非控制出入一級(jí)公路升級(jí)為高速公路設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

張曉明，余 鴻

（1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司 武漢市 430051；2.荊州市東卷高速公路有限公司 荊州市 434000）

二廣高速公路東卷段（以后簡稱項(xiàng)目）為非控制出入一級(jí)公路升級(jí)為高速公路，技術(shù)方案復(fù)雜，影響因素多，下面對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)的主要方案、技術(shù)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 項(xiàng)目概況

二廣高速公路是國家和區(qū)域南北向交通聯(lián)系的主通道，其中東卷段是鄂湘省際銜接湖北境內(nèi)路段，因歷史原因，該路段為非控制出入的一級(jí)公路，已成為該高速公路通道中的瓶頸路段，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、通行能力、服務(wù)功能都不能滿足國家高速公路的要求，項(xiàng)目于2012年12月完成勘察設(shè)計(jì)，于2017年1月建成通車。

原老路以《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ 001-97）為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，按一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路線長3.471km，雙向四車道，路基寬24.5m，設(shè)計(jì)車速100km／h，路面采用水泥混凝土，混凝土板厚25cm。升級(jí)為高速公路后，路基寬度26m，路面采用瀝青混凝土路面，全線共設(shè)互通式立交1處、停車區(qū)1處、治超站1處、分離式立交1處。

2 路線

2.1 測量

該項(xiàng)目為改擴(kuò)建項(xiàng)目，測量精度要求高，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)在1∶2000地形圖的基礎(chǔ)上，對(duì)原路中央分隔帶兩側(cè)及硬路肩邊緣共布置4條測量線，且測量線同一橫斷面處4點(diǎn)對(duì)齊，縱向間距不大于25m，在曲線路段、橋梁和特殊路基段適當(dāng)加密，采用全站儀平面測量和水準(zhǔn)儀高程測量，保證了測量的精度。

目前改擴(kuò)建高速公路測量采用精密機(jī)載三維激光掃描測量技術(shù)，通過機(jī)載三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度采集、控制布設(shè)及平面、高程的精化處理技術(shù)措施，其路面測量精度平面小于0.05m，高程小于0.02m。

2.2 平縱面擬合

平縱面擬合根據(jù)測量成果，結(jié)合原路平縱面設(shè)計(jì)資料，盡量采用原老路線形設(shè)計(jì)，路線縱面盡量等厚度加鋪，在橋梁路段縱面盡量不加厚，擬合后平縱面指標(biāo)良好，擬合誤差百分比如圖1～圖3。

3 路基路面

3.1 外業(yè)調(diào)查及檢測

改擴(kuò)建路基路面設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)既有路基路面進(jìn)行充分調(diào)查、合理評(píng)價(jià)，路基調(diào)查包擴(kuò)路基高度、填料、病害（沉降、滑坡）、防護(hù)形式、排水等方面調(diào)查，路面調(diào)查（水泥混凝土路面）包含路面狀況調(diào)查，路面狀況評(píng)價(jià)，還需要一些必要的檢查，檢查內(nèi)容包含斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量、接縫傳荷能力、平均彎沉值、舊混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)（包含水泥混凝土板厚度、彎拉強(qiáng)度、彎拉彈性模量、水泥混凝土路面基層頂面當(dāng)量回彈模量）等，此外其它缺陷還需通過地質(zhì)雷達(dá)來探測。

經(jīng)調(diào)查原路基填料主要采用粘性土，局部路段采用摻生石灰，路基最大填挖高均約8m，現(xiàn)老路基穩(wěn)定性較好，未出現(xiàn)較大垮塌或邊坡失穩(wěn)情況，路基排水采用60cm×60cm的梯型邊溝，采用混凝土預(yù)制塊，挖方邊溝現(xiàn)狀較好，填方邊溝預(yù)制塊局部路段有破損或缺失，邊坡防護(hù)以植草、三維網(wǎng)植草為主，橋頭錐坡采用實(shí)心預(yù)制六角塊防護(hù)，原老路基未設(shè)擋土墻。

