高速公路改擴(kuò)建工程的舊瀝青路面綜合利用方案研究

寇冠宇

(華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 引 言

截止2021年底，我國(guó)高速公路通車(chē)?yán)锍桃呀?jīng)達(dá)到16.91萬(wàn)km，位居世界首位[1]。與此同時(shí)，早期修建的一些代表性高速公路由于通行能力下降，陸續(xù)開(kāi)展了改擴(kuò)建工作，如沈大高速公路、滬寧高速公路、佛開(kāi)高速公路、京石高速公路[2]、濟(jì)青高速公路[3]、柳南高速公路等，由原路面的雙向四車(chē)道拓寬為雙向八車(chē)道，道路的服務(wù)年限和使用壽命得到了很大程度的改善，取得了良好的社會(huì)效益[4]。

在改擴(kuò)建工程中，舊路面的綜合利用十分關(guān)鍵，如何根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇合理的舊路利用方案，是每一位設(shè)計(jì)人員必須要面對(duì)的一大難題[5]。特別是，舊路面在改擴(kuò)建后的車(chē)道分配、新舊路面拼寬方式等[6-7]，都制約著整個(gè)設(shè)計(jì)方案的編制。為了制定合理的高速公路改擴(kuò)建工程的舊瀝青路面綜合利用方案，依托滬陜高速公路的改擴(kuò)建工程，從分車(chē)道設(shè)計(jì)、混合交通設(shè)計(jì)、路基拼寬方式等角度，探討不同因素下舊路的利用情況，以獲得適合該公路的舊瀝青路面綜合利用方案。

2 不同設(shè)計(jì)方案對(duì)舊路綜合利用的影響

該高速公路改擴(kuò)建之后由原雙向四車(chē)道拓寬為雙向八車(chē)道，行車(chē)斷面會(huì)發(fā)生較大變化，如何進(jìn)行舊路的綜合利用，需要結(jié)合建成后的車(chē)道分配設(shè)計(jì)方案來(lái)擬定。

2.1 分車(chē)道設(shè)計(jì)方案的影響

通過(guò)資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高速公路四改八之后國(guó)內(nèi)外常用的車(chē)道分配方案主要有4種，見(jiàn)圖1，各個(gè)方案的基本特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)敘述如下。

車(chē)道分配方案1：主要以首都機(jī)場(chǎng)路、廣佛高速公路為代表，該方案左起第1條車(chē)道為超車(chē)道，其他3個(gè)車(chē)道均為行車(chē)道。該方案中，大型車(chē)由于行駛速度繳納，要靠右行駛，一般車(chē)輛則在左側(cè)3個(gè)車(chē)道內(nèi)任意選擇車(chē)道行駛。這一方式在實(shí)際應(yīng)用期間的優(yōu)點(diǎn)：能夠高效利用車(chē)道，駕駛員在駕駛車(chē)輛時(shí)具有較高自由度，符合多車(chē)道特點(diǎn)，方便車(chē)輛通行，為人們提供了一個(gè)良好交通環(huán)境。缺點(diǎn)：如果車(chē)道內(nèi)大型車(chē)混入率較高，容易導(dǎo)致交通出現(xiàn)堵塞，車(chē)輛無(wú)法順利通行，而在交通量較大時(shí)，交通堵塞現(xiàn)象無(wú)法快速解決。此外，車(chē)輛互通，車(chē)輛變道現(xiàn)象將會(huì)增多，行駛車(chē)輛之間會(huì)相互發(fā)生嚴(yán)重干擾，需要提前預(yù)告出口。

車(chē)道分配方案2：由左側(cè)向右側(cè)的車(chē)道分布以此為小型超車(chē)、小型車(chē)行、大型車(chē)超車(chē)、大型車(chē)行車(chē)車(chē)道。對(duì)于車(chē)道上行駛的小車(chē)、大車(chē)，在具體區(qū)分時(shí)主要依據(jù)車(chē)輛行駛速度和大小，以此在不同車(chē)道上完成對(duì)車(chē)輛行駛最小速度和最短速度的設(shè)置，對(duì)車(chē)輛行駛速度進(jìn)行約束，避免由于車(chē)輛行駛速度過(guò)快而引發(fā)交通事故，或者車(chē)輛行駛速度夠慢，而造成交通擁堵等各種不良現(xiàn)象。方案優(yōu)點(diǎn)：避免大型車(chē)混入到交通流中，對(duì)交通環(huán)境造成不良影響，在交通量較大情況下，能夠形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定車(chē)輛，保證車(chē)輛順利行駛。缺點(diǎn)：對(duì)整個(gè)車(chē)道的具體分布情況，大型車(chē)道布置在右側(cè)，小型車(chē)道布置在左側(cè)，這一布置情況會(huì)導(dǎo)致右側(cè)行駛的車(chē)輛會(huì)出現(xiàn)超過(guò)左側(cè)車(chē)道行駛速度情況，這將會(huì)使駕駛員在駕駛車(chē)輛時(shí)出現(xiàn)不適。同時(shí)，通過(guò)對(duì)車(chē)道的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，因?yàn)樾≤?chē)道右側(cè)相對(duì)較為空線，部分駕駛員在駕駛車(chē)輛時(shí)，可能會(huì)右側(cè)超車(chē)，這不僅會(huì)出現(xiàn)違章現(xiàn)象，而且會(huì)提高交通事故發(fā)生幾率。

