非控制出入一级公路升级为高速公路设计技术要点

张晓明，余 鸿

（1.湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉市 430051；2.荆州市东卷高速公路有限公司 荆州市 434000）

二广高速公路东卷段（以后简称项目）为非控制出入一级公路升级为高速公路，技术方案复杂，影响因素多，下面对设计时的主要方案、技术要点和注意事项进行详细论述。

1 项目概况

二广高速公路是国家和区域南北向交通联系的主通道，其中东卷段是鄂湘省际衔接湖北境内路段，因历史原因，该路段为非控制出入的一级公路，已成为该高速公路通道中的瓶颈路段，其技术标准、通行能力、服务功能都不能满足国家高速公路的要求，项目于2012年12月完成勘察设计，于2017年1月建成通车。

原老路以《公路工程技术标准》（JTJ 001-97）为设计标准，按一级公路标准建设，路线长3.471km，双向四车道，路基宽24.5m，设计车速100km／h，路面采用水泥混凝土，混凝土板厚25cm。升级为高速公路后，路基宽度26m，路面采用沥青混凝土路面，全线共设互通式立交1处、停车区1处、治超站1处、分离式立交1处。

2 路线

2.1 测量

该项目为改扩建项目，测量精度要求高，项目实施时在1∶2000地形图的基础上，对原路中央分隔带两侧及硬路肩边缘共布置4条测量线，且测量线同一横断面处4点对齐，纵向间距不大于25m，在曲线路段、桥梁和特殊路基段适当加密，采用全站仪平面测量和水准仪高程测量，保证了测量的精度。

目前改扩建高速公路测量采用精密机载三维激光扫描测量技术，通过机载三维激光点云数据的高精度采集、控制布设及平面、高程的精化处理技术措施，其路面测量精度平面小于0.05m，高程小于0.02m。

2.2 平纵面拟合

平纵面拟合根据测量成果，结合原路平纵面设计资料，尽量采用原老路线形设计，路线纵面尽量等厚度加铺，在桥梁路段纵面尽量不加厚，拟合后平纵面指标良好，拟合误差百分比如图1～图3。

3 路基路面

3.1 外业调查及检测

改扩建路基路面设计前应对既有路基路面进行充分调查、合理评价，路基调查包扩路基高度、填料、病害（沉降、滑坡）、防护形式、排水等方面调查，路面调查（水泥混凝土路面）包含路面状况调查，路面状况评价，还需要一些必要的检查，检查内容包含断板率、平均错台量、接缝传荷能力、平均弯沉值、旧混凝土路面结构参数（包含水泥混凝土板厚度、弯拉强度、弯拉弹性模量、水泥混凝土路面基层顶面当量回弹模量）等，此外其它缺陷还需通过地质雷达来探测。

经调查原路基填料主要采用粘性土，局部路段采用掺生石灰，路基最大填挖高均约8m，现老路基稳定性较好，未出现较大垮塌或边坡失稳情况，路基排水采用60cm×60cm的梯型边沟，采用混凝土预制块，挖方边沟现状较好，填方边沟预制块局部路段有破损或缺失，边坡防护以植草、三维网植草为主，桥头锥坡采用实心预制六角块防护，原老路基未设挡土墙。

路面损坏状况调查评定为：全线合计2744块板，断板率DBL＝4.0%。根据统计资料，全线共计调查5468 处板与板间错台量，累计错台量11879.5mm，平均错台量2.2mm，错台量＞3mm占19.4%，错台量＞5mm占5.6% ，路面损坏状况等级评定为优良。接缝传荷能力及平均弯沉值：全路段合计检测接缝处弯沉688点，接缝传荷能力整体情况良好，评定等级为优良的占72.1%，评定等级为中的占13.4%，评定等级为次的占8.3%，评定等级为差的占6.2%；弯沉差ΔD≥6占5.7%；超车道接缝传荷能力普遍优于行车道，路段检测的板缝处的平均弯沉值均小于20（0.01mm）。旧混凝土路面结构参数调查：全路段共取芯44个，厚度平均值 ＝24.8cm，厚度的标准差 ＝1.24，混凝土面层厚度的标准值 ＝23.5cm。44个芯样劈裂强度平均值 ＝3.54MPa，劈裂强度的标准差 ＝0.65MPa，旧混凝土面层劈裂强度的标准值 ＝2.86MPa，旧混凝土面层弯拉强度标准值 ＝4.67 MPa，旧混凝土面层弯拉弹性模量标准值Ec＝33822 MPa。通过地质雷达检测，共发现路面路基缺陷33处，缺陷长度1546m（总检测长度13884m，左右幅各检测两条线）。缺陷类型有面层脱空、水稳层脱空、水稳层不密实、路基不密实。综合评定路面基本状况良好。

