李海龍

(新疆交通科學研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著服役年限的累積及交通車流量的飛速增長，部分現(xiàn)有高速公路的服務水平已無法滿足營運要求，對這些現(xiàn)有高速公路實施改擴建有著充分必要性且迫在眉睫。

國內(nèi)外在高速公路改擴建工程研究方面已有一定研究基礎：付文群等[1]在開展高速公路改擴建加鋪設計時將其與公路線形擬合結(jié)合進行探討，在總結(jié)原公路加鋪設計原則以及改擴建平縱面線形擬合原則的基礎上，提出了對應的設計方案；馬加存等[2]針對高速公路改擴建過程中的路橋過渡段落易發(fā)生的沉降不均問題進行了研究，提出了對應方案，并搭建車輛振動模型，以MTVV表征舒適性，總結(jié)了差異性沉降控制標準，得出了搭板長度、坡率和車速等因素的影響規(guī)律；邵長橋等[3]綜合利用數(shù)據(jù)分析和虛擬仿真技術，對高速公路改擴建作業(yè)區(qū)各控制段落的交通流特征進行了闡述，包括飽和車頭時距、流量和各車道速度等，利用流量-速度實測數(shù)據(jù)，搭建回歸模型，以排隊通過流率表征施工各控制段落通行能力，總結(jié)了對應通行能力的計算方案；李剛等[4]則是重點研究了高速公路改擴建工程中的新舊路基不均勻沉降問題，搭建數(shù)值計分析模型，模擬了包括壓縮模量、彈性模量、填方高度以及拓寬寬度等控制條件，分析各條件對差異性沉降的影響規(guī)律，提出選取小重度填土及提升地基土壓縮模量的做法。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段高速公路改擴建工程是業(yè)內(nèi)研究的熱點課題，在針對改擴建過程中的線形優(yōu)化、沉降控制及施工現(xiàn)場管理優(yōu)化方面已有豐富研究，但在全生命周期綜合設計方案分析上仍存在一定空白。因此，本文依托G30連霍高速公路洛陽—鄭州段改擴建項目，介紹了主線改擴建設計技術標準，對沿線自然地理特征進行了分析，對比了分離式路基段及整體式單側(cè)加寬等段落的具體工程措施，并從路線、路基路面及排水、橋涵、交通工程及沿線設施等四個方面展開總體設計方案研究。

1 項目概況及設計標準

1.1 項目概況

G30連霍高速公路洛陽—鄭州段改擴建工程設計段落全長106 km，工程所處地貌主要為黃土沖溝重丘和黃淮沖積平原交錯。改擴建高速公路全線涉及通道176條、涵洞107道、天橋24座、分離式立交27座、高架橋29座、互通式立交10處、中橋5座、大橋和特大橋分別為10座和1座。改擴建段涉及道路總面積2.4×106m2，其中挖方為3.7×106m2、填方為6.1×106m2。

1.2 設計標準

原高速公路為雙向四車道設置，其中重丘區(qū)路基寬度設置為24.5 m，設計行車速度為100 km/h；平原微丘區(qū)路基寬度則設置為26.0 m，設計行車速度為120 km/h。

本設計方案將重丘區(qū)及平原微丘區(qū)的高速公路擴建為雙向八車道。起點段2.0 km處采取兩側(cè)拼寬方案，主線其他路段均采取分離式路基或者單側(cè)整體加寬方案，如圖1所示。其中，起點段采取兩側(cè)拼寬方案，路基總體寬度設計為42.0 m，主線采用分離式路基方案的路基新建寬度為20.5 m，采用單側(cè)整體加寬方案的路基新建寬度為19.5 m。

圖1 分離式路基方案示意圖

2 地質(zhì)地貌

G30連霍高速公路洛陽—鄭州段改擴建工程項目地處黃土高原與華北平原交界處，位于我國黃土分布區(qū)的東南部，土壤分布主要為老黃土，部分地區(qū)為新黃土，此外還包含伊洛河流域及溝谷周邊的沖洪積和破積黃土狀土。

改擴建段可劃分為兩種地貌類型：(1)黃土臺塬和黃土丘陵，此類地貌地形起伏明顯，海拔處于100～250 m，溝壑縱橫、高差大，形成峁嶺黃土臺塬，塬邊廣泛分布溝谷，地貌類型常見梁、峁等，Ⅶ度地震基本烈度，其地震動反應譜的特征周期和地震動峰值加速度分別為0.36 s、0.1 g；(2)分布在伊洛河及汜水河兩岸的是沖積平原和河谷地貌，該種地貌起伏較小，分布有較多居民居住區(qū)，土地肥沃適宜種植。

