高速公路改擴(kuò)建路基路面拓寬設(shè)計(jì)方案探討

王 瑩

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015)

路基路面作為高速公路主體工程的重要組成部分，其造價(jià)往往占總投資的30%以上。因此，在高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)中，路基路面拓寬方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性，直接影響了高速公路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期間的安全、經(jīng)濟(jì)、順暢等，這就需要對(duì)高速公路改擴(kuò)建路基路面拓寬設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討和研究。

1 設(shè)計(jì)原則

(1)高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，應(yīng)貫徹環(huán)境保護(hù)、耕地保護(hù)和資源節(jié)約的基本國(guó)策，遵循“利用與改擴(kuò)建充分結(jié)合、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)相互協(xié)調(diào)”的原則，進(jìn)行科學(xué)論證，提出合理方案。

充分利用舊路資源，這需要科學(xué)論證、精心設(shè)計(jì)；改擴(kuò)建時(shí)，工程建設(shè)減少對(duì)交通運(yùn)營(yíng)的影響、保障施工，需要結(jié)合具體項(xiàng)目具體分析。

(2)對(duì)于舊路的路基路面，應(yīng)在調(diào)查、評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合改擴(kuò)建需求，予以充分利用。

(3)積極穩(wěn)妥地推行新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝。

2 一般要求

改擴(kuò)建項(xiàng)目的新建路面和原路利用均應(yīng)按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)路基、路面的拼接設(shè)計(jì)；應(yīng)對(duì)路面材料再生循環(huán)利用進(jìn)行論證，充分利用廢舊材料。

2.1 舊路路基路面調(diào)查與評(píng)價(jià)

調(diào)查應(yīng)包括基礎(chǔ)資料調(diào)查、路基路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)檢測(cè)、專項(xiàng)數(shù)據(jù)檢測(cè)及施工圖設(shè)計(jì)相關(guān)資料調(diào)查等內(nèi)容。

2.1.1路基調(diào)查與評(píng)價(jià)

(1)對(duì)既有路基主體的使用狀況進(jìn)行調(diào)查。

(2)對(duì)既有路基支擋結(jié)構(gòu)、防護(hù)工程、排水系統(tǒng)的實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)查。

(3)軟土地區(qū)應(yīng)調(diào)查既有路基工后沉降情況。

(4)根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)綜合分析路基病害成因，評(píng)價(jià)既有路基承載力、穩(wěn)定性和技術(shù)狀況，對(duì)既有路基的可利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出病害處治建議。

2.1.2路面調(diào)查與評(píng)價(jià)

(1)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查既有路面的結(jié)構(gòu)形式、使用狀況、破損形式、排水狀況等。

(2)檢測(cè)瀝青路面的各結(jié)構(gòu)層厚度、彎沉、破損率、平整度、車轍、抗滑性能等。

(3)根據(jù)需要進(jìn)行路面混合料劈裂強(qiáng)度和模量、基層的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等力學(xué)試驗(yàn)，瀝青針入度、延度、軟化點(diǎn)、瀝青含量、材料組成分析、礦料級(jí)配等材料試驗(yàn)。

(4)根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)綜合分析路面病害成因，評(píng)價(jià)既有路面承載力和技術(shù)狀況，對(duì)既有路面的可利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出病害處治建議。

2.2 橫斷面設(shè)計(jì)

(1)高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)各組成部分的功能需求，進(jìn)行路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置設(shè)計(jì)。

(2)中央分隔帶寬度發(fā)生變化時(shí)，宜對(duì)變寬進(jìn)行線形設(shè)計(jì)。條件受限，且中間帶寬度變化小于3.0m時(shí)，可設(shè)置變寬過渡段，其漸變率不應(yīng)大于1∶100。

(3)受上跨構(gòu)造物、高邊坡等限制的局部困難路段，右側(cè)硬路肩寬度可適當(dāng)壓縮，但不應(yīng)小于1.5m，并應(yīng)設(shè)置變寬過渡段和相應(yīng)的交通安全設(shè)施。

2.3 改擴(kuò)建路基設(shè)計(jì)

(1)拼寬部分路基、分離增建路基的回彈模量應(yīng)滿足現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，且拼寬新建部分路基回彈模量不應(yīng)小于既有公路設(shè)計(jì)時(shí)要求的值。

