非控制出入一級公路升級為高速公路設計技術要點

張曉明，余 鴻

（1.湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢市 430051；2.荊州市東卷高速公路有限公司 荊州市 434000）

二廣高速公路東卷段（以后簡稱項目）為非控制出入一級公路升級為高速公路，技術方案復雜，影響因素多，下面對設計時的主要方案、技術要點和注意事項進行詳細論述。

1 項目概況

二廣高速公路是國家和區域南北向交通聯系的主通道，其中東卷段是鄂湘省際銜接湖北境內路段，因歷史原因，該路段為非控制出入的一級公路，已成為該高速公路通道中的瓶頸路段，其技術標準、通行能力、服務功能都不能滿足國家高速公路的要求，項目于2012年12月完成勘察設計，于2017年1月建成通車。

原老路以《公路工程技術標準》（JTJ 001-97）為設計標準，按一級公路標準建設，路線長3.471km，雙向四車道，路基寬24.5m，設計車速100km／h，路面采用水泥混凝土，混凝土板厚25cm。升級為高速公路后，路基寬度26m，路面采用瀝青混凝土路面，全線共設互通式立交1處、停車區1處、治超站1處、分離式立交1處。

2 路線

2.1 測量

該項目為改擴建項目，測量精度要求高，項目實施時在1∶2000地形圖的基礎上，對原路中央分隔帶兩側及硬路肩邊緣共布置4條測量線，且測量線同一橫斷面處4點對齊，縱向間距不大于25m，在曲線路段、橋梁和特殊路基段適當加密，采用全站儀平面測量和水準儀高程測量，保證了測量的精度。

目前改擴建高速公路測量采用精密機載三維激光掃描測量技術，通過機載三維激光點云數據的高精度采集、控制布設及平面、高程的精化處理技術措施，其路面測量精度平面小于0.05m，高程小于0.02m。

2.2 平縱面擬合

平縱面擬合根據測量成果，結合原路平縱面設計資料，盡量采用原老路線形設計，路線縱面盡量等厚度加鋪，在橋梁路段縱面盡量不加厚，擬合后平縱面指標良好，擬合誤差百分比如圖1～圖3。

3 路基路面

3.1 外業調查及檢測

改擴建路基路面設計前應對既有路基路面進行充分調查、合理評價，路基調查包擴路基高度、填料、病害（沉降、滑坡）、防護形式、排水等方面調查，路面調查（水泥混凝土路面）包含路面狀況調查，路面狀況評價，還需要一些必要的檢查，檢查內容包含斷板率、平均錯臺量、接縫傳荷能力、平均彎沉值、舊混凝土路面結構參數（包含水泥混凝土板厚度、彎拉強度、彎拉彈性模量、水泥混凝土路面基層頂面當量回彈模量）等，此外其它缺陷還需通過地質雷達來探測。

經調查原路基填料主要采用粘性土，局部路段采用摻生石灰，路基最大填挖高均約8m，現老路基穩定性較好，未出現較大垮塌或邊坡失穩情況，路基排水采用60cm×60cm的梯型邊溝，采用混凝土預制塊，挖方邊溝現狀較好，填方邊溝預制塊局部路段有破損或缺失，邊坡防護以植草、三維網植草為主，橋頭錐坡采用實心預制六角塊防護，原老路基未設擋土墻。

路面損壞狀況調查評定為：全線合計2744塊板，斷板率DBL＝4.0%。根據統計資料，全線共計調查5468 處板與板間錯臺量，累計錯臺量11879.5mm，平均錯臺量2.2mm，錯臺量＞3mm占19.4%，錯臺量＞5mm占5.6% ，路面損壞狀況等級評定為優良。接縫傳荷能力及平均彎沉值：全路段合計檢測接縫處彎沉688點，接縫傳荷能力整體情況良好，評定等級為優良的占72.1%，評定等級為中的占13.4%，評定等級為次的占8.3%，評定等級為差的占6.2%；彎沉差ΔD≥6占5.7%；超車道接縫傳荷能力普遍優于行車道，路段檢測的板縫處的平均彎沉值均小于20（0.01mm）。舊混凝土路面結構參數調查：全路段共取芯44個，厚度平均值 ＝24.8cm，厚度的標準差 ＝1.24，混凝土面層厚度的標準值 ＝23.5cm。44個芯樣劈裂強度平均值 ＝3.54MPa，劈裂強度的標準差 ＝0.65MPa，舊混凝土面層劈裂強度的標準值 ＝2.86MPa，舊混凝土面層彎拉強度標準值 ＝4.67 MPa，舊混凝土面層彎拉彈性模量標準值Ec＝33822 MPa。通過地質雷達檢測，共發現路面路基缺陷33處，缺陷長度1546m（總檢測長度13884m，左右幅各檢測兩條線）。缺陷類型有面層脫空、水穩層脫空、水穩層不密實、路基不密實。綜合評定路面基本狀況良好。