3 改擴建設計思路及原則

全方位考慮該高速公路改擴建過程中涉及的控制因素，因地制宜地選取具體實施方案，“應分則分、應合則合”，合理布置改擴建路線，并盡可能地充分考慮利用原有高速公路資源，保障實施安全，強化服務作用，并確保整體建設和諧統(tǒng)一。設計過程中重點關注單側(cè)整體加寬方案中新舊路基的不均勻沉降問題以及沿線橋涵銜接設計。嚴格把控單側(cè)整體加寬方案和分離式路基方案中的高速公路中央分隔帶的針對性處理設計，實現(xiàn)差異化橫斷面間的平順銜接過渡。在確定舊路面病害處理和路面改良方案前，充分開展安全性評價及路面性能檢測，確保對各類病害的有效處置。為落實“節(jié)能減排”政策號召，充分利用原高速公路各結(jié)構(gòu)層。嚴格貫徹“節(jié)約、耐久、和諧、安全、以人為本”的設計思路，盡可能在設計過程中融入與原公路及周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)的理念。

4 總體方案分析

4.1 路線設計

4.1.1 平面線形

起點段2.0 km處的兩側(cè)拼寬方案段的平面線形設計是在舊路設計線位的基礎上，經(jīng)現(xiàn)場實測復核舊路實際線位，將其作為兩側(cè)拼寬設計的中心線位依據(jù)。

單側(cè)分離式路基段主要設置于重丘區(qū)段，路線設計過程中充分考慮并利用地形特征，貫徹因山就勢思路，靈活調(diào)整設計技術指標，減少高填深挖的設計，從而避免造成過多的工程占地，減少對自然環(huán)境的破壞，同時實現(xiàn)造價成本的控制。

針對單側(cè)整體加寬方案段，同樣要先在現(xiàn)場實測復核舊路實際線位，同時充分考慮分離式立交和原公路橋梁等構(gòu)造物的分布狀況，此外還需重點考慮新舊路基高差，從而綜合確定出加寬路基的中心線位，并將其作為行車道中心線。常規(guī)路段可將中央分隔帶寬度設計為3.0 m，而在互通加寬橋梁段則可將其設計為6.0 m。

4.1.2 縱斷面

進行縱斷面設計前要現(xiàn)場實測復核舊路實際縱斷面線形。在兩側(cè)拼寬方案段，要依據(jù)上文提及的舊路面病害處理和路面改良結(jié)果，確定其對應的具體設計標高。

單側(cè)分離式路基段的縱斷面設計主要影響因素為越嶺高差以及挖填方情況，應避免連續(xù)長縱坡，盡可能采取均勻設計方案，豎曲線半徑宜在確保滿足視距要求的基礎上盡可能小。

針對單側(cè)整體加寬方案段，加寬部分的路基縱斷面應優(yōu)先考慮與舊路基縱斷面保持對應，同時考慮新舊路基中央分隔帶開口設置、通道凈空設計以及分離式立交設置情況，盡量避免過大的新舊路基高差，綜合得出合理的縱斷面設計成果。

4.2 路基路面及排水設計

4.2.1 路基

路基邊坡填土高度在2.0～10.0 m時，選取1.0∶1.5的邊坡坡率；路基邊坡填土高度>10.0 m時，超過部分選取1.0∶1.75的邊坡坡率，且變坡點不考慮平臺設置；路基邊坡填土高度<2.0 m時，選取1.0∶1.4的邊坡坡率，如圖2所示。路塹的邊坡坡率設計為1.0∶0.4，同時設置2.0 m寬碎落臺，在12.0 m高度處設置平臺；針對淺挖路塹段，將坡率放緩至1.0∶1.5，如圖3所示。

充分考慮本項目特征，其中單側(cè)整體加寬方案路基以舊路邊坡挖臺階方案實施擴寬路基的填筑，同時應結(jié)合實測沉降發(fā)生情況以強夯、PTC樁及土工格柵等方式進行處理。

