高速公路拓寬改造設(shè)計的思考

汪千郡

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088 )

高速公路拓寬改造設(shè)計的思考

汪千郡

(安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088 )

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，對于高速公路的使用水平日漸提高，而我國早期修建的四車道高速公路也已經(jīng)難以滿足日益提升的使用需求，急需進(jìn)行拓寬改造處理。結(jié)合高速公路拓寬工程經(jīng)驗對高速公路拓寬改造設(shè)計思路進(jìn)行探討，以期對此類工程有所借鑒。

高速公路 ; 拓寬改造 ; 設(shè)計

預(yù)測交通量是高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，然而由于早期我國對于社會經(jīng)濟(jì)增長水平預(yù)測值不高，同時受到認(rèn)識局限性的影響，致使早期修建的高速公路難以適應(yīng)長期的社會經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展，以滬杭高速公路為例，投入使用當(dāng)年的全年路段交通量為11 399到25 000輛/d(絕對車輛數(shù))，僅僅三年過后這一數(shù)據(jù)便提升至21 769到40 477輛/d(絕對車輛數(shù))，折算為小型汽車為39 619到73 667輛/d，這一數(shù)額已達(dá)到四車道高速公路適應(yīng)交通量的72%，甚至134%。因此為滿足日益增長的高速公路使用需求，急需對此類四車道高速公路進(jìn)行拓寬改造處理。

1 交通量發(fā)展預(yù)測及分析

1.1 交通量發(fā)展預(yù)測

1.1.1 未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢預(yù)測和分析

以2015年滬杭甬高速沽諸至寧波段交通量為例，根據(jù)所要進(jìn)行拓寬的高速公路項目所處地區(qū)到目前為止歷年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢下的對于GDP的預(yù)測情況，結(jié)合采用趨勢外推和規(guī)劃，通過龔珀資曲線方程構(gòu)建趨勢預(yù)測模型[1]為

(1)

其中，E為GDP(億元)；t為時間序列(年)，t=計算年份(1984)；K,a,b為回歸系數(shù)。

將滬杭涌高速沽諸至寧波段中各交通小區(qū)所處的省、地市、縣、鎮(zhèn)等地的理念GDP值代入(1)式中，根據(jù)所得回歸系數(shù)可構(gòu)建分析模型(表1)。

1.1.2 將來趨勢型產(chǎn)生和吸引交通量

(1) 交通量預(yù)測模型：交通量預(yù)測模型的基本形式為

(2)

其中Qj為j類型車的交通量(Veh/d)；E為GDP(億元)；αi、βi為j類型車的回歸系數(shù)。

表1 主要地區(qū)將來國內(nèi)生產(chǎn)總值預(yù)測結(jié)果 億元

(2) 產(chǎn)生和吸引交通量預(yù)測模型：采用相關(guān)分析法建立區(qū)域內(nèi)吸引和產(chǎn)生交通量的預(yù)測模型為

區(qū)域內(nèi):

(3)

區(qū)域外:

(4)

1.2 交通量預(yù)測結(jié)果分析

1.2.1 OD交通量

OD交通量預(yù)測結(jié)果如表2所列。

表2 OD交通量預(yù)測結(jié)果

1.2.2 各預(yù)測年車輛構(gòu)成

各預(yù)測年車輛構(gòu)成情況如表3所列。

表3 各預(yù)測年車輛構(gòu)成 %

1.2.3 影響區(qū)域流量分析

結(jié)合表2和表3進(jìn)行分析，可獲得項目影響區(qū)域內(nèi)，本高速公路的交通流量情況，如表4所列。

表4 主要影響區(qū)內(nèi)交通流量情況 Veh/d

2 拓寬改造設(shè)計原則

2.1 確保原路段正常使用

對原有高速公路進(jìn)行拓寬的原因是原有公路難以滿足實際使用需求，如果在進(jìn)行道路拓寬使將原有公路封閉進(jìn)行施工，則會使周邊沿線的其他高速公路交通量驟增，嚴(yán)重的會引起交通癱瘓對社會和經(jīng)濟(jì)造成損害，因此確保原路段的正常運(yùn)行是設(shè)計和施工的基本原則。

2.2 確保原高速的使用安全

實際施工過程中，應(yīng)確保舊路部分的橋梁結(jié)構(gòu)物、防護(hù)以及路基的穩(wěn)定，盡可能規(guī)避大面積填挖施工，適時拆除更換原有道路護(hù)欄和警示標(biāo)志，做好防護(hù)措施確保原有道路的運(yùn)行和拓寬部分的施工安全。因此需要在設(shè)計過程中對此類工作綜合考慮，確保原高速的正常和拓寬部分的施工安全是高質(zhì)高效完成施工的基本保障[2]。

