高速公路改扩建既有线路纵坡调整优化研究

伍圣华 韦楼 朱志勤

摘要：高速公路改扩建工程在路线布设时，通常以充分利用既有工程，降低资源能源消耗为指导核心。但对于原有高速存在的超限纵坡，仍按照“旧路旧标准”，对运营车辆安全行驶、服务水平、节能减排难以起到较好效果。文章通过对纵坡路段实际情况进行分析，提出优化调整措施，使处理后的既有高速公路能提供更舒适安全的运行环境，同时也更符合绿色公路建设的要求。

关键词：高速公路;改扩建;纵坡;优化

中图分类号：U412.3文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.004

文章编号：1673-4874（2019）09-0012-04

0引言

高速公路改扩建工程在路线布设时，通常以充分利用既有工程，降低资源能源消耗为指导核心。从资源节约和经济角度考虑，充分利用旧路是必要的。但旧路往往标准较低，还有部分高速公路按照一级公路标准设计后改为高速公路，难以满足新的规范的要求.旧路纵坡对运营车辆在安全及油耗方面影响极大，在长大陡坡路段，车辆爬坡困难，尤其对于货车，爬坡时车速低，耗时长、耗油量大，通行能力与服务水平下降，特别当小型车辆在陡坡路段超车时，一旦出现紧急情况，易引发交通事故。本文以柳州（鹿寨）至南宁高速公路改扩建项目为对象，对原有高速公路六景郁江特大桥南宁岸段K1437+000-KT441+400段旧路状况进行了分析，并对纵坡优化进行了研究。

1工程概况

柳州（鹿寨）至南宁高速公路改扩建项目受Z1K1439+288六景郁江特大桥采用单侧新建方案制约，六景郁江特大桥南宁岸段（K1437+000-K1441+400）路基采用左侧分离新建四车道方案进行扩建设计。新建的左线Z1K1437+000-Z1K1441+400作为扩建后高速公路的左幅车道，而原有高速公路K1437+000-K1441+400段直接作为扩建后高速公路的右幅车道，K1441+400后为两侧拼宽扩建。右幅车道的原高速公路K1439+869-K1440+881.752段（纵坡/坡长：+3.815%/1012.752m）及K1440+881.752-K1441+826段（段纵/坡长：-3.205%/944.395m）路线技术指标不高，路线起伏较大。

《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）对设计速度在120km/h路段要求最大纵坡为3%且坡长≤900m，高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1%。考虑到六景郁江特大桥建成不足15年，桥梁的健康状况尚能满足正常交通荷载的正常运营，且郁江升级为一级航道尚在规划中，远期郁江实施一级航道建设时，再拆除重建提升通航净空，待远期旧六景郁江特大桥拆除重建提升通航标准后再进行改造。另一方面，因近年重载汽车的增加，交通流逐年加大，对六景郁江特大桥承载能力产生了影响，同时近年的检测结果表明，目前六景郁江特大桥旧桥的吊杆和桥面系状况在不断恶化，急需对旧桥吊杆和桥面系进行整体更换。在新六景大桥通车后，旧桥封闭改造，工期约6个月，这为六景郁江特大桥南宁岸段纵坡调整带来契机.K1437+000-K1441+400均已超出了规范最大纵坡的要求，且具有可予以调整的条件。

1.1 原有公路路基狀况

原有高速公路六景郁江特大桥南宁岸段K1437+000-K1441+400段路基宽度为28m，设计时速为120km/h，为整体式路基，组成如下：

由行车道（4x 3.75m）、中央分隔带（3m）、左侧路缘带（2×0.75m）、硬路肩（2×3.75m含右侧路缘带）、工路肩（2×0.5m）组成（见图1）。原有路基整体稳定性较好，未发生大规模滑塌、剧烈沉陷等严重破坏，局部路段出现过的一般沉陷病害在旧路加铺改造阶段中进行了注浆加固设计，改扩建路基土补充取芯钻探试验成果表明，注浆路段的压实效果较好，含水量较小，与最佳含水量差别不大。原路基处于干燥-中湿状态，路基设计标高满足最小路基填土高度要求。旧路路基填料大部分较差，多为高液限黏工，局部为砂砾或含砾黏土，主要位于上路床部位.运营十来年后路基土物理及力学性能指标发生衰减，主要表现在含水量、压实度及CBR值方面。此外旧路硬路肩因未行车，其物理、力学性能与行车道、超车道还存在差异。因此，旧路路基工状况整体评价相对较差。

1.2原有路面状况

柳南高速公路1999-10-01建成通车时采用的是水泥混凝土路面，行车道及硬路肩均采用同一种路面结构，即24cm水泥混凝土面层+1cm沥青石屑下封层（施工中取消）+20cm二灰稳定碎石基层+16cm飯配碎石底基层、中湿路段底基层为18cm级配碎石、潮湿路段底基层为20cm级配碎石。

水泥混凝土面板尺寸一般为（4.5+3.75+3.75）mx 5.0m和（4.5+3.75+2.75）m x 5.0m。在临近桥梁两端，与构造物端头相接处，与柔性路面相接处，路面宽度、板厚变化处及凹形竖曲线纵坡变化处均设置了胀缝，在邻近胀缝或路面自由端的3条缩缝内均设置传力杆，对涵洞顶面的水泥混凝土面板按规范要求进行了补强设计。在桥梁两端设置钢筋混凝土过渡板，当桥涵与路线斜交时，在搭板、过渡板锐角设置了加强钢筋网。

