的通行時間。

3 河南高速“13445工程”平原區取土制約因素

河南高速“13445工程”平原區隸屬黃淮平原。黃淮平原地區高速公路修建相對西部山區而言,技術難度不大。為了節省工程造價,高速公路多以填方路堤為主,而黃淮平原地勢平坦,是河南糧食主產區,項目周邊均為基本農田和耕地,可用于填筑高速公路的填料匱乏。直接在基本農田范圍內取土勢必影響糧食產量,在國家嚴格保護耕地紅線的基本政策下,原來就近在農田范圍內直接取土填筑路堤的方法已不可行。

3.1 堅守土地政策紅線

根據原自然資源部、農業農村部印發的《關于加強和改進永久基本農田保護的通知》(自然規劃〔2019〕1號)中第二章第五節的規定:嚴禁占用永久基本農田。永久基本農田必須堅持農地農用,禁止任何單位和個人在永久基本農田保護區范圍內建窯、建房、建墳、挖沙、采石、采礦、取土、堆放固體廢棄物或者從事其他活動破壞永久基本農田,毀壞種植條件的,按《土地管理法》、《基本農田保護條例》等法律法規進行查處,構成犯罪的,依法移送司法機關追究刑事責任。

3.2 占用土地性質較為有限

項目位于平原區,地形平坦,項目周邊均為基本農田和耕地,少數為建設用地、林業用地等,直接在基本農田范圍內取土勢必影響糧食產量,在國家嚴格保護耕地紅線的基本政策下,臨時用地審批難。

3.3 征地費用高,協調難度大

高速公路項目開工后,征地拆遷情況復雜,如群眾對補償的資金不滿意,便會拒絕征地拆遷的政策。其次,征地安置的補償資金在整個道路建設投資中占有較大比重,也會給建設單位帶來較大的資金壓力。最后補償款發放不到位,會造成施工的延誤,如若不采用一些靈活的策略,將會嚴重影響整個項目的進度。

3.4 復墾難

目前,影響土地復墾工作的因素是多方面的,平原地勢平坦,取土后容易形成坑、溝等地形,難以復耕。了解周邊其他已完工項目,項目施工完成后的取土場,因耕地有機土缺失,導致糧食產量下降,很少進行復墾,隨之變成荒地。除了土質地形方面的因素外,還存在著土地復墾資金不足的問題。由于復墾資金的缺乏,導致每年復墾的數量低于被破壞的土地數量,進而導致土地復墾工作進展緩慢。

3.5 取土占地面積廣

結合周邊其他已完工項目,采取集中取土方式,取土方量按1 000萬m3、取土深度按5 m計,取土場所需臨時占地達到1 999.9 hm2。

4 平原區取土場設計思路及原則

4.1 取土場設計思路[2]

充分優化路線平、縱面線形,合理設計縱坡,從源頭上減少填方數量。取土場選用應與改地、造地、復墾綜合考慮,高效利用土地。土源調查過程中應廣泛收集資料,通過利用河道、坑塘、水庫清理產生的土方、建筑棄渣取土,以及高崗地等劣質地或一般耕地進行高標準農田改造取土,應將高速公路清表土方用于取土場復墾工作,提高一般耕地種植效率。

4.2 取土場設計原則[2]

取土場不得占用農田,應盡量選擇在植被稀疏、荒地等地段。取土場位置不應設置在公路行車視線范圍內;合理考慮取土場與路基之間的距離,避免取土影響路基邊坡穩定;橋頭引道兩側不宜設置取土場。通過實驗確定符合的土質,進行多次的篩選,對于不適合取土的地質,及時的進行調整。將滿足土質的取土地作為高速公路項目的取土地。根據道路沿線的整體分布,分為幾段并選擇每一段路就近的取土場,估算取土場的大致面積,避免運距過遠。

5 河南高速“13445工程”平原區項目案例分析研究

平原區路基填筑需要大量的土方,以平均填土高度5 m、寬34.5 m的雙向六車道高速公路為例,平均每公里需要土方約22萬m3。結合平原區典型高速公路項目鄭州至南陽高速公路鄭州至許昌段作為參考案例進行分析。

鄭州至南陽高速公路鄭州至許昌段是河南高速“13445工程”第二批切塊項目中其中一條,采用雙向六車道高速公路標準,設計時速120 km/h,路基寬34.5 m。

該項目在前期勘察設計時需考慮平原區路網發達的情況,要與現有及規劃路網合理銜接;城鎮、村落密集;輸油、燃氣管線分布多;沿線河溝較多;存在不良地質[3];控制性工程——南水北調、鐵路;部分敏感點環境保護要求高等。路線跨越這些地方,需將縱斷抬升或繞避,這樣上跨工程提升縱斷面或平面調線占壓更多的基本農田,導致路基填土高度較高,取土方量隨之增加。據統計全線路基填土方1 365.551萬m3,挖土方93.530萬m3。

由于沿線絕大多數為基本農田范圍,取土極為困難,應多方案比選,以確定最優設計方案。

5.1 路基方案對比

路線所經區域為平原區,屬于豫中糧食高產區域,沿線均為基本農田。高速公路受交叉道路的影響,填土路基對沿線土地需要永久征用,而路基取土所用的臨時占地也對沿線土地資源有較大的影響。為選擇合適工程方案,擇優確定工程方案與土地資源的關系,擬定了常規路基、擋墻路基、樁板式路基等方案進行比選,以此來解決路基填土方量大的問題。

