榮烏高速公路新線品質工程、智慧公路設計理念

趙偉娟

(河北省交通規劃設計研究院有限公司 石家莊市 050011)

0 引言

2018年4月，中共中央、國務院批復《河北雄安新區規劃綱要》[1]，綱要中要求構建“四縱三橫”區域高速公路網，榮烏高速公路新線屬于“四縱三橫”的三橫之一。

2018年12月，省委、省政府聯合印發《河北雄安新區總體規劃》[2]，《總體規劃》提出：榮烏高速新線起自京滬高速與現狀榮烏高速交叉點，向西與淶淶高速相接，是新區北部重要過境通道和聯系天津的主要通道。榮烏高速公路新線為河北省一條聯系津冀的高速通道，對于完善國家和區域高速公路網，改善區域交通條件，疏解雄安新區過境交通壓力，促進雄安新區建設和京津冀區域協同發展等具有重要意義。

1 總體目標

項目以科技創新為引領，致力于打造“便捷舒適高效暢行樣板路、安全耐久品質示范樣板路、綠色生態資源節約樣板路、智能運維車路協同樣板路、路域經濟協同發展樣板路”[3]。

2 工程概況

榮烏高速公路新線京臺高速至京港澳高速段路線總體東西走向，途徑廊坊市永清縣、霸州市、固安縣，保定市高碑店市、白溝新城、定興縣，路線全長72.814km。

2.1 主要技術標準

主線采用雙向八車道高速公路標準，設計速度為120km/h，整體式路基寬度為42m。

2.2 建設規模

項目路線全長72.814km，設置特大橋27175.5m/9座，大橋4822m/11座，中橋677m/11座，小橋12m/2座，涵洞15道，互通式立交11座(其中樞紐互通5座)，分離式立交10座，天橋7座，通道47道，服務區3處，停車區1處，養護中心1處，監控通信分中心1處，橋梁占比約45%。

3 總體及路線設計

3.1 總體設計思路

項目設計中遵循雄安新區“世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位”要求；貫徹“技術先進、安全可靠、適用耐久、經濟合理”的基本原則，打造“以資源節約、生態環保、節能高效、服務提升”為主要特征的綠色公路[4]，將本項目打造成便捷、安全、綠色、智能的京南雄北貨運主通道。

3.2 統籌集約節約，降低路基高度

(1)項目地處華北平原，沿線地勢平坦、村莊密集，公路、鐵路、水利設施等分布較多，且土地資源寶貴，自然、人文資源豐富。為最大限度節約土方及占地，設計中開展低路基專項設計，最大限度降低路基高度。

(2)全線路基段長約40km，平均填土高度3.16m；平均填土高度小于2m路段長20.5km，占全線路基段總長的比例為53%。

4 路基與路面工程

4.1 下穿城際及高鐵，設置U槽確保運營安全

項目分別下穿京雄城際鐵路和京石高鐵，為確保運營期鐵路安全，采用U槽分幅下穿，其中下穿京雄城際處，最低處較原地面下挖約1m，設置U型槽長度120m；下穿京石高鐵處，最低處較原地面下挖約1.4m，設置U型槽長度70m。兩處下穿高鐵路段，均設置蓄水池、泵站和蒸發池?，F場照片見圖1。

圖1 下穿城際及高鐵U槽現場照片

4.2 建設精品工程，采用永久路面

依據項目功能定位、使用要求，重點設計提高路面的耐久性，延長路面的使用壽命，實現減少維修頻次，提高通行能力，降低全壽命周期成本。以修建永久性路面為設計目標，15年不用小修，20年不用大修，其它結構層使用40年以上。

本項目為全國首次在瀝青各結構層采用大摻量橡膠粉改性瀝青，三層瀝青混凝土中膠粉含量分別達到30%、40%、50%，具有良好的高、低溫性能，其耐老化、抗疲勞性能突出。同時鋪筑7.86km高模量瀝青混凝土全厚式柔性基層試驗段，為實現永久路面進一步提供技術數據。