3.2 路基路面设计

路基设计应在对公路沿线地质、水文、地形、气象等自然条件全面调查研究，充分搜集原施工图、竣工图及现有路基施工养护资料，对老路基进行合理评价的基础上进行，并做好路基路面综合设计。应确保路基、路面排水通畅，应尽可能减少征地、拆迁，应本着少占农田、保证质量、节约投资的原则。开挖老路所得的土方应尽量加以利用。边坡坡面防护以保证边坡稳定为前提，以固土为本，以绿色为主。路基防护工程应根据当地水文情况、工程地质条件及筑路材料来源，选用经济、合理而又美观实用的工程措施，在边坡稳定的前提下进一步加大植草面积，减少圬工体积。项目设计时，对原路基两侧各加宽0.75m，填方加宽段，路基施工应先清除30cm宽度松土后再对边坡进行开挖，台阶底宽≥2m，且台阶顶设4%向内倾斜的横坡，边开挖台阶边填筑，在路床底部和路基底部分别铺设一层和两层钢塑复合双向土工格栅，回折长度≥1.5m。挖方加宽段，挖方边坡坡率根据地质情况确定，设置2m宽碎落台。

路面设计以路段交通量预测结果为依据，并参照类似改扩建工程的成功实例进行设计。路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件和老路面状况，密切结合当地实践经验进行综合设计，并遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则，使设计技术先进、经济合理、安全适用。老路面尽可能利用，一般遵循宁填勿挖的原则。老路面改建强度须满足基本设计要求，并对现有病害进行充分、恰当的处理。老路面材料充分利用。认真分析老路路面现状检测、评价资料，并结合路面综合评价指标及老路面改建方案，充分考虑老路铣刨废旧料的再生利用价值，注重体现环保理念。充分考虑新老路面的匹配性，为了保证路面质量，新老路面宜同步实施。路面结构设计包括新建路面（互通匝道）、老路面（主线）改建两种方式考虑，并根据交通荷载分布特点分别进行路面结构强度验算。老路面改建加铺方案根据加铺厚度不同分别考虑。

4 桥梁及涵洞

4.1 外业调查及检测

桥涵外业调查包含既有构造物的调查，如跨径、孔径、上下部结构类型、洞口形式、桥头防护类型、水位等内容，桥涵检测包含外观检测、回弹试验、混凝土碳化深度、病害调查等，必要时还需要做荷载试验。项目经调查共有中桥1座，跨径为2×16m，简支空心板，柱式桥墩，肋板台，桩基，桥梁按双幅设计，与路基同宽为24.5m。涵洞6道（其中倒虹吸2道、圆管涵1道、盖板涵3道），均为暗涵洞（涵洞有填土），主要病害为：中桥右幅0号台锥坡、0号台护坡、2号台护坡沉降开裂，最大沉降20cm，空心板铰缝渗水流白，共17处，倒虹吸排水功能失效，全部盖板涵均存在积水现象。

4.2 桥涵设计

由于本项目建成时间较久，原老路设计采用旧标准，在桥涵设计前需按新规范对桥涵水文，桥涵上下部结构进行验算，经验算后设计洪水位、冲刷深度、埋置深度均满足规范要求，桥梁上下部结构承载能力极限状态满足要求。结构计算时承载能力极限状态按新规范验算，正常使用极限状态按老规范验算，包含应力、裂缝宽度等，相关技术指标经计算均满足规范要求，表1为抗弯、抗剪承载能力验算结果。

中桥加宽设计考虑桥墩完全利用，桥台横向接长，接长后盖梁长度与路基同宽，上部构造通过更换内外侧边板，加长悬臂的方式实现路幅加宽，考虑到悬臂过长导致偏心失稳，通过把外侧边板和临近中板拆除，按一块板整体设计。空心板支座采用橡胶支座，使用时间太久橡胶老化后，支座已剪切破坏，对空心板支座全部更换，施工时采用扁形千斤顶同步顶升的方法更换。涵洞通过拆除原有洞口，接长涵洞实现路幅加宽，后期实施时由于沿线居民通行要求提高，通道净宽及净高增大，实际实施时涵洞采用挖除新建的方式。

表1 中桥空心板承载能力极限状态验算

5 沿线设施及保通方案设计

改建设计时沿线布设了互通式立交、国道G207分离式、停车区和省界治超站。互通式立交主要是为解决高速与地方道路之间交通转换。路线与国道G207相交，故设置了分离式立交上跨主线，分离式路线设计考虑到临时保通，接线设计与原国道G207路线横向偏置了6m，预留了通行条件。考虑到车辆加油、货车加水、旅途休息等需求，结合沿线服务区和停车区布设间距，布置了停车区，后期实施时升级为服务区。在省界处为减少超限车辆对道路影响，布设了治超站，对原老路治超站进行了还建。原老路为开放式一级公路，沿线居民和房屋较多，考虑到封闭后居民出行的影响，在原老路两侧分别布设了3.5m宽和5m宽辅道，并在高速设置通道保证横向通行。

保通方案主要为半幅封闭施工、半幅通行的方式设计，并利用国道G207分流，临时工程设计时充分考虑防撞水马、防撞立柱、临时标志牌等布设，设计时应考虑临时设施损坏后增加量。

6 结语

通过对二广高速东卷段改扩建设计的论述，分别从路线、路基路面、桥梁涵洞、沿线设施和保通方案几个方面展开，改扩建设计前需开展的测量、调查、检测、试验、评价等工作，设计方案及需要注意的事项。项目通车至今，公路使用状况良好，服务等级提升较高，可为以后类似项目改扩建设计时提供一定经验。