結合實際情況,將取1 km常規填土路基分別與橋梁、泡沫輕質土路基、樁板橋和擋土墻結構路基進行對比,見表1。

表1 1 km各種方案造價對比表

經比選,要求造價低的情況下,借土方能解決,則優先考慮常規填土路基方案;如不要求造價的情況下,優先選擇擋土墻路基和樁板式路基方案。

5.2 附近土源調運與遠運山區取土對比

通過調查周邊地市,發現本項目南邊和東邊均為廣闊的平原地區,無合適的取土位置,只有項目西部發育山地。其中,西部新密市七谷堆山距離項目直線約31 km,可協商取土;西部長葛市陘山距離項目中段直線21 km,但是陘山為軍事用地,無法取土;西南部禹州市無梁鎮距離項目直線約23 km,可協商取土。

如采用遠運,西部禹州市鳩山距離本線位直線約65 km,鳩山至本項目填筑平均運距為100 km,考慮遠運采用0.8元/(天然方/km),從禹州市鳩山運至本項目填筑費用為130.56元/m3,比同期可用路基填方55元/m3的封頂價高出一倍多,見表2。

表2 附近土源調運填筑與遠運填筑造價對比表

經比選,遠運取土費用高,如全線采用遠運取土,從禹州市鳩山取土需增加13.8億元。本項目不考慮沿線國省道路修復費,遠運對沿線國省道路破壞較大,且灰塵等污染嚴重,可實施性不高。

6 取土方案措施

本項目選取取土位置受國家土地政策限制,無法直接在基本農田范圍內取土;同時又受地下水位限制,一般情況下不能挖太深,否則土方含水量過大,不利于施工碾壓。

綜合考慮沿線自然環境、水文、氣象和農作物生長情況,以節約用地、造田還耕、利于農作物生長和節省工程投資為目標,本項目從設計源頭考慮減少土方總數,節約工程造價。具體措施如下。

6.1 科學合理選線、布線[4]

充分優化路線平縱面,合理設計縱坡,互通方案在布設時盡量按照緊湊型布設,通過不斷優化線性設計,從源頭上減少填方數量。

6.2 因地制宜采用低路堤

本項目沿線村莊分布較密集,路網較為發達,在保證居民生產生活的條件下對部分路網進行合并、改移,降低路線縱斷;同時在村莊分布稀疏路段采用低路堤,設置天橋上跨,由此可降低路堤高度,減少路基土石方和占地,并保護土地資源。

6.3 推進取土場與改地、造地、復墾綜合措施

本項目沿線基本農田分布廣泛,平原區取土極為困難,設計過程中通過調查收集資料,充分考慮利用河道、坑塘、水庫清理產生的土方、高崗地高標準農田改造取土及建筑磚渣等作為路基填料。

6.4 設置擋土墻

設計過程中結合拆遷等需要,設置擋土墻收邊坡,以減少土方。

6.5 降低梁高以降低路線標高

在部分跨越河流、溝渠路段,在征求相關河流主管部門的同意后,在河道范圍內設墩,盡量采用30 m及以下跨徑橋梁,降低橋梁建筑高度,從而降低路線標高,可達到降低土方的目的。

6.6 設置樁板式路基

樁板式路基作為一種創新結構,相對于傳統的填方路基,具有剛度大、工后沉降小等特點,另外還能取消邊坡寬度,較大節省占地面積。

6.7 增加路基挖方段

本項目路線從許昌建安區南部展線通過,其中在設計樁號K66+300～K68+000段橫穿南北向崗地,崗地寬約2 km,為了降低借方量,設計轉化思路,將原高速樁號K94+000～K95+700段長約1.7 km上跨改為下穿鹽洛高速,設置分離式橋,該段最大挖方深度為11 m,邊坡按照1級放坡,邊坡坡率放緩至1∶1.0,盡可能增加挖方量,下穿方案增加挖方46.3萬m3。原上跨方案填土較高(約10 m),需填方49.8萬m3。將該段改為下穿方案后,減少借土約96萬m3,在全線取土困難的大背景下,極大地解決了料源不足問題。

6.8 其他填料的調查

路線所經區域及附近周邊縣市有礦產資源分布,粉煤灰、礦渣等填料豐富,可購買用于路基填料。

7 結 語

為了突破路堤填料匱乏的瓶頸,保證項目的實施,調查到可取的料源主要有城市建筑基坑土方、建筑磚渣、溝渠改擴建土方、湖泊擴容堆積土方、高崗高標準基本農田改造取土、非基本農田范圍內取土等。

土地的利用和規劃是經濟社會發展的重要基礎,經濟社會發展離不開土地的開發和利用。隨著經濟的日益繁榮,特別是城市建設統籌規劃,對土地的需求也越來越大,土地資源在當今社會所扮演的角色不可替代。在土地資源供需問題日益突出的形勢下,如何進一步加強土地管理,科學有序地開發利用土地資源,促進經濟社會又好又快發展,是土地管理工作面臨的重大挑戰。