3.2 路基路面設計

路基設計應在對公路沿線地質、水文、地形、氣象等自然條件全面調查研究，充分搜集原施工圖、竣工圖及現有路基施工養護資料，對老路基進行合理評價的基礎上進行，并做好路基路面綜合設計。應確保路基、路面排水通暢，應盡可能減少征地、拆遷，應本著少占農田、保證質量、節約投資的原則。開挖老路所得的土方應盡量加以利用。邊坡坡面防護以保證邊坡穩定為前提，以固土為本，以綠色為主。路基防護工程應根據當地水文情況、工程地質條件及筑路材料來源，選用經濟、合理而又美觀實用的工程措施，在邊坡穩定的前提下進一步加大植草面積，減少圬工體積。項目設計時，對原路基兩側各加寬0.75m，填方加寬段，路基施工應先清除30cm寬度松土后再對邊坡進行開挖，臺階底寬≥2m，且臺階頂設4%向內傾斜的橫坡，邊開挖臺階邊填筑，在路床底部和路基底部分別鋪設一層和兩層鋼塑復合雙向土工格柵，回折長度≥1.5m。挖方加寬段，挖方邊坡坡率根據地質情況確定，設置2m寬碎落臺。

路面設計以路段交通量預測結果為依據，并參照類似改擴建工程的成功實例進行設計。路面設計應根據使用要求及氣候、水文、土質等自然條件和老路面狀況，密切結合當地實踐經驗進行綜合設計，并遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養護的原則，使設計技術先進、經濟合理、安全適用。老路面盡可能利用，一般遵循寧填勿挖的原則。老路面改建強度須滿足基本設計要求，并對現有病害進行充分、恰當的處理。老路面材料充分利用。認真分析老路路面現狀檢測、評價資料，并結合路面綜合評價指標及老路面改建方案，充分考慮老路銑刨廢舊料的再生利用價值，注重體現環保理念。充分考慮新老路面的匹配性，為了保證路面質量，新老路面宜同步實施。路面結構設計包括新建路面（互通匝道）、老路面（主線）改建兩種方式考慮，并根據交通荷載分布特點分別進行路面結構強度驗算。老路面改建加鋪方案根據加鋪厚度不同分別考慮。

4 橋梁及涵洞

4.1 外業調查及檢測

橋涵外業調查包含既有構造物的調查，如跨徑、孔徑、上下部結構類型、洞口形式、橋頭防護類型、水位等內容，橋涵檢測包含外觀檢測、回彈試驗、混凝土碳化深度、病害調查等，必要時還需要做荷載試驗。項目經調查共有中橋1座，跨徑為2×16m，簡支空心板，柱式橋墩，肋板臺，樁基，橋梁按雙幅設計，與路基同寬為24.5m。涵洞6道（其中倒虹吸2道、圓管涵1道、蓋板涵3道），均為暗涵洞（涵洞有填土），主要病害為：中橋右幅0號臺錐坡、0號臺護坡、2號臺護坡沉降開裂，最大沉降20cm，空心板鉸縫滲水流白，共17處，倒虹吸排水功能失效，全部蓋板涵均存在積水現象。

4.2 橋涵設計

由于本項目建成時間較久，原老路設計采用舊標準，在橋涵設計前需按新規范對橋涵水文，橋涵上下部結構進行驗算，經驗算后設計洪水位、沖刷深度、埋置深度均滿足規范要求，橋梁上下部結構承載能力極限狀態滿足要求。結構計算時承載能力極限狀態按新規范驗算，正常使用極限狀態按老規范驗算，包含應力、裂縫寬度等，相關技術指標經計算均滿足規范要求，表1為抗彎、抗剪承載能力驗算結果。

中橋加寬設計考慮橋墩完全利用，橋臺橫向接長，接長后蓋梁長度與路基同寬，上部構造通過更換內外側邊板，加長懸臂的方式實現路幅加寬，考慮到懸臂過長導致偏心失穩，通過把外側邊板和臨近中板拆除，按一塊板整體設計。空心板支座采用橡膠支座，使用時間太久橡膠老化后，支座已剪切破壞，對空心板支座全部更換，施工時采用扁形千斤頂同步頂升的方法更換。涵洞通過拆除原有洞口，接長涵洞實現路幅加寬，后期實施時由于沿線居民通行要求提高，通道凈寬及凈高增大，實際實施時涵洞采用挖除新建的方式。

表1 中橋空心板承載能力極限狀態驗算

5 沿線設施及保通方案設計

改建設計時沿線布設了互通式立交、國道G207分離式、停車區和省界治超站。互通式立交主要是為解決高速與地方道路之間交通轉換。路線與國道G207相交，故設置了分離式立交上跨主線，分離式路線設計考慮到臨時保通，接線設計與原國道G207路線橫向偏置了6m，預留了通行條件。考慮到車輛加油、貨車加水、旅途休息等需求，結合沿線服務區和停車區布設間距，布置了停車區，后期實施時升級為服務區。在省界處為減少超限車輛對道路影響，布設了治超站，對原老路治超站進行了還建。原老路為開放式一級公路，沿線居民和房屋較多，考慮到封閉后居民出行的影響，在原老路兩側分別布設了3.5m寬和5m寬輔道，并在高速設置通道保證橫向通行。

保通方案主要為半幅封閉施工、半幅通行的方式設計，并利用國道G207分流，臨時工程設計時充分考慮防撞水馬、防撞立柱、臨時標志牌等布設，設計時應考慮臨時設施損壞后增加量。

6 結語

通過對二廣高速東卷段改擴建設計的論述，分別從路線、路基路面、橋梁涵洞、沿線設施和保通方案幾個方面展開，改擴建設計前需開展的測量、調查、檢測、試驗、評價等工作，設計方案及需要注意的事項。項目通車至今，公路使用狀況良好，服務等級提升較高，可為以后類似項目改擴建設計時提供一定經驗。