2.3 便于施工，確保安全

為使既有高速部分的正常使用受拓寬施工的影響最小，應(yīng)結(jié)合場地實際采用恰當(dāng)?shù)氖┕ぴO(shè)備和機(jī)具，采用新穎的設(shè)計理念，對于需加寬的構(gòu)筑物應(yīng)在保證其質(zhì)量的同時，盡可能保證其施工方便，可靠性、安全性強(qiáng)[3]。

2.4 節(jié)省項目資金

在設(shè)計過程中，應(yīng)在保證設(shè)計結(jié)果符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況下，最大程度地借助既有構(gòu)筑物和道路，盡可能避免建筑物拆遷和周邊土地征用，節(jié)省項目資金，降低環(huán)境影響。個別路段可結(jié)合結(jié)構(gòu)物特點對局部線位進(jìn)行調(diào)整，通過分幅式路基或主線分離的思路進(jìn)行設(shè)計，一些路段有車流分、合端部，則需采取增設(shè)標(biāo)志或是振動式標(biāo)線的方式保證交通安全[4、5]。

2.5 符合區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景和交通規(guī)劃

當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，單純依靠目前的既有的高速公路設(shè)計形式和標(biāo)注已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展后帶來的高速公路需求，因此需要在設(shè)計前做好針對道路影響區(qū)域內(nèi)的調(diào)研，設(shè)計過程中充分考慮路網(wǎng)的發(fā)展和規(guī)劃，盡量規(guī)避由于道路拓寬改造施工對周邊道路的交通量造成影響[6]。

3 拓寬改造設(shè)計方式

3.1 路線設(shè)計

設(shè)計線：整體式路基需對道路兩側(cè)進(jìn)行拓寬的，其設(shè)計線宜采用原道路中央分隔帶中心，不對加寬部分另設(shè)設(shè)計線；若為分離式路基，需從單側(cè)進(jìn)行拓寬，則可繼續(xù)沿用原高速公路設(shè)計線；諸如隧道燈受周邊結(jié)構(gòu)物限制的道路，必須分幅設(shè)計其單向車道時，則宜根據(jù)其加寬部分路基另設(shè)設(shè)計線。縱斷面：由于原有道路在最初施工時或由于長期使用會產(chǎn)生一些不良因素，致使原有道路縱斷面發(fā)生較大程度變化，所以需對其進(jìn)行調(diào)整設(shè)計。設(shè)計初期需先開展外業(yè)測量，為保證測量精度，應(yīng)每隔20 m選測一條橫斷面線，設(shè)計時高程控制點選用原有構(gòu)筑物，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行縱斷面擬合設(shè)計。

3.2 軟土地基處理

由于原有高速公路已經(jīng)經(jīng)過多年的運(yùn)營使用，其道路路基的地基沉降也基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。而在進(jìn)行道路拓寬改造施工中，相對原有道路路基而言，新拓寬改造部分的填筑荷載屬于附加荷載，會對原有路基施加作用，產(chǎn)生新一輪的不均勻沉降，同時會從側(cè)面對原有路基路面施加橫向拉應(yīng)力，對路基路面造成損傷甚至破壞。所以地基處理需要以降低新老路基差異性沉降為出發(fā)點，結(jié)合實際情況采取合適的處理方法對地基進(jìn)行處理[7]。

3.2.1 一般預(yù)壓

一般預(yù)壓處理適合路基表層硬殼層厚度較大的常規(guī)路面，處理時以路槽地面為基準(zhǔn)進(jìn)行路基填筑，經(jīng)過一定時間的預(yù)壓期后再針對路面進(jìn)行施工作業(yè)。

3.2.2 等載預(yù)壓

此種處理方法適合在計算沉降量較大的路段或是路橋和路基表層硬殼層厚度較大的構(gòu)筑物的銜接處等。施工時先填筑路基至路面設(shè)計標(biāo)高，并進(jìn)行充足的預(yù)壓處理。

3.2.3 塑料排水板結(jié)合等載預(yù)壓

為使施工結(jié)束后新老路段的路基沉降變形相互協(xié)調(diào)，針對軟土層厚度較大且硬殼層偏薄的軟土路段，需要在基本的鋪設(shè)50 cm厚砂礫墊層并打設(shè)塑料排水板處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行等載預(yù)壓處理。通常由于塑料排水板的打設(shè)深度不同，在兩種規(guī)格的排水板中進(jìn)行選擇：通常打設(shè)深度不超過15 m的選用4 mm厚的塑料排水板，同時保證其縱向通水量在50 cm3/s以上；若深度超過15 m，則排水板厚度需選用4.5 mm，同時保證其縱向通水量在35 cm3/s以上。兩塊塑料排水板間相隔1.3到1.5 m，同時其最大打設(shè)深度不超過25 m。