車(chē)道分配方案3：在進(jìn)行車(chē)道布置時(shí)，為了使上述兩種方案存在的不足都能夠得到解決，要依據(jù)交通量的具體分布情況，提出了外側(cè)貨運(yùn)車(chē)道、內(nèi)側(cè)客運(yùn)車(chē)道的布置方式，采取這一方式能夠使內(nèi)外車(chē)道交通量不平衡現(xiàn)象得到解決，但是貨車(chē)道與客車(chē)到交通密度情況會(huì)存在一定差別。

車(chē)道分配方案4：從車(chē)道的最左側(cè)入手進(jìn)行分析，第1車(chē)道、第2車(chē)道是前方較遠(yuǎn)的直達(dá)車(chē)道，而第3車(chē)道、第4車(chē)道為前方下一個(gè)出口方向車(chē)道。方案優(yōu)點(diǎn)：駛出高速公路時(shí)，駕駛員不需要多次變換車(chē)道，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)較為容易。缺點(diǎn)：交通量會(huì)出現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象，交通量分布會(huì)致使最左側(cè)兩個(gè)車(chē)道處于飽和狀態(tài)，而右側(cè)車(chē)道上的車(chē)輛則較少，這對(duì)于車(chē)道的利用率來(lái)說(shuō)十分不合理，同時(shí)，混入大量大型車(chē)，則會(huì)導(dǎo)致車(chē)道發(fā)生堵塞現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)交通通行情況造成不良影響，導(dǎo)致交通發(fā)生堵塞問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)上述4種方案的特點(diǎn)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)適合采用方案一，但是這一方案存在的問(wèn)題也需要引起相關(guān)工作人員的重視，避免混入大量大型車(chē)，干擾小客車(chē)通行。針對(duì)這一情況，可以將讓大型車(chē)在右側(cè)兩個(gè)車(chē)道行駛，而小客車(chē)可以在4條車(chē)道上靈活行駛，確保車(chē)道交通量能夠保持平衡，避免出現(xiàn)車(chē)輛駛出出口處時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

現(xiàn)階段小客車(chē)、小貨車(chē)、中貨是交通的主要構(gòu)成車(chē)型，達(dá)到了約70%，這對(duì)這一類(lèi)型車(chē)輛，可以不限制車(chē)道，而對(duì)于拖掛、大貨等類(lèi)型的車(chē)輛，要對(duì)其行駛車(chē)道進(jìn)行限制，讓其在右側(cè)兩個(gè)車(chē)道行駛。

圖1 國(guó)內(nèi)外改擴(kuò)建工程中常用車(chē)道分配方案

2.2 分車(chē)道設(shè)計(jì)方案與混合交通方案的影響

在問(wèn)題探討期間，為了明確分車(chē)道設(shè)計(jì)情況與混合交通對(duì)于拼接新建和舊路補(bǔ)強(qiáng)情況造成的具體影響，借鑒京港澳高速石安段的研究方法，就兩種不同交通組織方式下累計(jì)當(dāng)量軸次和設(shè)計(jì)彎沉值進(jìn)行對(duì)比分析。

從歷史交通量資料調(diào)查結(jié)果來(lái)看，預(yù)測(cè)基年的客車(chē)比例高于貨車(chē)，達(dá)到了60%以上，其中小客車(chē)占全部客車(chē)的90%以上，且有逐年上升的趨勢(shì)；貨車(chē)比例為40%左右，其中特大貨車(chē)、大貨車(chē)和集裝箱等重型車(chē)輛占全部貨車(chē)的55%以上，且呈逐年上升趨勢(shì)。沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，客運(yùn)量不斷增多，這也使沿線行駛大客車(chē)、小客車(chē)在車(chē)輛中的比例不斷升高。對(duì)小貨車(chē)和大貨車(chē)的運(yùn)輸效率進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，后者效率要遠(yuǎn)高于前者，因此，集裝箱、大貨車(chē)等運(yùn)輸效率高的車(chē)輛比例會(huì)不斷升高，相反中小型貨車(chē)在車(chē)輛中的比例則會(huì)不斷下降。在實(shí)際問(wèn)題分析期間，要依據(jù)項(xiàng)目影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及未來(lái)一段時(shí)間的具體發(fā)展規(guī)劃，依據(jù)現(xiàn)狀運(yùn)輸通道內(nèi)車(chē)型具體比例情況進(jìn)行探討，該高速公路遠(yuǎn)景交通組成中，小客車(chē)所占比例將達(dá)到57%左右，大貨集裝箱等所占比例將達(dá)到17%左右。考慮到重車(chē)在實(shí)際行駛期間需要在右側(cè)車(chē)道，車(chē)道分布系數(shù)取值偏規(guī)范大值，交通量分配和車(chē)道系數(shù)的實(shí)際取值內(nèi)容。

