山嶺區高速公路改擴建設計要點

趙景彭

（山西省交通物資供應總公司，山西 太原 030006）

山西省部分早期建設的高速公路至今已運營10多年，隨著山西省經濟的高速發展，很多地區的高速公路車流量增長遠遠超出了預測結果，并在今后一段時期內仍將保持較高的增長速度，導致服務水平逐年降低，個別路段擁堵嚴重，事故頻發，需要及時進行改擴建。

長邯高速山西段地處黃土高原，溝壑發育，隧道和橋涵在整個線路中占有很大比例，高速公路的改擴建路線指標要求高，填挖大、構造物多且路側的用地條件差，很難采納和運用平原地區一般高速公路改擴建設計的經驗，因此本文針對長邯高速公路山西段的特點及特殊環境，提出山區改擴建高速公路的主要問題及設計的控制要點。

1 長邯高速公路改擴建存在的主要問題

1.1 改擴建的總體建設條件復雜

長邯高速公路山西段，途經太行山區，現有多處平面、縱面指標僅滿足現行80 km/h設計車速、四車道高速公路極限指標的要求，2002年貫通至今已運營10余年，基礎設施老化，病害多發。與此同時，河北段全程雙向六車道與山西段雙向四車道的不均衡布局，造成了山西段運營壓力較大。改建設計中存在80 km/h、100 km/h 兩種設計速度，32 m、39.5 m、33.5 m三種路基寬度；存在雙側拼寬、分離新建、完全利用等多種改擴建方式，又有高邊坡、橋梁、隧道等多種形式，改擴建難度大。

長邯高速山西段起點至西賈段40.1 km，設計速度80 km/h，其中東陽關至黎城北6.150 km改擴建為雙向六車道，路基寬度32.0 m；黎城北至黎城西9.600 km改擴建為雙向八車道，路基寬度39.5 m；其余路段24.35 km利用現有高速公路作為一幅，新建一幅路基寬度采用16.0 m。西賈至終點段13.426 km改擴建為雙向六車道，設計速度采用100 km/h，路基寬度33.5 m。

1.2 原有道路交通流量大 施工保通困難

長邯高速是晉煤外運的主要通道之一，自2002年建成通車以來，交通量增長迅猛，2007年交通量達22 041輛小客車/日（2012年達到58 167輛/日），全線長約53.5 km，分離新建左幅三車道26.2 km，原有路基兩側加寬兩側拓寬改造27.4 km，利用右幅24.4 km。路基及橋梁下部施工期，道路限制速度為60 km/h。服務水平降至三級，施工期間的道路通行能力10 943輛/日，橋梁上部施工及路面施工期，道路限制速度為40 km/h。服務水平降至三級，施工期間的道路通行能力為6 509輛/日，顯然施工期間的通行能力遠遠小于實際需求，加之長邯高速公路地形橫坡陡，路線走廊帶狹窄，發生擁堵后交通疏散較難。

1.3 原有橋隧所處地質條件差 改造施工風險大

長邯高速走廊地形河流溝谷發育，橋隧構造物較多。橋梁兩側拼接加寬方案，兩者的縱、橫向搭接是工程技術難題。長邯高速改建需接長施做97道涵洞，新老涵洞交接處，很容易發生不均勻沉降，拼接處開裂導致滲漏水，加之部分地區涵洞下覆黃土，滲水后又加重了不均勻沉降，甚而導致路面縱向裂縫。

高速隧址區黃土覆蓋較厚，原有隧道穿越黃土地質，采用隧道加寬方案施工風險太大，改造采用新建隧道，新建幾處隧道處于黃土與灰巖區，存在土石分界及基巖的全—強風化層隧道施工容易發生掌子面塌方與涌水的可能；新建隧道下穿既有道路，隧道施工容易導致既有道路開裂和損壞；部分新建隧道埋深較淺，地質條件復雜，隧道開挖度大，大部分隧道洞口均存在黃土，施工時極易由于排水與偏壓問題而導致洞口段坍塌。