3.3 路基與防護(hù)

3.3.1 路基填筑

路基進(jìn)行填筑時，結(jié)合既有公路路基所使用的填筑材料類型，并根據(jù)道路影響區(qū)域內(nèi)的料源情況進(jìn)行綜合考慮，可選用砂礫或是土石混合料，其中前者主要適用于結(jié)構(gòu)物于橋頭的連接地帶。同時為了確保老路基與新路基結(jié)合處的穩(wěn)定性，應(yīng)在填筑時嚴(yán)格控制速率，如軟基路段填筑高度在3 m以上，填筑速率應(yīng)為0.2/7 d，若未超過3.0 m，則應(yīng)為0.2 m/d，并控制每層厚實度為20 cm。除此之外，還需將老路基結(jié)合處挖成每級高度在80 cm左右的臺階狀，同時在路基頂面鋪設(shè)土工格柵[8]。

3.3.2 路基防護(hù)

隨著當(dāng)前人們生活水平不斷提高，對于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識和需求也逐漸增強(qiáng)，因此在建設(shè)拓寬改造設(shè)計時需在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，將公路與周邊環(huán)境的和諧統(tǒng)一考慮在內(nèi)，尤其是在一些開挖山體后的路塹地區(qū)，要敢于使用新思路、新材料、新技術(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點使用客土噴播灌木類植物、三維土工網(wǎng)結(jié)合噴草籽等方式。對于周邊有村莊、河流的項目應(yīng)將土地占用降到最低。

3.4 路 面

細(xì)致調(diào)研原有道路路面，并結(jié)合調(diào)整后的道路縱斷面設(shè)計制定道路拓寬改造方案，必要時可測量路面彎沉值。對于加寬側(cè)路面上面層，建議結(jié)合路基穩(wěn)定性要求，根據(jù)項目工期實際情況選擇是否在竣工并投入使用一年后進(jìn)行加鋪。

3.5 互通式立交

包括樞紐互通在內(nèi)的互通式立交，在拓寬改造時首先應(yīng)秉承道路型式不輕易改變的原則，其次要結(jié)合實際道路交通量變化情況，考慮是否對匝道路基進(jìn)行拓寬或是加設(shè)收費島等措施。對于十字形或T形交叉，由于其大多設(shè)計成喇叭型或是半苜蓿葉型，因此設(shè)計時僅需對其端部分分合流附近的平、縱面線形型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。由于樞紐互通情況較為復(fù)雜，拓寬設(shè)計時應(yīng)遵循保持互通部分的集散功能以及既有路段的正常通行，同時不調(diào)整匝道縱斷面，盡可能避免大規(guī)模拆建，確保施工和既有道路的通行安全[8]。

4 結(jié)束語

高速公路是我國陸上交通網(wǎng)的重要組成部分，對于我國現(xiàn)代化全局戰(zhàn)略的實施和推進(jìn)有著重要意義。當(dāng)前國際經(jīng)濟(jì)形勢瞬息萬變，要緊跟國際經(jīng)濟(jì)步伐需要有過硬的交通實力作為依托，由于當(dāng)前我國一些既有高速在設(shè)計之初對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況預(yù)測偏低，致使原來的四車道高速公路已經(jīng)難以滿足當(dāng)前的交通通行需要，因此進(jìn)行道路拓寬改造十分必要，同時由于既有公路使用時間長，因此一些參數(shù)發(fā)生變化，為保證拓寬項目的順利實施，同時不影響既有道路的正常通行，對拓寬改造設(shè)計進(jìn)行深入分析意義重大。

[1] 熊 堃.高速公路橋梁加固施工技術(shù)要點研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2016(S2)：86～87.

[2] 孫小艷.橋梁拓寬工程中橋梁搭板的設(shè)計方法分析[J].江西建材，2016(18)：100.

[3] 白合提爾·艾熱提.公路改擴(kuò)建道路的路基加寬施工技術(shù)[J].西部交通科技，2016(5)：73.

[4] 楊群鋒.淺談路基拓寬施工方法[J].江西建材，2016(18)：75～76.

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[6] 宮軼東.膠州灣高速公路拓寬改造項目投資決策評價研究[D].天津：天津大學(xué)，2013.

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[8] 馬曉寧，王選倉，張 濤.高速公路改擴(kuò)建條件評價體系研究[J].公路交通科技,2016(6):56～57.

2016-07-21；修改日期：2016-07-26

汪千郡(1970-)，男，安徽安慶人，安徽省交通控股集團(tuán)有限公司高級工程師．

U412.366

A

1673-5781(2016)04-0462-04