王飛

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

寧夏段京藏高速?gòu)谋蓖弦来谓?jīng)過(guò)石嘴山市、銀川市、吳忠市及中寧市，是一條貫穿南北的重要交通干線，對(duì)項(xiàng)目的改擴(kuò)建迫在眉睫，其對(duì)提高寧夏段京藏高速服務(wù)水平、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)向前發(fā)展以及提高寧夏回族自治區(qū)對(duì)外開(kāi)放具有重要的意義。本文以寧夏段京藏高速改擴(kuò)建工程勘察設(shè)計(jì)為例，著重分析和研究了丘陵區(qū)高速公路改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)所采用的新技術(shù)，創(chuàng)新內(nèi)容及取得的成效，從而為改擴(kuò)建高速公路建設(shè)積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 SSW車(chē)載激光建模測(cè)量系統(tǒng)在京藏高速改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

項(xiàng)目主要是將老路由4車(chē)道改擴(kuò)建為8車(chē)道，由于京藏高速公路車(chē)流量大、重車(chē)多，封閉內(nèi)側(cè)超車(chē)道后在中央分隔帶處進(jìn)行舊路測(cè)量安全隱患大。因此為給設(shè)計(jì)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)工作進(jìn)度對(duì)主線兩側(cè)中央分隔帶和硬路肩外側(cè)邊緣線采用SSW車(chē)載激光建模測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描采集，人工測(cè)量的硬路肩外側(cè)邊緣線作為校核。該技術(shù)的應(yīng)用，除較大幅地提高項(xiàng)目的測(cè)量的準(zhǔn)確性與設(shè)計(jì)質(zhì)量之外，還極大地縮短了設(shè)計(jì)周期。

項(xiàng)目采用的SSW車(chē)載激光建模測(cè)量系統(tǒng)在作業(yè)過(guò)程中不僅采集激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，還獲取了全景影像數(shù)據(jù)，全程約70km，采用的是往返掃描的方法。采集完數(shù)據(jù)后，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)計(jì)算，隨后對(duì)組合導(dǎo)航進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)評(píng)估。若計(jì)算結(jié)果滿足要求，則開(kāi)展點(diǎn)云計(jì)算。點(diǎn)云計(jì)算完成之后，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行平面和高程改正。待平面和高程改正完成之后，對(duì)點(diǎn)云通過(guò)檢查點(diǎn)展開(kāi)精度檢查，針對(duì)部分超過(guò)限制的路段，采用增設(shè)控制點(diǎn)的方式滿足精度要求并生成最終結(jié)果，見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)全景影像

2 利用有限元分析，確定新舊路面合理搭接寬度

改擴(kuò)建項(xiàng)目路面各層位采用不同的搭接寬度與新舊路面結(jié)構(gòu)接縫的位置相互影響，項(xiàng)目設(shè)計(jì)利用有限元軟件對(duì)新建部分的路面結(jié)構(gòu)與舊路加鋪結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并根據(jù)路面在行車(chē)荷載作用下的破壞模式來(lái)分析特定位置。本次有限元分析，在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合前人對(duì)路面搭接寬度所進(jìn)行的研究及項(xiàng)目特點(diǎn)，模擬了6種搭接形式，對(duì)不同搭接形式下接縫處對(duì)應(yīng)的層底拉/壓應(yīng)力、層底剪應(yīng)力及輪跡帶處應(yīng)力進(jìn)行模擬計(jì)算分析，依據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，臺(tái)階開(kāi)挖寬度不宜過(guò)寬，盡量根據(jù)實(shí)際情況保持在第3車(chē)道。項(xiàng)目以第2及第3車(chē)道為分界線，新建路面結(jié)構(gòu)位于外側(cè)，內(nèi)側(cè)舊路通過(guò)開(kāi)挖臺(tái)階與新建路面進(jìn)行合理搭接。經(jīng)后續(xù)項(xiàng)目通車(chē)運(yùn)營(yíng)2年檢驗(yàn)，項(xiàng)目拼接方案合理，有效控制了新舊路面拼接接縫等問(wèn)題，路面平整度較好，未出現(xiàn)路面開(kāi)裂等病害，見(jiàn)圖2～4。

圖2 有限元模型

圖3 接縫頂面加鋪層層底拉/壓應(yīng)力

圖4 接縫頂面加鋪層層底剪應(yīng)力

3 采用midascivil軟件，對(duì)原有13～20m跨徑橋梁拼寬后全橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體驗(yàn)算

