改擴(kuò)建道路縱斷擬合設(shè)計(jì)

李洪亮，沈 可

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

0 引言

舊路改擴(kuò)建項(xiàng)目中路線的縱斷面設(shè)計(jì)是其中關(guān)鍵一環(huán)，該設(shè)計(jì)步驟在工程的實(shí)施過(guò)程中是必須的、重要的內(nèi)容，其決定著項(xiàng)目實(shí)施后的道路的行車安全及服務(wù)水平，是改擴(kuò)建項(xiàng)目成功與否重要指標(biāo)，同時(shí)也極大的影響著擴(kuò)建項(xiàng)目的工程規(guī)模，是項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中總造價(jià)控制的重要因素之一，是實(shí)施路面補(bǔ)強(qiáng)工程的先決條件。因此縱斷設(shè)計(jì)是改擴(kuò)建項(xiàng)目的重點(diǎn)。

目前我國(guó)改擴(kuò)建項(xiàng)目仍無(wú)專門的路線設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)指標(biāo)仍需遵循與新建項(xiàng)目一樣的《路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2006），但改擴(kuò)建項(xiàng)目受現(xiàn)狀高程制約較多，一般要充分考慮對(duì)現(xiàn)狀道路的路基、路面、橋涵結(jié)構(gòu)物等的充分利用，這就要求擴(kuò)建項(xiàng)目的縱斷設(shè)計(jì)必須以現(xiàn)狀道路縱斷為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)狀道路高程進(jìn)行擬合設(shè)計(jì)。但需進(jìn)行改擴(kuò)建項(xiàng)目的現(xiàn)狀道路往往因?yàn)槁窙r較差，道路的高程起伏不規(guī)則，不均勻沉降較多，路基、路面及構(gòu)造物的情況復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行處理利用的原則不盡一致，縱斷擬合過(guò)程中一方面要保證設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，同時(shí)也要滿足相應(yīng)的路基路面補(bǔ)強(qiáng)方案的要求，控制工程造價(jià)。因此縱斷設(shè)計(jì)更是改擴(kuò)建項(xiàng)目的難點(diǎn)。

總之，有必要對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目的縱斷設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究，并總結(jié)歸納出一定的規(guī)律和技巧，進(jìn)而為改擴(kuò)建項(xiàng)目縱斷設(shè)計(jì)提出一套系統(tǒng)的方法和步驟，指導(dǎo)此類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。筆者將以唐津高速擴(kuò)建工程為實(shí)例，展開此方面的討論。

1 工程概況及背景介紹

唐津高速即長(zhǎng)深高速（G25），是國(guó)家“7918”干線高速路網(wǎng)中的一縱，在天津段稱為唐津高速，南北走向，北接河北省唐山，南接河北省黃驊，總長(zhǎng)104 km，擬將現(xiàn)狀雙向四車道擴(kuò)建為雙向六車道，擴(kuò)建原則為維持中線不動(dòng)，兩側(cè)對(duì)稱加寬。唐津高速改擴(kuò)建縱斷面設(shè)計(jì)在招標(biāo)之前的施工圖中已經(jīng)根據(jù)現(xiàn)狀實(shí)測(cè)地面高及路基路面補(bǔ)強(qiáng)原則進(jìn)行了擬合設(shè)計(jì)，并測(cè)算了相應(yīng)工程量。但這次設(shè)計(jì)中實(shí)測(cè)高是在唐津高速運(yùn)營(yíng)情況下進(jìn)行的，因此其精確度及密度都受到運(yùn)營(yíng)車輛的影響。同時(shí)項(xiàng)目擴(kuò)建部分路基實(shí)施期間仍維持通車，因此施工期間的車輛對(duì)舊路路面仍會(huì)造成影響，路面進(jìn)行斷交施工前，有必要重新測(cè)量現(xiàn)狀路面高，并重新對(duì)設(shè)計(jì)縱斷進(jìn)行擬合。