柳南高速通车十多年来，由于交通量增长迅速，车辆超载非常严重，特别是超重车的增加造成水泥混凝土路面出现了一系列的早期损坏。目前主要病害类型有：路面裂缝（断板、交叉裂缝、板角断裂）、破碎板、路面坑洞、板底脱空、错台、唧泥、缩（胀）缝填缝枓老化、开裂等。

在2010年9月至2011年9月的改扩建施工过程中，针对柳南高速现有水泥混凝土路面的实际状况，对现有水泥混凝土面板各种病害提出了极具针对性的10种处治、修复方案，包括裂缝维修、板边与板角修补、板块脱空处治、唧泥处理、错台处治、沉陷处理、拱起处理、坑洞修补、接缝维修、整块板更换。在全面完成上述水泥混凝土面板处治修复后进行沥青路面加铺施工。加铺的路面结构见图2和表1。

K1437+000-K1441+400段中面层采用8cm改进型AC-20改性沥青混凝土，沥青路面加铺总厚度为14.0cm;沥青混凝土表面层采用改性沥青掺0.3%的木质素纤维的SMA-13路面，面层路用碎石采用辉绿岩碎石。

2 纵坡优化

K1437+000-K1441+400段旧路纵面采用3.815%/1.012.752m、-3.205%/944.395m，纵坡与坡长均超出标准极限值。如表2和图3所示。由于旧路刚进行了路面改造不久，挖除旧路工程浪费大，施工组织难度大.根据公路建设条件困难段纵坡条件可增加1%，为最大限度利用现状公路，施工图设计维持原纵面，对长大上坡段加宽硬路肩提供爬坡车道，提高道路通行能力。

在尽量利用既有工程、小型构造物的前提下，改善纵面线型。对K1439+578.865-K1441+400段落进行纵坡优化，优化后纵面最大填高约为1m，最大挖深1.2m。其中，K1439+869-K1440+881.752段，纵坡由原设计的+3.815%/1.012.752m优化至-3.0%/890m，满足规范要求;K1440+881.752-K1441+826.147段，原纵坡设计为-3.205%/944.395m，考虑到本坡段位于右幅，车辆加速下坡，对运行速度无影响，尽量减少调整长度，最大限度利用现状公路，本段纵坡仍维持-3.205%，将坡长由944.395m优化至690.234m。

实施该段纵坡调整将具有如下优势：

（1）柳州至南宁高速公路在广西以及东盟各国影响重大，纵坡技术指标的优化符合项目的定位。本次纵坡调整通过插入一个变坡点，调低前坡的坡度和坡长，尽量缩短了后坡超限纵坡的坡长，均衡了平纵面组合，大大改善了行车舒适性，从而大幅提升公路服务水平。

（2）从柳南改扩建项目《事故多发路段安全设施优化设计专题报告》对交通状况的分析结果得知，K1440段为事故多发路段，K1440+200处汽车实际运行速度偏低，K1439+869-K1441+826段运行速度协调性差。在改扩建时，采取工程措施改善线形，提高道路线形的连续性、均衡性，有利于改善行車条件，消除事故黑点，从而避免交通事故的发生。

（3）现该路段为事故多发路段，为了减少交通事故，需要增设大量的交通安全设施，不仅增加了建设成本，同时也增加了运营设施更换、维护费用，因更换、维护工作的开展也造成对安全行车的干扰。而实施该段纵坡调整将降低公路运营成本。

（4）K1440段处于六景特大桥桥头段，每发生交通事故即造成该路段交通拥堵，桥上大量压车，对桥梁安全造成重大威胁。实施该段纵坡调整，将大大降低该路段交通事故的发生率，减小对六景特大桥的通行影响，可更好地保障六景郁江特大桥桥梁运营安全。

（5）调坡施工对行车无新增干扰。由于旧的六景郁江特大桥在新桥建成通车后，对旧桥进行更换吊杆和桥面系的加固施工，封闭旧路的交通。调坡施工可利用旧桥加固施工时同时实施，不产生额外的行车干扰。

（6）在纵坡3%的情况下，按运营初期日均货车1.5万辆，每辆货车平均节约0.08L柴油计算，全年节约44.3kL柴油;同时能进一步提高行车安全性，改善行车条件，提升公路服务水平，降低了汽车爬坡能耗，从而可降低公路运营社会总能耗，符合国家节能减排要求，落实贯彻绿色交通发展理念，也有效促进了高速公路与道路使用者的和谐共享。

3 结语

在高速公路改扩建施工“保通车、保施工”的同时，根据现场情况对既有高速公路纵坡进行优化，对高速公路运行车辆安全、服务水平、节能减排等均能取得显著效果。在施工过程中需注意，纵面发生了变化，路基工程及各构造物工程高程均要按新的平面及高程控制，在施工中应加强复核。施工工程中，应加强坡体周边巡查，密切注意施工安全，做好安全事故应对预案，完善地表水，地下水的排放。边坡开挖应尽量避开雨季，并对已开挖边坡采取有效的临时排水措施。