采用midascivil軟件建立橋梁空間模型進(jìn)行分析，空間模型見(jiàn)圖5～6：

圖5 全橋分析模型

圖6 橫向拼接

計(jì)算結(jié)果表明，各項(xiàng)驗(yàn)算滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62—2004）要求，拼寬方案合理可行。

4 國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)，寧夏首座錯(cuò)孔布置、柔性連接拼寬橋梁

本橋?yàn)閷帠|鐵路分離式立交上跨鐵路橋，與鐵路交角75.9°。既有橋梁為20×16+9×20+10×16m空心板橋。

由于所跨鐵路與橋梁交角小，為避免對(duì)既有橋梁的拆除，最大限度地保證鐵路的正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)為方便施工，縮短工期，拼寬橋采用了非常規(guī)的錯(cuò)孔布置，對(duì)應(yīng)原橋上跨鐵路5×20m聯(lián)范圍，左、右幅拼寬聯(lián)分別采用16+20+4×16m及4×16+20+16m跨徑布置，見(jiàn)圖7。

圖7 錯(cuò)孔拼寬方案

本橋采用錯(cuò)孔布置的方案，為保證新老橋梁結(jié)構(gòu)受力的協(xié)調(diào)一致，提高拼寬橋梁的耐久性，本橋?qū)π吕辖Y(jié)構(gòu)上部的連接采用了柔性連接的方式，即在拼寬濕接縫設(shè)置2cm“假縫”，縫隙間用泡沫板填塞，同時(shí)連接新老板梁懸臂鋼筋以實(shí)現(xiàn)柔性鉸接。

本橋拼寬方案的順利實(shí)施，為將來(lái)的錯(cuò)孔橋梁拼接積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5 乳化瀝青廠拌冷再生，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用

乳化瀝青冷再生施工控制簡(jiǎn)單、施工工藝成熟，再生層屬于柔性基層，具有良好的高溫穩(wěn)定性、耐疲勞性、水穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性，可大幅減少反射裂縫的發(fā)生，使得路面可以保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定狀態(tài)，很大程度延長(zhǎng)了道路的使用期限。與此同時(shí)，對(duì)銑刨回收的舊料進(jìn)行乳化瀝青冷再生，減輕環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約化與集約化。

本著節(jié)能環(huán)保，盡量利用銑刨料及更好地體現(xiàn)路面全壽命周期設(shè)計(jì)理念的原則，采用乳化瀝青廠拌冷再生的方式，將路面舊路硬路肩、舊路部分行車(chē)道及舊路病害集中路段銑刨料應(yīng)用于路面中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)JZ16、17、18、19、20標(biāo)段共銑刨舊瀝青混凝土75816m3，JZ21、22、23標(biāo)段共銑刨舊瀝青混凝土46432.7m3，為實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，設(shè)計(jì)中對(duì)銑刨瀝青混合料進(jìn)行再生利用，將JZ16—JZ20標(biāo)段銑刨瀝青層RAP均運(yùn)至JZ18標(biāo)段，將JZ21—JZ23標(biāo)段銑刨瀝青層RAP均運(yùn)至JZ21標(biāo)段右幅，進(jìn)行乳化瀝青冷再生處理后應(yīng)用于上基層，總體利用率可達(dá)到90%以上，見(jiàn)圖8～9。

圖8 乳化瀝青廠拌冷再生路面結(jié)構(gòu)

6 采用液態(tài)粉煤灰進(jìn)行橋涵構(gòu)造物臺(tái)背回填，實(shí)現(xiàn)廢舊材料再生循環(huán)利用

項(xiàng)目沿線存在大量工業(yè)廢棄粉煤灰，為大力推行廢舊材料再生循環(huán)利用，應(yīng)當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)函件要求，設(shè)計(jì)中積極采用液態(tài)粉煤灰進(jìn)行橋涵構(gòu)造物臺(tái)背回填，利用其自重輕、密實(shí)性好、壓縮性小、流動(dòng)性好、整體性好、利于環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，減少了路基與橋涵構(gòu)造物之間的不均勻沉降，提高行車(chē)舒適性，節(jié)約造價(jià)，保護(hù)環(huán)境。經(jīng)項(xiàng)目通車(chē)運(yùn)營(yíng)檢驗(yàn)，采用液態(tài)粉煤灰進(jìn)行橋涵構(gòu)造物臺(tái)背回填路段，橋頭跳車(chē)現(xiàn)象明顯減緩，結(jié)構(gòu)物與路基間無(wú)橫向沉降裂縫，行車(chē)舒適性顯著提高。粉煤灰填料要求應(yīng)滿足以下要求：