(1)雙向8車(chē)道設(shè)計(jì)：?jiǎn)畏访孀灾醒敕指魩蛲獾?、第2車(chē)道按行駛客車(chē)和中小型貨車(chē)、混入10%大貨以上車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)時(shí)，為了確保整體設(shè)計(jì)合理性，車(chē)道分布系數(shù)取η=0.4，為舊路面改建利用車(chē)道；第3、第4車(chē)道和硬路肩按行駛大型貨車(chē)進(jìn)行設(shè)計(jì)(分配90%的大貨、集裝箱、拖掛車(chē)等)，車(chē)道分布系數(shù)取η=0.4，全部新建路面。

(2)雙向8車(chē)道混行交通設(shè)計(jì)：?jiǎn)畏访孀灾醒敕指魩蛲獾?至第4車(chē)道車(chē)輛混合通行、不分車(chē)道，客車(chē)及貨車(chē)可在4條車(chē)道內(nèi)自主選擇行駛車(chē)道。

分車(chē)道設(shè)計(jì)與混合交通設(shè)計(jì)的累計(jì)當(dāng)量軸次及設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1所示。通過(guò)對(duì)表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫M(jìn)行了分車(chē)道設(shè)計(jì)，減少了內(nèi)側(cè)第1、2條車(chē)道累計(jì)當(dāng)量軸次，加大了設(shè)計(jì)彎沉值、混合交通條件增加量約為35%。因?yàn)檫M(jìn)行了分道設(shè)計(jì)，致使外側(cè)第3、4條車(chē)道在投入應(yīng)用后，承擔(dān)了混合交通中大量重車(chē)，重車(chē)在行駛期間會(huì)對(duì)道路造成嚴(yán)重破壞，為了使這一問(wèn)題能夠得到緩解，大型車(chē)車(chē)道設(shè)計(jì)彎沉值與混合交通時(shí)相比也勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)一定程度減小，但是這一減小程度有限，數(shù)值不大。通過(guò)上述分析不難得出，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，采取分車(chē)道，能夠大幅度減少小型車(chē)道，這能夠?yàn)榕f路提高更加廣泛應(yīng)用余地，而通過(guò)對(duì)分車(chē)道設(shè)計(jì)，對(duì)比分析大型車(chē)道與混合交通條件，前者不會(huì)顯著增加路面結(jié)構(gòu)厚度，能夠改善道路狀況，為人們提供一個(gè)良好交通環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

表1 分車(chē)道設(shè)計(jì)方案與混合交通方案的參數(shù)對(duì)比

2.3 新舊路基拼寬方式的影響

不同拼寬方式，新舊路面特點(diǎn)也會(huì)存在一定差異，具體如下。

(1)兩側(cè)加寬段

采取該方式建設(shè)道路，通車(chē)后兩側(cè)都有拼接縫，挖除舊路硬路肩后，外側(cè)新建第3、4車(chē)道。

在進(jìn)行道路兩側(cè)加寬處理時(shí)，不受兩側(cè)建筑約束，從兩側(cè)入手，拼接原公路，這是高速公路加寬時(shí)采用第一項(xiàng)措施，這一方式在具體應(yīng)用時(shí)的優(yōu)點(diǎn)：公路原幾何形式線性不會(huì)發(fā)生改變，可以將原中線作為經(jīng)過(guò)加寬處理后的中心線；可以充分利用中央分隔帶內(nèi)設(shè)置的通信管道、內(nèi)部排水、防撞護(hù)欄等；互通匝道線形不需要進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，適當(dāng)調(diào)整后可以繼續(xù)應(yīng)用；部分上跨橋梁凈空的整體影響相對(duì)較小，施工作業(yè)開(kāi)展起來(lái)較為容易，主線橋拼接容易進(jìn)行。缺點(diǎn)：路基兩側(cè)原本的排水溝、防護(hù)、防撞護(hù)欄等各項(xiàng)設(shè)置都必須要拆除，重新建設(shè)；施工期間具有大量臨時(shí)工程，會(huì)占用大量土地，施工中涉及的預(yù)制場(chǎng)地、便道等都要沿著公路兩側(cè)進(jìn)行統(tǒng)一布置；開(kāi)展施工會(huì)對(duì)公路交通造成嚴(yán)重影響；開(kāi)展施工涉及拆遷量較大，需要大量經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。