5 橋梁工程

5.1 裝配式雙T梁的采用

項目中5座橋梁共計3678m采用裝配式結構，模型圖見圖2，應用預應力預制管樁基礎、預制墩柱、預制蓋梁和雙T梁，橋梁裝配率達到92%，為拓展高速公路建設新工藝、新技術，橋梁裝配化施工提供借鑒。

圖2 裝配式雙T梁模型圖

裝配式雙T梁具有整體剛度大、工后沉降小、現場施工快、經濟性能好等優勢，是河北省高速公路第一次大規模應用全預制裝配式結構。

5.2 多結構型式最長八車道公路橋梁修建

琉璃街-蘭溝洼特大橋，連續跨越清北分洪區、白溝河和蘭溝洼蓄滯洪區，并貫穿泗莊互通式立交和雄安北服務區，橋梁總長度19.218km。本橋涵蓋了預制混凝土小箱梁、支架澆筑預應力連續箱梁、懸臂澆筑預應力連續梁和鋼-混組合梁多種結構型式。該特大橋為目前國內雙向8車道高速公路中最長的橋梁。

5.3 橋梁結構工程美學設計

白溝河特大橋位于雄安北服務區旁，是本項目跨越白溝河的一座重要的特大型橋梁，白溝河河道寬840m，規劃天然三級航道。橋梁創作既著眼于跨越水系，又將橋梁作為河道兩岸綠色生態空間的溝通媒介和融于自然美景的構筑物，強化景觀生態，形成功能齊備、靈動和諧、水路相融的綠色生態走廊。

白溝河特大橋跨河段主橋長900m(跨徑為5×60m+(60+2×90+60)m+5×60m)，橋梁結構采用多孔預應力混凝土變截面連續梁，優美的連續波浪線條，猶如水面上飄舞的錦帶，結合鏤空花瓶式橋墩，與周圍水系、稻田、樹林等融為一體，見圖3。

圖3 白溝河特大橋現場照片

5.4 復合擴盤樁技術應用

復合擴盤樁技術是擠擴支盤樁技術的優化和完善，可有效避免樁基施工工序多，樁盤成形質量不易控制問題。結合了復合地基處理、樁基擴盤和樁身變徑等技術，通過支盤的端承作用提高樁基堅向承載力，實現減小樁長的目的，復合擴盤樁極限承載力是常規樁基的2.5倍。本項目在南大王莊天橋應用了復合擴盤樁技術。

5.5 橋梁結構建養一體化設計理念

設計過程中充分考慮運營養護階段結構(如橋梁踏步、泄水管、鋼橋內外部、支座、伸縮縫等)可檢、可修、可達、可換，檢養通道設置便利(圖4)，對于特殊結構提出了有針對性的養護方法及要求。

圖4 橋梁檢修孔現場照片

5.6 橋梁結構耐久性設計理念

橋梁設置時充分考慮了橋梁結構的耐久性，對橋梁的混凝土、鋼筋、保護層、防腐涂裝等均做了具體要求，避免因混凝土腐蝕而造成橋梁結構性能下降的情況。

北方橋梁受除冰鹽腐蝕問題突出，為了提高除冰鹽環境下混凝土抗腐蝕性能，本項目提出高性能混凝土+長效防腐體系模式，橋梁主要部位混凝土均采用高性能混凝土，防撞護欄內表面、排水側邊梁外側還涂裝了300μm的石墨烯環氧膩子和150μm的石墨烯環氧玻璃鱗片，通過同時加強混凝土內在性能、表面性能和防腐層厚度，提高易腐蝕部位的混凝土耐久性。

6 路線交叉

項目互通形式的選擇，主要考慮保證主交通流方向快捷通暢，合理組織其它方向的交通，提供更安全的行駛條件和更美觀的造型，以及合理利用自然條件和環境條件，盡可能降低工程造價等。

泗莊樞紐型互通采用渦輪型互通方案，現場照片見圖5，布局對稱，空間通透，以“互通融合、同心共贏”為設計理念，匝道通過靈動的布置形成同心圓相互融合，契合中華傳統文化“天圓地方”的理念，寓意“萬眾一心，同心同德”，全力將雄安新區打造成為“未來之城、千秋之城”。

