山岭区高速公路改扩建设计要点

2014-01-12赵景彭

山西交通科技 2014年4期

赵景彭

（山西省交通物资供应总公司，山西太原 030006）

山西省部分早期建设的高速公路至今已运营10多年，随着山西省经济的高速发展，很多地区的高速公路车流量增长远远超出了预测结果，并在今后一段时期内仍将保持较高的增长速度，导致服务水平逐年降低，个别路段拥堵严重，事故频发，需要及时进行改扩建。

长邯高速山西段地处黄土高原，沟壑发育，隧道和桥涵在整个线路中占有很大比例，高速公路的改扩建路线指标要求高，填挖大、构造物多且路侧的用地条件差，很难采纳和运用平原地区一般高速公路改扩建设计的经验，因此本文针对长邯高速公路山西段的特点及特殊环境，提出山区改扩建高速公路的主要问题及设计的控制要点。

1 长邯高速公路改扩建存在的主要问题

1.1 改扩建的总体建设条件复杂

长邯高速公路山西段，途经太行山区，现有多处平面、纵面指标仅满足现行80 km/h设计车速、四车道高速公路极限指标的要求，2002年贯通至今已运营10余年，基础设施老化，病害多发。与此同时，河北段全程双向六车道与山西段双向四车道的不均衡布局，造成了山西段运营压力较大。改建设计中存在80 km/h、100 km/h 两种设计速度，32 m、39.5 m、33.5 m三种路基宽度；存在双侧拼宽、分离新建、完全利用等多种改扩建方式，又有高边坡、桥梁、隧道等多种形式，改扩建难度大。

长邯高速山西段起点至西贾段40.1 km，设计速度80 km/h，其中东阳关至黎城北6.150 km改扩建为双向六车道，路基宽度32.0 m；黎城北至黎城西9.600 km改扩建为双向八车道，路基宽度39.5 m；其余路段24.35 km利用现有高速公路作为一幅，新建一幅路基宽度采用16.0 m。西贾至终点段13.426 km改扩建为双向六车道，设计速度采用100 km/h，路基宽度33.5 m。

1.2 原有道路交通流量大施工保通困难

长邯高速是晋煤外运的主要通道之一，自2002年建成通车以来，交通量增长迅猛，2007年交通量达22 041辆小客车/日（2012年达到58 167辆/日），全线长约53.5 km，分离新建左幅三车道26.2 km，原有路基两侧加宽两侧拓宽改造27.4 km，利用右幅24.4 km。路基及桥梁下部施工期，道路限制速度为60 km/h。服务水平降至三级，施工期间的道路通行能力10 943辆/日，桥梁上部施工及路面施工期，道路限制速度为40 km/h。服务水平降至三级，施工期间的道路通行能力为6 509辆/日，显然施工期间的通行能力远远小于实际需求，加之长邯高速公路地形横坡陡，路线走廊带狭窄，发生拥堵后交通疏散较难。

1.3 原有桥隧所处地质条件差改造施工风险大

长邯高速走廊地形河流沟谷发育，桥隧构造物较多。桥梁两侧拼接加宽方案，两者的纵、横向搭接是工程技术难题。长邯高速改建需接长施做97道涵洞，新老涵洞交接处，很容易发生不均匀沉降，拼接处开裂导致渗漏水，加之部分地区涵洞下覆黄土，渗水后又加重了不均匀沉降，甚而导致路面纵向裂缝。

高速隧址区黄土覆盖较厚，原有隧道穿越黄土地质，采用隧道加宽方案施工风险太大，改造采用新建隧道，新建几处隧道处于黄土与灰岩区，存在土石分界及基岩的全—强风化层隧道施工容易发生掌子面塌方与涌水的可能；新建隧道下穿既有道路，隧道施工容易导致既有道路开裂和损坏；部分新建隧道埋深较浅，地质条件复杂，隧道开挖度大，大部分隧道洞口均存在黄土，施工时极易由于排水与偏压问题而导致洞口段坍塌。

1.4 改造拆迁工程量大环境保护差

长邯高速公路拓宽扩建时，采用两侧加宽原有路基于构筑物，拆除工程量大，拆下的沥青、钢铁、石块材料再生或循环利用成本高，一般均作废弃物处理。长邯高速存在较多挖方地区，本身黄土边坡较高，拓宽产生的边坡更高，故挖方产生弃渣基本均废弃，导致水土流失大，污染多，此外长邯高速通过浊漳河、西流地下水源准保护区，大量的拆除工程和水土流失不利于水源保护，环境保护差，不利于国土的均衡开发和沿线地方经济的发展。

2 改扩建设计要点

对原有长邯高速公路山西段进行改扩建，则面对新老路结合利用、施工期间交通组织、区域环境保护等诸多不利条件，故而提出针对路线、路基、路面、排水、桥隧、交通组织等设计要点。

2.1 路线

路线平面设计应充分利用老路段，尽量在原路布设线位；对于原路绕行距离较长、设计标准低、与区域发展规划冲突较大时，采用新建左右幅，应结合地形、地质、地物条件和大桥、互通、隧道的较佳位置进行路线设计。

全线区分两种旧路利用情况，即局部长大纵坡段，利用旧路为右幅段共长24.35 km；旧路两侧加宽段共长29.176 km（贯通），路线均沿旧路中心布设。为拟合旧路，对全线利用旧路段，都进行了点位实测和平面拟合分析，按平面拟合精度±10 cm控制，拟合线位与分中点位偏差绝对值在0.1 m以内的点位数占94.79%，施工图路线平面设计线位与旧路中心线拟合良好、可行。路线的纵面设计应考虑与桥梁、路线交叉、路面设计、湿陷性黄土处理、沿线隧道管理站与服务设施改造方案等，保证工程方案高程协调性，湿陷性黄土路段要尽可能维持现有路基高程，避免产生新的不均匀沉降。