1.4 改造拆遷工程量大 環境保護差

長邯高速公路拓寬擴建時，采用兩側加寬原有路基于構筑物，拆除工程量大，拆下的瀝青、鋼鐵、石塊材料再生或循環利用成本高，一般均作廢棄物處理。長邯高速存在較多挖方地區，本身黃土邊坡較高，拓寬產生的邊坡更高，故挖方產生棄渣基本均廢棄，導致水土流失大，污染多，此外長邯高速通過濁漳河、西流地下水源準保護區，大量的拆除工程和水土流失不利于水源保護，環境保護差，不利于國土的均衡開發和沿線地方經濟的發展。

2 改擴建設計要點

對原有長邯高速公路山西段進行改擴建，則面對新老路結合利用、施工期間交通組織、區域環境保護等諸多不利條件，故而提出針對路線、路基、路面、排水、橋隧、交通組織等設計要點。

2.1 路線

路線平面設計應充分利用老路段，盡量在原路布設線位；對于原路繞行距離較長、設計標準低、與區域發展規劃沖突較大時，采用新建左右幅，應結合地形、地質、地物條件和大橋、互通、隧道的較佳位置進行路線設計。

全線區分兩種舊路利用情況，即局部長大縱坡段，利用舊路為右幅段共長24.35 km；舊路兩側加寬段共長29.176 km（貫通），路線均沿舊路中心布設。為擬合舊路，對全線利用舊路段，都進行了點位實測和平面擬合分析，按平面擬合精度±10 cm控制，擬合線位與分中點位偏差絕對值在0.1 m以內的點位數占94.79%，施工圖路線平面設計線位與舊路中心線擬合良好、可行。路線的縱面設計應考慮與橋梁、路線交叉、路面設計、濕陷性黃土處理、沿線隧道管理站與服務設施改造方案等，保證工程方案高程協調性，濕陷性黃土路段要盡可能維持現有路基高程，避免產生新的不均勻沉降。

2.2 路基、路面

根據新建路的平面位置，調查原有路基的修建歷史、老路基的狀況（填挖方邊坡坡率、設置擋墻的情況、路基填料組成、密實度、含水量等）、路面的使用情況，并應進行路面強度及路面使用狀況的檢測和評價。

2.2.1 新舊路基拼接的主要設計理念

a）填筑加寬前原路邊坡挖除松土和基底耕植土各30 cm，后按1∶1.25坡率削坡。b）加寬部分進行基底處理。c）原路基邊坡自下而上挖臺階與填筑同步。要求路床壓實度不小于96%，上路堤95%，下路堤94%。d）填土高度大于8 m路段分別按施工長度采用沖擊碾壓或滿夯補強。e）路堤高4～8 m路段路床內設1層土工格柵，填高大于8 m時路床內設2層土工格柵。f）原路肩擋墻路段，填至路床底面時拆除擋墻上部至路床底面。路堤擋墻路段，填至路堤墻頂時對墻頂原邊坡削坡、開挖臺階。路肩、路堤墻頂鋪設1層土工格室。老擋墻段路堤填料采用石渣或4%石灰土填筑。老路肩擋墻段拼接路基坡腳設置矮墻。g）分離新建與舊路合并段原路邊坡進行拆除防護、排水工程和清坡、挖臺階等處理。

2.2.2 路面設計理念

據《公路瀝青路面設計規范》（JTJ D50—2006）要求，應根據路面破損情況調查和強度測試情況，分別選擇路面外觀及強度好、中、差的典型使用狀況，進行分層鉆芯或探坑取樣，采集瀝青混合料和基層、底基層、土基的樣品試驗，分析路面破壞原因，判斷其破壞層位及各結構層是否可以利用。