路面損壞狀況調(diào)查評(píng)定為：全線合計(jì)2744塊板，斷板率DBL＝4.0%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，全線共計(jì)調(diào)查5468 處板與板間錯(cuò)臺(tái)量，累計(jì)錯(cuò)臺(tái)量11879.5mm，平均錯(cuò)臺(tái)量2.2mm，錯(cuò)臺(tái)量＞3mm占19.4%，錯(cuò)臺(tái)量＞5mm占5.6% ，路面損壞狀況等級(jí)評(píng)定為優(yōu)良。接縫傳荷能力及平均彎沉值：全路段合計(jì)檢測接縫處彎沉688點(diǎn)，接縫傳荷能力整體情況良好，評(píng)定等級(jí)為優(yōu)良的占72.1%，評(píng)定等級(jí)為中的占13.4%，評(píng)定等級(jí)為次的占8.3%，評(píng)定等級(jí)為差的占6.2%；彎沉差ΔD≥6占5.7%；超車道接縫傳荷能力普遍優(yōu)于行車道，路段檢測的板縫處的平均彎沉值均小于20（0.01mm）。舊混凝土路面結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查：全路段共取芯44個(gè)，厚度平均值 ＝24.8cm，厚度的標(biāo)準(zhǔn)差 ＝1.24，混凝土面層厚度的標(biāo)準(zhǔn)值 ＝23.5cm。44個(gè)芯樣劈裂強(qiáng)度平均值 ＝3.54MPa，劈裂強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差 ＝0.65MPa，舊混凝土面層劈裂強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 ＝2.86MPa，舊混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ＝4.67 MPa，舊混凝土面層彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值Ec＝33822 MPa。通過地質(zhì)雷達(dá)檢測，共發(fā)現(xiàn)路面路基缺陷33處，缺陷長度1546m（總檢測長度13884m，左右幅各檢測兩條線）。缺陷類型有面層脫空、水穩(wěn)層脫空、水穩(wěn)層不密實(shí)、路基不密實(shí)。綜合評(píng)定路面基本狀況良好。

3.2 路基路面設(shè)計(jì)

路基設(shè)計(jì)應(yīng)在對(duì)公路沿線地質(zhì)、水文、地形、氣象等自然條件全面調(diào)查研究，充分搜集原施工圖、竣工圖及現(xiàn)有路基施工養(yǎng)護(hù)資料，對(duì)老路基進(jìn)行合理評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并做好路基路面綜合設(shè)計(jì)。應(yīng)確保路基、路面排水通暢，應(yīng)盡可能減少征地、拆遷，應(yīng)本著少占農(nóng)田、保證質(zhì)量、節(jié)約投資的原則。開挖老路所得的土方應(yīng)盡量加以利用。邊坡坡面防護(hù)以保證邊坡穩(wěn)定為前提，以固土為本，以綠色為主。路基防護(hù)工程應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮那闆r、工程地質(zhì)條件及筑路材料來源，選用經(jīng)濟(jì)、合理而又美觀實(shí)用的工程措施，在邊坡穩(wěn)定的前提下進(jìn)一步加大植草面積，減少圬工體積。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)原路基兩側(cè)各加寬0.75m，填方加寬段，路基施工應(yīng)先清除30cm寬度松土后再對(duì)邊坡進(jìn)行開挖，臺(tái)階底寬≥2m，且臺(tái)階頂設(shè)4%向內(nèi)傾斜的橫坡，邊開挖臺(tái)階邊填筑，在路床底部和路基底部分別鋪設(shè)一層和兩層鋼塑復(fù)合雙向土工格柵，回折長度≥1.5m。挖方加寬段，挖方邊坡坡率根據(jù)地質(zhì)情況確定，設(shè)置2m寬碎落臺(tái)。

路面設(shè)計(jì)以路段交通量預(yù)測結(jié)果為依據(jù)，并參照類似改擴(kuò)建工程的成功實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì)。路面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然條件和老路面狀況，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，并遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的原則，使設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。老路面盡可能利用，一般遵循寧填勿挖的原則。老路面改建強(qiáng)度須滿足基本設(shè)計(jì)要求，并對(duì)現(xiàn)有病害進(jìn)行充分、恰當(dāng)?shù)奶幚?。老路面材料充分利用。認(rèn)真分析老路路面現(xiàn)狀檢測、評(píng)價(jià)資料，并結(jié)合路面綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)及老路面改建方案，充分考慮老路銑刨廢舊料的再生利用價(jià)值，注重體現(xiàn)環(huán)保理念。充分考慮新老路面的匹配性，為了保證路面質(zhì)量，新老路面宜同步實(shí)施。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括新建路面（互通匝道）、老路面（主線）改建兩種方式考慮，并根據(jù)交通荷載分布特點(diǎn)分別進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算。老路面改建加鋪方案根據(jù)加鋪厚度不同分別考慮。