圖9 銑刨瀝青層RAP

（1）粉煤灰燒失量宜小于20%，當(dāng)燒失量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰應(yīng)作對(duì)比試驗(yàn)，分析論證后采用。

（2）粉煤灰粒徑宜在0.001～1.18mm之間，小于0.075mm的顆粒含量宜大于45%，且粉煤灰中不得含團(tuán)塊、腐殖質(zhì)及其他雜質(zhì)。

（3）宜采用塑性指數(shù)不小于12的黏性土作為包邊土和頂面封層的填料。液態(tài)粉煤灰側(cè)面采用1.5m寬水平厚度的包邊土。

（4）施工前應(yīng)進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)，配合比設(shè)計(jì)各項(xiàng)材料參考用量為水泥∶粉煤灰=4∶96～10∶90（體積比）。外加劑用量為水泥用量的1%，見(jiàn)圖10。

圖10 液態(tài)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)化施工流程

7 重視安全，合理有序安排施工及交通組織

京藏高速為寧夏境內(nèi)南北走向的重要通道，公路的施工對(duì)交通流有較大影響，為兼顧交通安全順暢與施工質(zhì)量進(jìn)度，需要制定合理的設(shè)計(jì)、施工方案、保通方案，發(fā)揮老路的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，減少社會(huì)影響。設(shè)計(jì)方案制定時(shí)盡可能減少對(duì)原路的影響：如路基基底補(bǔ)強(qiáng)用對(duì)舊路影響較小的高速液壓夯方案，盡可能利用橋梁上部，根據(jù)交通組織方案合理確定路基、路面、橋梁拼接方案。

7.1 望遠(yuǎn)至金積段交通組織

因地制宜地根據(jù)沿線路網(wǎng)特點(diǎn)分段制定保通方案：起點(diǎn)至金積樞紐段主要過(guò)市區(qū)，路網(wǎng)密集，現(xiàn)有道路可滿足短期內(nèi)出行需求，故采用封閉交通施工的模式，強(qiáng)化分流引導(dǎo)方案，減輕地方道路通行壓力。

根據(jù)總體施工計(jì)劃安排，工程施工階段共劃分為兩個(gè)階段，并于2017年11月5日～2018年9月20日全線（除金積樞紐互通外）封閉施工，施工期間禁止所有車(chē)輛通行。

7.2 金積至滾泉段交通組織

金積樞紐至終點(diǎn)路網(wǎng)較單一，故采用“邊施工、邊保通”的方式，并制定了全面、詳細(xì)的交通組織措施、策略及方法，建立了科學(xué)、合理的交通應(yīng)急預(yù)案，為項(xiàng)目的順利完成提供保障。

根據(jù)本段落總體工期安排，共劃分為兩個(gè)施工階段，于2018年3月20日～2018年10月31日左半幅（固原往銀川方向）封閉施工，封閉期間右半幅（銀川往固原方向）正常通行；2018年11月1日～2019年3月19日左半幅（固原往銀川方向）已施工完畢，全線雙向正常通行；2019年3月20日～2019年10月31日右半幅（銀川往固原方向）封閉施工，封閉期間左半幅（固原往銀川方向）單向四車(chē)道通行。

8 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)丘陵區(qū)高速公路改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)展開(kāi)了研究，提出以下建議：

（1）應(yīng)用SSW車(chē)載激光建模測(cè)量系統(tǒng)，有限元分析及midascivil軟件，理論聯(lián)系實(shí)際，為設(shè)計(jì)提供充分的依據(jù)，進(jìn)而提高工程質(zhì)量；

（2）應(yīng)著重加強(qiáng)路基、路面的拼接處置，降低新老路基間的不均勻沉降；

（3）采用液態(tài)粉煤灰進(jìn)行橋涵臺(tái)背回填，對(duì)銑刨回收料的再生利用，充分貫徹綠色、環(huán)保設(shè)計(jì)理念。