對(duì)于兩側(cè)分離式加寬段，一般情況下改擴(kuò)建后不存在拼接縫，第1、2車(chē)道為舊路路面加鋪改造后利用車(chē)道，第3、4車(chē)道為新建路面結(jié)構(gòu)。但有時(shí)半幅路面也會(huì)出現(xiàn)2+1+2的情況，即在加寬段為了保證行車(chē)安全會(huì)出現(xiàn)靠近中央分隔帶為3條車(chē)道(2+1)、分離式加寬段為2條車(chē)道的情況。

(2)單側(cè)加寬段

采取該方式進(jìn)行改擴(kuò)建處理后，舊路一側(cè)的4條車(chē)道均為舊路路面改造，靠近中央分隔帶的第1、2車(chē)道對(duì)應(yīng)舊路某半幅的行車(chē)道和超車(chē)道，遠(yuǎn)離中央分隔帶的第3、4車(chē)道對(duì)應(yīng)舊路另外半幅的行車(chē)道和超車(chē)道。根據(jù)分車(chē)道設(shè)計(jì)的原則，第3、4條車(chē)道主要通行貨車(chē)，由于其他擴(kuò)建方式中這兩條車(chē)道為新建路面結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)層厚度和材料類(lèi)型很容易滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算要求，但在單側(cè)加寬擴(kuò)建方式中這兩條車(chē)道為舊路路面改造，需要對(duì)其進(jìn)行充分論證后確定相應(yīng)的改造方案。

單側(cè)加寬方式是針對(duì)原有公路一側(cè)進(jìn)行公路拼接，而另一側(cè)則受建筑物約束。這一加快方式在應(yīng)用時(shí)的優(yōu)點(diǎn)：可以全面利用現(xiàn)有地形，減少施工時(shí)的拆遷量；不進(jìn)行加寬一側(cè)的排水溝、防護(hù)、防撞護(hù)欄等結(jié)構(gòu)，在施工開(kāi)展時(shí)，不需要拆除，可以保留；具體施工作業(yè)開(kāi)展不會(huì)對(duì)交通環(huán)境造成影響，原公路可以投入應(yīng)用，保證車(chē)輛順利通過(guò)；新舊路基之間不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重沉降現(xiàn)象，整體結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理便可以繼續(xù)應(yīng)用；施工開(kāi)展不會(huì)存在大量臨時(shí)工程，占地面積小，減少拆遷量。缺點(diǎn)：路基中心線由于施工原因會(huì)發(fā)生一定程度偏移，因此，平面線必須重新進(jìn)行擬合；將原中央分隔帶作為行車(chē)道，而對(duì)于原本設(shè)置在內(nèi)部的通信管道、排水管道、防撞護(hù)欄等各項(xiàng)結(jié)構(gòu)都必需將其拆除，而進(jìn)行新中央分隔帶建設(shè)，要重新建設(shè)這些措施，增加了施工量；無(wú)法合理組合新老路幅橫斷面，路拱會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，而且路面排水情況十分復(fù)雜；上跨橋梁因主線平面線位會(huì)朝向一側(cè)發(fā)生顯著偏移，這將會(huì)致使橋梁凈空不足，無(wú)法滿足應(yīng)用需求，必要將其須拆除，重新建設(shè)。原主線橋梁分兩幅設(shè)置，施工困難，影響舊路交通。

根據(jù)滬陜高速公路的實(shí)際情況，路基拼寬推薦的主要方案是以?xún)蓚?cè)拼寬方式進(jìn)行擴(kuò)建。

3 舊瀝青路面綜合利用方案

通過(guò)前述分析可知，根據(jù)研究的某高速公路的實(shí)際情況，采取分車(chē)道設(shè)計(jì)方案能夠充分利用舊路路面，比混合交通組織更加合理，故本研究建議該高速公路改擴(kuò)建工程車(chē)道設(shè)計(jì)采取分車(chē)道設(shè)計(jì)的理念，路基拼寬推薦以?xún)蓚?cè)拼寬為主。即：加寬后的8車(chē)道采取分車(chē)道設(shè)計(jì)理念，由中央分隔帶向外第1、第2車(chē)道為舊路面改建車(chē)道，依據(jù)客車(chē)和中小型貨車(chē)、混入10%大貨以上車(chē)輛進(jìn)行設(shè)計(jì)，車(chē)道分布系數(shù)取0.4。新建第3、第4車(chē)道新建路面和硬路肩，依據(jù)駛大型貨車(chē)設(shè)計(jì)(分配90%的大貨、集裝箱、拖掛車(chē)等)，車(chē)道分布系數(shù)取0.4。