(2)應(yīng)采取必要的工程措施，控制拼寬部分和既有路基之間的差異沉降并保持有效結(jié)合。

(3)路基填料應(yīng)符合現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，宜采用與既有路基填料性質(zhì)相近或更利于拼接的材料。

(4)路床拼接部位應(yīng)增強(qiáng)補(bǔ)壓，保證拼接密實(shí)。

(5)拼接部分路基與既有路基宜采用開挖臺(tái)階拼接，臺(tái)階寬度不宜小于1m；開挖一般采用直接開挖方式，由下至上，開挖與拼接填筑交替進(jìn)行。

(6)高路堤與陡坡路堤拼寬，宜采取優(yōu)質(zhì)填料、土工合成材料加筋、提高壓實(shí)度要求等措施減小差異沉降。

(7)軟土路基拼接，應(yīng)在對(duì)既有公路沉降與穩(wěn)定狀況充分調(diào)查和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)沉降協(xié)調(diào)并滿足穩(wěn)定性的原則進(jìn)行拼寬路段軟基處理設(shè)計(jì)。對(duì)于兩側(cè)拼寬，當(dāng)?shù)刭|(zhì)變化大時(shí)宜分幅進(jìn)行軟基處理設(shè)計(jì)。

2.4 改擴(kuò)建路面設(shè)計(jì)

(1)應(yīng)根據(jù)既有路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有路面技術(shù)狀況滿足改擴(kuò)建設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和使用要求時(shí)，可直接利用。

(2)改擴(kuò)建路面加強(qiáng)對(duì)既有路面材料的循環(huán)利用，銑刨、挖除的路面材料應(yīng)進(jìn)行再生或再利用。

(3)對(duì)于既有瀝青混凝土路面，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果，路面技術(shù)狀況不能滿足改擴(kuò)建后的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和使用要求、但路表彎沉值小于0.50mm或破損率小于10%時(shí)，可直接加鋪；否則，應(yīng)根據(jù)破損情況對(duì)面層或基層進(jìn)行病害處治后，再進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

(4)路面拼接設(shè)計(jì)時(shí)，基層拼接縫宜避開輪跡帶；瀝青混凝土路面拼接應(yīng)采用臺(tái)階搭接方式。

3 工程實(shí)例

某高速公路，現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為120km/h，到目前為止已建成通車14余年。該高速公路自建成通車以來，交通量增長(zhǎng)較快、且以重載貨車為主，路面普遍出現(xiàn)不同程度破損。根據(jù)本項(xiàng)目功能，結(jié)合交通量預(yù)測(cè)，按照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，本項(xiàng)目需加寬至八車道，路基寬42m，設(shè)計(jì)速度維持120km/h。

3.1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置

改擴(kuò)建后的路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置情況見表1。

表1 路基標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度布置表

注：硬路肩包含的右側(cè)路緣帶(0.5m)未計(jì)入該表;

★-新建加寬部分;

▲-利用舊路改造部分

3.2 路基設(shè)計(jì)

3.2.1路基填前處理

加寬部分路基基底在施工前應(yīng)先清理原地面表土30cm，對(duì)于低洼位置采用碎石填平，然后進(jìn)行填前碾壓，待基底達(dá)到壓實(shí)度要求(大于等于90%)后，采用25kJ沖擊碾進(jìn)行沖擊碾壓20遍，最后填筑路基。清表土應(yīng)集中堆放，待路基施工完成后用作綠化或復(fù)墾用土。

3.2.2新舊路基拼接設(shè)計(jì)

(1)加寬路基施工前應(yīng)先清除既有道路填方邊坡法向30cm厚表層土，清表土集中堆放，待路基施工完成后用作綠化或復(fù)墾用土。

(2)為保證新舊路基的良好銜接，使其形成整體、減小新舊路基的不均勻沉降，利用舊路加寬的路基采用臺(tái)階式開挖舊路邊坡和路面結(jié)構(gòu)。對(duì)于利用舊路路面補(bǔ)強(qiáng)路段，先挖除舊路硬路肩部分路面結(jié)構(gòu)及土路肩；舊路全部挖除新建路段，先挖除全部舊路路面結(jié)構(gòu)及土路肩，然后超挖舊路路床0～120cm深度范圍內(nèi)的路床填料，超挖部分應(yīng)與新建加寬部分路基一同填筑，整體碾壓；然后再將原有路堤邊坡由下至上開挖臺(tái)階，開挖完一級(jí)及時(shí)回填一級(jí)，填筑完成后再進(jìn)行下一級(jí)臺(tái)階開挖，開挖及填筑順序詳見圖1。除挖方和低填路段外，其余填方路段在新舊路基拼接處舊路的上、下路床底面各鋪設(shè)一層土工格柵；對(duì)于舊路路床強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求、無需開挖的路段，僅在路床頂面鋪設(shè)一層土工格柵即可。