圖5 泗莊樞紐型互通現場照片

7 智能交通

7.1 智慧高速公路全過程管理平臺

綜合應用BIM+GIS、物聯網、云儲備等新一代信息化技術搭建高速公路全過程管理平臺，建設期實現工程管理信息化；運營期統籌高速公路實體與數字資產管理、監測設施運行狀況，跟蹤病害發生發展，預測新能變化，提供資產管理服務，支撐公路養護科學決策，有效降低養護成本。

7.2 全息化數字感知系統

通過自主研發的千米超距毫米波交通雷達和卡口攝像頭數據相融合，實現車輛行駛路徑與車牌關聯，快速提取車輛特征、運行速度和行駛軌跡，為主動控制系統進行交通流狀態分析和控制決策制定提供基礎數據支撐，同時快速識別車輛行駛異常、擁堵等交通事件。榮烏高速公路新線全線布設了89個千米雷達，并局部布設了500m雷達，基本實現了全線覆蓋。

7.3 車道化主動控制系統

依據數字感知系統所獲得的交通流數據，實時評估交通運行態勢，對交通擁堵點進行預判，制定通行策略，并通過智慧門架系統，對不同車道進行速度、開啟/封閉提示，調控不同車道的通行狀態和建議速度，減少因交通事件導致的交通擁堵，提高通行效率。榮烏高速新線2000多個核心控制單元，是世界上管控里程最長、控制單元數量最多、系統耦合性最高、場景策略最為復雜的高速公路主動管控系統。

7.4 一體化車路協同系統

構建多種模式的車路協同系統(圖6)。通過“路+可變信息情報板+動態控制”“路+(RSU+OBU)+動態控制”“智慧路+網聯車”等模式，實現不同階段的信息與人-車-路之間的有效交互。

(1)探索車路協同技術在高速公路的應用場景。在張六莊互通與馬莊互通間布設11km的路側智能單元(RSU)及北斗高精度定位基站，初步搭建車路協同測試環境，為后期全線應用提供技術支撐。

(2)研發并推廣應用車基反饋技術。基于智能網聯汽車，直接提取車輛反饋數據，比如防抱死數據、路面摩阻系數等，輔助道路系統進行協同管理、決策和控制，實現車路協同深層次應用。見圖6。

圖6 一體化車路協同系統圖

7.5 智慧化交通管理系統

以云控技術為基礎開發了云控管理平臺，能夠支持低延時、高可靠、并行海量計算。近期可作為基礎平臺支撐高速公路智慧化管理，遠期為智能網聯車時代做好了水平擴展與能力預留。

同時，面向管理應用，研發坐席終端，強化管理效率，按照智能交通管理方式，有效提升交通管控效率及精準性。

7.6 精細化交通服務系統

(1)車道級駕駛智慧引導系統。在現有手機導航APP的基礎上，將感知數據、控制策略與第三方導航地圖浮動車數據相融合，向APP推送車道引導、車道限速、貨運限行、事故事件、碰撞預警、氣象信息給駕駛人員，有效提升道路車輛通行效率與廣大司乘人員的高速駕駛體驗。

(2)逐步推進準全天候通行。在技術上，針對不同的交通量、氣象、路況條件，基于感知+主動控制+綜合誘導+信息服務等技術生成不同的控制策略，支撐實現準全天候通行。在政策保障上，針對不同等級事件下的控制策略，構建交通、公安、氣象協調一致的工作機制，實現從識別互認到等級互認再到流程互認的全域路警融合，開展高效聯合執法。

8 結束語

新基建是我國經濟發展的新引擎，智慧高速公路是未來高速發展的主旋律，智慧高速公路建設符合交通強國等國家戰略，也是當前的建設熱點。以榮烏高速公路新線設計實踐為例，將品質工程、智慧高速理念融入到高速公路設計工作中，理論與實際工作相結合，為高速公路品質工程、智慧高速建設提供了現實依據，希望能為其他平原區公路項目建設提供參考。