圖2 低填路堤斷面圖

圖3 淺挖路塹斷面圖

對于部分特殊段落，在地面線較為陡峭的填方施工段，生態(tài)墻設計坡腳較長，可考慮進行擋墻收坡處理。而常規(guī)的圬工擋墻有著高度限制多、對地基承載力要求高、景觀相容性差、實施工期長、質(zhì)量控制難度大等缺陷，因此設計方案中給出GES生態(tài)擋墻收坡的設計方案，可有效避免上述圬工擋墻的缺陷。

4.2.2 路面

改擴建段采取瀝青路面結(jié)構(gòu)，從下往上分別設置低劑量水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石底基層、水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石下基層、ATB-25密級配瀝青穩(wěn)定碎石上基層、AC-25C粗粒式瀝青混合料下面層、AC-20C中粒式改性瀝青混合料中面層和SMA-13改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層，各結(jié)構(gòu)層厚度分別設置為16 cm、34 cm、10 cm、8 cm、6 cm和4 cm。其中匝道段落不設上基層，其余各結(jié)構(gòu)層與主線保持一致。

4.2.3 排水

路基排水設計方案應充分結(jié)合本項目開展的挖填狀況，路基排水設施設有急流槽、排水溝、截水溝以及邊溝等，縱坡排水坡度均>0.3%，在各類路基排水設施的共同作用下可迅速將路基水體排出。

路面邊緣排水主要利用設置于路肩處的C20無砂混凝土，其厚度設計為20 cm，可使匯集的面層水體快速下滲，并通過路側(cè)邊溝內(nèi)設置的泄水孔排入邊溝，或通過橫坡將其排出路基，如圖4所示。

圖4 路面排水設計圖

對于單側(cè)整體加寬方案則可采用碎石盲溝中央分隔帶排水，在其內(nèi)部設置縱向打孔HDPE排水管，其內(nèi)徑為9.3 cm。通過每100 m間隔設置的橫向同規(guī)格HDPE排水管將匯集水體排入中央分隔帶的集水井。集水井下部橫向設有外徑40 cm HDPE排水管，可將匯集水體排出，如圖5所示。

圖5 分隔帶排水設計圖(cm)

4.3 橋涵設計

橋位設計以主線走向為主導，橋型選擇上以安全保障為先，同時考慮美觀及經(jīng)濟，以水文計算、工期限制、施工條件及地形地質(zhì)為依據(jù)確定橋孔布置方案。

針對起點段2.0 km處的兩側(cè)拼寬段，新舊橋梁選取同等梁高、跨徑和結(jié)構(gòu)形式，兩側(cè)分別拼寬8.0 m，拼寬橋梁與原橋梁保持上部連接、下部獨立的形式。

針對單側(cè)加寬路基段，新舊橋梁選取同等跨徑和結(jié)構(gòu)形式，加寬橋梁分別與加寬路基順接，與舊橋的上下部結(jié)構(gòu)均獨立設置。其中針對單側(cè)分離式路基段加寬橋梁應優(yōu)先考慮設置在穩(wěn)定性好、抗沖刷能力強、窄沖溝的低溝岸處。

涵洞的結(jié)構(gòu)形式選擇應充分考慮加寬形式和使用需求，可采用鋼筋混凝土拱形涵洞、圓管涵及蓋板涵的形式。其中針對單側(cè)整體加寬方案段，為降低差異性沉降，可選用灰土墊層和CFG樁進行處理。

4.4 交通工程及沿線設施設計

交安設施的設計，核心在于利用合理的方法，將環(huán)境、道路、車輛及人員等要素密切聯(lián)系起來。具體開展設計工作時，除了協(xié)調(diào)好人文景觀、自然景觀及公路線形外，同時要結(jié)合好“以人為本，服務司乘”的思路。

5 結(jié)語

本文依托高速公路改擴建實體建設項目，對沿線自然地理特征進行分析，結(jié)合工程特征，盡可能利用原道路設施，以充分減少用地、降低工程量、節(jié)約工程造價。對比分析了分離式路基段及整體式單側(cè)加寬等段落具體工程措施；從路線、路基路面及排水、橋涵、交通工程及沿線設施等四個方面展開具體總體設計方案介紹。該方案實現(xiàn)了“應分則分、應合則合”，貫徹了“節(jié)約、耐久、和諧、安全、以人為本”的設計思路，可為高速公路改擴建工程提供一定的借鑒。