(3)加寬路基應(yīng)分層填筑，碾壓密實(shí)。在滿足正常壓實(shí)度規(guī)定前提下，對(duì)基底和上下路堤頂面再使用25kJ沖擊碾碾壓20遍。路堤每填高1.5m，再?zèng)_擊碾壓20遍。

(4)對(duì)于軟土區(qū)拼寬路基，沉降控制應(yīng)滿足以下要求：

①拼接部分路基工后沉降，應(yīng)滿足橋頭處不大于5cm、通道及涵洞處不大于10cm、其它一般路段不大于15cm。

②差異沉降控制，應(yīng)滿足拼寬路基的路拱橫坡度增大值不大于0.5%、相鄰路段差異沉降引起的縱坡變化不大于0.4%的要求。

3.3 路面設(shè)計(jì)

3.3.1設(shè)計(jì)指標(biāo)

本項(xiàng)目主線按八車道設(shè)計(jì)，路面設(shè)計(jì)使用年限為15年，分車道設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)一、二車道以小型車輛為主、考慮部分重型車輛，外側(cè)三、四車道加寬新建以重型車輛為主，路表設(shè)計(jì)彎沉0.187mm；瀝青路面路床頂面回彈模量設(shè)計(jì)值不小于50MPa。

3.3.2路面結(jié)構(gòu)

3.3.2.1主線舊路補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

(1)當(dāng)路面代表彎沉值L0≤0.29mm時(shí)：在對(duì)原瀝青路面病害處理后，加鋪4cm改性瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13)+7cm中粒式改性瀝青混凝土(AC-20)。

(2)當(dāng)路面代表彎沉值0.29mm

①當(dāng)路面破損狀況評(píng)定為中級(jí)及中級(jí)以上時(shí)，在對(duì)原瀝青路面病害處理后，加鋪4cm改性瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13)+7cm中粒式改性瀝青混凝土(AC-20)+12cm瀝青穩(wěn)定碎石混合料(ATB-25)。

②當(dāng)路面破損狀況評(píng)定為次級(jí)及差級(jí)時(shí)，先銑刨原瀝青路面，在對(duì)原路面基層病害處理后，加鋪4cm改性瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13)+7cm中粒式改性瀝青混凝土(AC-20)+20cm廠拌冷再生泡沫瀝青混合料。

(2)當(dāng)路面代表彎沉值0.50mm

①當(dāng)路面破損狀況評(píng)定為次級(jí)及差級(jí)時(shí)，先銑刨原瀝青路面，在對(duì)原路面基層病害處理后，加鋪20cm水穩(wěn)碎石基層，之后加鋪4cm改性瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13)+7cm中粒式改性瀝青混凝土(AC-20)+18cm廠拌冷再生泡沫瀝青混合料。

②當(dāng)路面破損狀況評(píng)定為中級(jí)及中級(jí)以上時(shí)，在對(duì)原瀝青路面病害處理后,銑刨原瀝青路面，在對(duì)原路面基層病害處理后，加鋪4cm改性瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13)+7cm中粒式改性瀝青混凝土(AC-20)+12cm瀝青穩(wěn)定碎石混合料(ATB-25)+20cm水穩(wěn)碎石基層。

3.3.2.2舊路兩側(cè)加寬新建、原路挖出新建路面結(jié)構(gòu)

上面層采用4cm改性瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA-13)，下面層采用7cm中粒式改性瀝青混凝土(AC-20)，其下設(shè)置12cm瀝青穩(wěn)定碎石混合料(ATB-25)，38cm水泥穩(wěn)定碎石基層，底基層下鋪設(shè)20cm砂礫墊層。

4 結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的路基路面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探討，并提出了具體的方案及措施，對(duì)今后其他高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。