2 縱斷擬合目標(biāo)及實(shí)施原則

縱斷擬合主要目標(biāo)是盡量控制舊路銑刨和補(bǔ)強(qiáng)的工程量與已完成招標(biāo)的部分不要有太大的出入。唐津高速原設(shè)計(jì)縱斷是根據(jù)現(xiàn)狀路面的測(cè)量高程結(jié)合不同段落的舊路補(bǔ)強(qiáng)方案而確定的，路面的補(bǔ)強(qiáng)方案全線共分為四種，基本思路為根據(jù)舊路狀況不同而對(duì)其進(jìn)行不同深度的銑刨，然后逐層回鋪新建的路面結(jié)構(gòu)層。補(bǔ)強(qiáng)后路面高程基本上是漲高的，漲高值在12～19 cm之間。現(xiàn)場(chǎng)施做的時(shí)候是根據(jù)設(shè)計(jì)高程及路段對(duì)應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)方案的新建的結(jié)構(gòu)厚度，推算對(duì)舊路銑刨深度，現(xiàn)場(chǎng)銑刨到位并驗(yàn)收合格后，再逐層鋪設(shè)新建的路面結(jié)構(gòu)。

3 縱斷擬合設(shè)計(jì)原則

本次擬合縱斷，應(yīng)首先對(duì)比原設(shè)計(jì)縱斷高程與本次實(shí)測(cè)高程之間高差，并與該路段對(duì)應(yīng)的路面補(bǔ)強(qiáng)方案對(duì)照。然后按如下原則進(jìn)行縱斷的調(diào)整：滿足《路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20-2006），并通過(guò)調(diào)整縱斷，使設(shè)計(jì)高程較實(shí)測(cè)路面高12～19 cm范圍。

4 縱斷擬合設(shè)計(jì)步驟

（1）實(shí)際調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)首先對(duì)路面漲高大于19 cm的路段進(jìn)行降高，重點(diǎn)核查補(bǔ)強(qiáng)方案中不銑刨或僅對(duì)瀝青路面進(jìn)行銑刨的路段，這樣方案的段落其設(shè)計(jì)高與實(shí)測(cè)高之間的高差如果與對(duì)應(yīng)方案的增高值差距過(guò)大會(huì)導(dǎo)致工程量顯著增大，因此是調(diào)整縱斷的重點(diǎn)部位。力求使這樣的路段設(shè)計(jì)與實(shí)測(cè)高差控制在對(duì)應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)方案的規(guī)定增高值范圍附近，并盡量精確。

（2）本項(xiàng)目沿線有諸如輕質(zhì)土路基處理等非一般填土路段，同時(shí)受工期控制，該部分工程已經(jīng)按原設(shè)計(jì)高開始實(shí)施，因此對(duì)該部分路段，縱斷不能再比原設(shè)計(jì)調(diào)高，否則就會(huì)造成輕質(zhì)土澆筑的二次進(jìn)場(chǎng)或利用灰土等其他材料進(jìn)行襯補(bǔ)，增加工程造價(jià)。但對(duì)這樣的段落是可以適當(dāng)?shù)慕档驮O(shè)計(jì)高的，降低后可對(duì)已實(shí)施的部分采用減薄路面結(jié)構(gòu)或削減已完工的輕質(zhì)土頂面等措施。

（3）橋梁等構(gòu)造物一般擴(kuò)建項(xiàng)目考慮對(duì)其的充分利用，因此該部分結(jié)構(gòu)高程應(yīng)主要根據(jù)現(xiàn)狀墩線及結(jié)構(gòu)物路面高推算擴(kuò)建部分的設(shè)計(jì)高程。因此橋頭等構(gòu)造物部位，設(shè)計(jì)高調(diào)整時(shí)需有所考慮。原則上應(yīng)保證不填不挖，但實(shí)際控制有困難時(shí)，需至少保證縱斷與現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)物頂面高相比，可以適當(dāng)增高但不能降低，否則現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)物無(wú)法正常利用。

（4）在不受上述條件控制的路段，若設(shè)計(jì)高較原地面高低于10 cm的，應(yīng)盡量將其調(diào)高至12 cm以上。

（5）調(diào)整縱斷完成后，需注意復(fù)核立交端部設(shè)計(jì)及上跨或下穿的結(jié)構(gòu)物出的凈空，是否仍滿足相關(guān)要求。

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及對(duì)縱斷的在調(diào)整

縱斷調(diào)整后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按調(diào)整后的設(shè)計(jì)高程進(jìn)行舊路的銑刨和新建路基的填筑。根據(jù)設(shè)計(jì)高程和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)方案對(duì)舊路銑刨到位后，應(yīng)結(jié)合每個(gè)補(bǔ)強(qiáng)方案的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定的路面銑刨后彎沉標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)銑刨層底面進(jìn)行檢測(cè)。

若滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則可后直接按設(shè)計(jì)厚度逐層鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)；若不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，則需繼續(xù)向下銑刨，此時(shí)則需根據(jù)超銑的結(jié)構(gòu)厚度對(duì)路面設(shè)計(jì)高進(jìn)行第二輪調(diào)整。

6 橋頭部位縱斷處理

橋頭等構(gòu)造物處，因考慮對(duì)現(xiàn)狀的充分利用，縱斷高原則上應(yīng)與現(xiàn)狀一致，但若構(gòu)造物較為密集，受設(shè)計(jì)規(guī)范控制，道路縱斷滿足一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)將無(wú)法滿足構(gòu)造物處高程與現(xiàn)狀一致的要求。這時(shí)需對(duì)橋頭位置進(jìn)行特殊的縱斷處理。而對(duì)這樣的段落，國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)施的其他擴(kuò)建項(xiàng)目中一般是進(jìn)行折線坡處理。即在一定程度范圍內(nèi)，改變橋頭段的道路設(shè)計(jì)縱坡，在滿足車輛行駛過(guò)程中無(wú)不舒適感覺的前提下，完成路橋之間的高程銜接。

根據(jù)相關(guān)研究可知，人體對(duì)于縱坡改變時(shí)的舒適度變化見表1。

表1 人體舒適度愈加速度關(guān)系

根據(jù)相關(guān)研究可知，加速度與道路豎曲線之間關(guān)系為：

式中：a——加速度，m·s-2；

V——行車速度，km/h；

R——豎曲線半徑，m。

另根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003），滿足人體舒適性要求對(duì)應(yīng)公式為：

對(duì)應(yīng)式（1）可知滿足人體舒適性所要求的加速度為a=0.278，對(duì)于高速公路，V=120 km/h，可知R=4 000 m。

另有豎曲線半徑與長(zhǎng)度關(guān)系如下：

式中：Δ——豎曲線坡差；

L——豎曲線長(zhǎng)度，m；

R——豎曲線半徑，m。

施工過(guò)程中一般豎曲線放線長(zhǎng)度為10～20 m，即可認(rèn)為L(zhǎng)=10～20 m，當(dāng)對(duì)應(yīng)于R=4 000 m即滿足舒適性要求時(shí)，根據(jù)式（3）可知允許的坡差為：

Δ=L/R=0.25%～0.5%。

由此可知，當(dāng)坡率變化在0.25%～0.5%，基本不會(huì)對(duì)行車造成不良感覺。考慮到擴(kuò)建項(xiàng)目工后沉降可能會(huì)繼續(xù)增加的因素，一般將坡率控制在0.1%～0.3%，具體見圖1。

圖1 路橋銜接處縱斷調(diào)整示意圖

同時(shí)為保證一定的時(shí)間行程，避免高程變化太短引起的不適，應(yīng)保證L的長(zhǎng)度滿足3 s行程，對(duì)于V=120 km/h的高速公路，L≥100 m。

7 結(jié)論

改擴(kuò)建項(xiàng)目道路設(shè)計(jì)縱斷是控制工程規(guī)模的重要因素，設(shè)計(jì)中應(yīng)在滿足相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，盡量降低工程的造價(jià)。縱斷擬合設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)首先根據(jù)路基路面的補(bǔ)強(qiáng)原則確定路面漲高范圍，并以此為目標(biāo)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，對(duì)于補(bǔ)強(qiáng)方案收漲高值影響較為敏感的路段，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)精確擬合；其次，擬合過(guò)程中也應(yīng)注意不同路基處理方式及工期對(duì)于縱斷的控制條件；再次，應(yīng)注意橋梁等結(jié)構(gòu)物對(duì)縱斷的控制條件；最后，對(duì)于不受上述條件控制的路段，應(yīng)將縱斷高程抬高至補(bǔ)強(qiáng)方案對(duì)應(yīng)的高程范圍。同時(shí)，對(duì)橋頭位置的路線縱斷可根據(jù)橋頭高程進(jìn)行折線坡漸變處理，而且路面銑刨過(guò)程中亦應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做出更為細(xì)致的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

[1]JTG D20-2006,路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]張雨化,朱照宏.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社.

[3]ISO2631,關(guān)于全身振動(dòng)評(píng)價(jià)指南[S].1985.

[4]JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].