2.2 路基、路面

根据新建路的平面位置，调查原有路基的修建历史、老路基的状况（填挖方边坡坡率、设置挡墙的情况、路基填料组成、密实度、含水量等）、路面的使用情况，并应进行路面强度及路面使用状况的检测和评价。

2.2.1 新旧路基拼接的主要设计理念

a）填筑加宽前原路边坡挖除松土和基底耕植土各30 cm，后按1∶1.25坡率削坡。b）加宽部分进行基底处理。c）原路基边坡自下而上挖台阶与填筑同步。要求路床压实度不小于96%，上路堤95%，下路堤94%。d）填土高度大于8 m路段分别按施工长度采用冲击碾压或满夯补强。e）路堤高4～8 m路段路床内设1层土工格栅，填高大于8 m时路床内设2层土工格栅。f）原路肩挡墙路段，填至路床底面时拆除挡墙上部至路床底面。路堤挡墙路段，填至路堤墙顶时对墙顶原边坡削坡、开挖台阶。路肩、路堤墙顶铺设1层土工格室。老挡墙段路堤填料采用石渣或4%石灰土填筑。老路肩挡墙段拼接路基坡脚设置矮墙。g）分离新建与旧路合并段原路边坡进行拆除防护、排水工程和清坡、挖台阶等处理。

2.2.2 路面设计理念

据《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50—2006）要求，应根据路面破损情况调查和强度测试情况，分别选择路面外观及强度好、中、差的典型使用状况，进行分层钻芯或探坑取样，采集沥青混合料和基层、底基层、土基的样品试验，分析路面破坏原因，判断其破坏层位及各结构层是否可以利用。

2.3 排水

2.3.1 路肩排水

土路肩采用厚6 cm C20混凝土硬化。挖方段路肩下设置碎石盲沟，收集路面渗水通过边沟内壁的预留PVC排水管排入路堑边沟。

2.3.2 路面表面排水

填方路段在路肩设拦水带，汇水经边坡急流槽排入路堤边沟；老路超高路段排水方式为中央分隔带过水明槽，完全利用路段，超高方式不变；加宽六车道路段，原10 m间距开口明槽间增设一道；加宽八车道超高路段，在中央分隔带侧采用纵向集水沟和集水井，经横向排水管和边坡急流槽排水入路堤边沟。挖方段时，经横向排水管排路面水入加深的路堑边沟。

2.3.3 中央分隔带排水

两侧加宽段原中央分隔带采用的底部设纵向盲沟和横向排水管排水方式不变，采用接长老路的横向排水管。老路完全利用原段中央分隔带排水不变。

2.3.4 部分通道排水不畅处治措施

a）适当调整通道处改路纵坡，减少地表水进入通道。b）通道附近有低洼地时，开挖排水沟或埋置管涵引雨水入低洼地。

2.3.5 水源准保护区排水

路线经浊漳河、西流地下水源准保护区路段，汇集桥面，路面雨水经油水分离池净化处理后排入桥下边沟。

2.4 桥涵、隧道

2.4.1 桥梁

按照长邯高速山西段 2010、2011、2012、2013 年的定期检测报告，以及部分桥梁的动静载报告，存在以下情况及加固方案：

a）按照各桥各部件最新的定期检测病害情况、进行了承载能力验算、动静载试验，并做一定的病害原因分析。改建设计应紧密结合定期检测成果，逐桥进行有针对性的加固维修设计。

b）部分既有桥梁体腹板上存在竖向裂缝（迎宾、长兴等大桥），且腹板裂缝与底板裂缝贯通，应进一步核实腹板裂缝的宽度，对于腹板开展较大的裂缝，除进行裂缝压力灌浆外，还应进行粘贴钢板或粘贴碳纤维布（板）等局部补强处理。

c）加宽桥梁的上部结构应尽量采用与原有桥梁相同的结构型式，同时需加强截面的研究，截面刚度不要相差过大，应对旧有钢筋混凝土空心板做承载能力、正常使用评价外，对拼接后的整体结构还应做既有和新拼接部分的变形协调方面的分析。既有桥梁伸缩缝的处理与现有桥梁伸缩缝的设置应进行专项分析。

对于桥涵构造物的加固利用，在实施过程中可能会发现新的病害，施工中设计应结合现场情况，及时动态核查、调整设计。

2.4.2 隧道

在设计中考虑应急救援、逃生距离、工程实施难度以及类似工程运营与建设经验，结合交通量、车辆组成、纵坡等因素，进行了综合论证。提出新建段采用“单洞三车道+纵向救援通道”,隧道建筑限界：净宽14.0 m，限高5.0 m；救援通道建筑限界：净宽5.0 m，限高5.0 m。利用既有隧道建筑限界：净宽9.75 m，限高5.0 m。

表1 原有隧道设置一览表

表2 新建隧道设置一览表

2.5 交通组织

根据交通分析，施工期间的交通很难满足交通需求，因此施工时要重点做好交通疏导，交通信息及时预告、实时告知。拼接路基施工期间，在路侧护拦外设置彩钢隔离板隔离施工，设置临时警示标志，不影响主路交通。路面施工期间，采用半幅、分段交替施工，设置相应的限速、疏导等临时标志，保证四车道通行。桥梁施工期间，一幅拼接时，另半幅并道通行；另半幅施工时，拼接完成半幅强度达标后可以通行。新建涵洞施工采用封闭一幅，通行另一幅的方法进行疏导。