2.3 排水

2.3.1 路肩排水

土路肩采用厚6 cm C20混凝土硬化。挖方段路肩下設置碎石盲溝，收集路面滲水通過邊溝內壁的預留PVC排水管排入路塹邊溝。

2.3.2 路面表面排水

填方路段在路肩設攔水帶，匯水經邊坡急流槽排入路堤邊溝；老路超高路段排水方式為中央分隔帶過水明槽，完全利用路段，超高方式不變；加寬六車道路段，原10 m間距開口明槽間增設一道；加寬八車道超高路段，在中央分隔帶側采用縱向集水溝和集水井，經橫向排水管和邊坡急流槽排水入路堤邊溝。挖方段時，經橫向排水管排路面水入加深的路塹邊溝。

2.3.3 中央分隔帶排水

兩側加寬段原中央分隔帶采用的底部設縱向盲溝和橫向排水管排水方式不變，采用接長老路的橫向排水管。老路完全利用原段中央分隔帶排水不變。

2.3.4 部分通道排水不暢處治措施

a）適當調整通道處改路縱坡，減少地表水進入通道。b）通道附近有低洼地時，開挖排水溝或埋置管涵引雨水入低洼地。

2.3.5 水源準保護區排水

路線經濁漳河、西流地下水源準保護區路段，匯集橋面，路面雨水經油水分離池凈化處理后排入橋下邊溝。

2.4 橋涵、隧道

2.4.1 橋梁

按照長邯高速山西段 2010、2011、2012、2013 年的定期檢測報告，以及部分橋梁的動靜載報告，存在以下情況及加固方案：

a）按照各橋各部件最新的定期檢測病害情況、進行了承載能力驗算、動靜載試驗，并做一定的病害原因分析。改建設計應緊密結合定期檢測成果，逐橋進行有針對性的加固維修設計。

b）部分既有橋梁體腹板上存在豎向裂縫（迎賓、長興等大橋），且腹板裂縫與底板裂縫貫通，應進一步核實腹板裂縫的寬度，對于腹板開展較大的裂縫，除進行裂縫壓力灌漿外，還應進行粘貼鋼板或粘貼碳纖維布（板）等局部補強處理。

c）加寬橋梁的上部結構應盡量采用與原有橋梁相同的結構型式，同時需加強截面的研究，截面剛度不要相差過大，應對舊有鋼筋混凝土空心板做承載能力、正常使用評價外，對拼接后的整體結構還應做既有和新拼接部分的變形協調方面的分析。既有橋梁伸縮縫的處理與現有橋梁伸縮縫的設置應進行專項分析。

對于橋涵構造物的加固利用，在實施過程中可能會發現新的病害，施工中設計應結合現場情況，及時動態核查、調整設計。

2.4.2 隧道

在設計中考慮應急救援、逃生距離、工程實施難度以及類似工程運營與建設經驗，結合交通量、車輛組成、縱坡等因素，進行了綜合論證。提出新建段采用“單洞三車道+縱向救援通道”,隧道建筑限界：凈寬14.0 m，限高5.0 m；救援通道建筑限界：凈寬5.0 m，限高5.0 m。利用既有隧道建筑限界：凈寬9.75 m，限高5.0 m。

表1 原有隧道設置一覽表

表2 新建隧道設置一覽表

2.5 交通組織

根據交通分析，施工期間的交通很難滿足交通需求，因此施工時要重點做好交通疏導，交通信息及時預告、實時告知。拼接路基施工期間，在路側護攔外設置彩鋼隔離板隔離施工，設置臨時警示標志，不影響主路交通。路面施工期間，采用半幅、分段交替施工，設置相應的限速、疏導等臨時標志，保證四車道通行。橋梁施工期間，一幅拼接時，另半幅并道通行；另半幅施工時，拼接完成半幅強度達標后可以通行。新建涵洞施工采用封閉一幅，通行另一幅的方法進行疏導。

3 結語

本文根據長邯高速公路山西段原有道路特殊工程地質條件、工程改擴建的特點，探討了山區高速公路改擴建設計的要點，以期在安全、經濟、環保等設計指標滿足合理統一的要求。以上是筆者的一些淺見，不當之處，請各位前輩及同仁批評指正。