4 橋梁及涵洞

4.1 外業(yè)調(diào)查及檢測

橋涵外業(yè)調(diào)查包含既有構(gòu)造物的調(diào)查，如跨徑、孔徑、上下部結(jié)構(gòu)類型、洞口形式、橋頭防護(hù)類型、水位等內(nèi)容，橋涵檢測包含外觀檢測、回彈試驗(yàn)、混凝土碳化深度、病害調(diào)查等，必要時(shí)還需要做荷載試驗(yàn)。項(xiàng)目經(jīng)調(diào)查共有中橋1座，跨徑為2×16m，簡支空心板，柱式橋墩，肋板臺(tái)，樁基，橋梁按雙幅設(shè)計(jì)，與路基同寬為24.5m。涵洞6道（其中倒虹吸2道、圓管涵1道、蓋板涵3道），均為暗涵洞（涵洞有填土），主要病害為：中橋右幅0號(hào)臺(tái)錐坡、0號(hào)臺(tái)護(hù)坡、2號(hào)臺(tái)護(hù)坡沉降開裂，最大沉降20cm，空心板鉸縫滲水流白，共17處，倒虹吸排水功能失效，全部蓋板涵均存在積水現(xiàn)象。

4.2 橋涵設(shè)計(jì)

由于本項(xiàng)目建成時(shí)間較久，原老路設(shè)計(jì)采用舊標(biāo)準(zhǔn)，在橋涵設(shè)計(jì)前需按新規(guī)范對(duì)橋涵水文，橋涵上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算后設(shè)計(jì)洪水位、沖刷深度、埋置深度均滿足規(guī)范要求，橋梁上下部結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)滿足要求。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)承載能力極限狀態(tài)按新規(guī)范驗(yàn)算，正常使用極限狀態(tài)按老規(guī)范驗(yàn)算，包含應(yīng)力、裂縫寬度等，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)計(jì)算均滿足規(guī)范要求，表1為抗彎、抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果。

中橋加寬設(shè)計(jì)考慮橋墩完全利用，橋臺(tái)橫向接長，接長后蓋梁長度與路基同寬，上部構(gòu)造通過更換內(nèi)外側(cè)邊板，加長懸臂的方式實(shí)現(xiàn)路幅加寬，考慮到懸臂過長導(dǎo)致偏心失穩(wěn)，通過把外側(cè)邊板和臨近中板拆除，按一塊板整體設(shè)計(jì)?？招陌逯ё捎孟鹉z支座，使用時(shí)間太久橡膠老化后，支座已剪切破壞，對(duì)空心板支座全部更換，施工時(shí)采用扁形千斤頂同步頂升的方法更換。涵洞通過拆除原有洞口，接長涵洞實(shí)現(xiàn)路幅加寬，后期實(shí)施時(shí)由于沿線居民通行要求提高，通道凈寬及凈高增大，實(shí)際實(shí)施時(shí)涵洞采用挖除新建的方式。

表1 中橋空心板承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

5 沿線設(shè)施及保通方案設(shè)計(jì)

改建設(shè)計(jì)時(shí)沿線布設(shè)了互通式立交、國道G207分離式、停車區(qū)和省界治超站?；ネㄊ搅⒔恢饕菫榻鉀Q高速與地方道路之間交通轉(zhuǎn)換。路線與國道G207相交，故設(shè)置了分離式立交上跨主線，分離式路線設(shè)計(jì)考慮到臨時(shí)保通，接線設(shè)計(jì)與原國道G207路線橫向偏置了6m，預(yù)留了通行條件?？紤]到車輛加油、貨車加水、旅途休息等需求，結(jié)合沿線服務(wù)區(qū)和停車區(qū)布設(shè)間距，布置了停車區(qū)，后期實(shí)施時(shí)升級(jí)為服務(wù)區(qū)。在省界處為減少超限車輛對(duì)道路影響，布設(shè)了治超站，對(duì)原老路治超站進(jìn)行了還建。原老路為開放式一級(jí)公路，沿線居民和房屋較多，考慮到封閉后居民出行的影響，在原老路兩側(cè)分別布設(shè)了3.5m寬和5m寬輔道，并在高速設(shè)置通道保證橫向通行。

保通方案主要為半幅封閉施工、半幅通行的方式設(shè)計(jì)，并利用國道G207分流，臨時(shí)工程設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮防撞水馬、防撞立柱、臨時(shí)標(biāo)志牌等布設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮臨時(shí)設(shè)施損壞后增加量。

6 結(jié)語

通過對(duì)二廣高速東卷段改擴(kuò)建設(shè)計(jì)的論述，分別從路線、路基路面、橋梁涵洞、沿線設(shè)施和保通方案幾個(gè)方面展開，改擴(kuò)建設(shè)計(jì)前需開展的測量、調(diào)查、檢測、試驗(yàn)、評(píng)價(jià)等工作，設(shè)計(jì)方案及需要注意的事項(xiàng)。項(xiàng)目通車至今，公路使用狀況良好，服務(wù)等級(jí)提升較高，可為以后類似項(xiàng)目改擴(kuò)建設(shè)計(jì)時(shí)提供一定經(jīng)驗(yàn)。