道路线形拟合的高速公路改扩建加铺设计要点

2021-03-27王琦李泽坤徐超

运输经理世界 2021年7期

关键词：线形压实厚度

王琦、李泽坤、徐超

（东营市公路勘察设计院有限公司，山东东营257091）

0 引言

为适应日益增加的交通量，很多高速公路面临改扩建，在改扩建过程中，路面加铺设计作为重要的环节，决定了改扩建后公路路面的使用性能及安全性，为保证加铺设计合理性，设计中还应考虑道路的线形拟合，这就对加铺设计提出了更高的要求。

1 道路线形拟合

对高速公路进行改扩建设计时，除了要达到各项技术标准要求，还要充分利用老路。在平纵面设计阶段，需在理想化设计基础上，尽可能保留老路原有平纵面，并进行适当的线形拟合。线形拟合指的是根据实测线位数据，严格遵循尽可能逼近老路现状的基本原则，实施的平纵面设计。

对高速公路实施改扩建时，应结合中分带边缘处实测点位对应的平面坐标开展拟合。通常情况下，原路平面线形需保持不变，以此降低拼接设计难度，并减小工程规模。拟合分析过程中，充分利用左右两幅硬路肩外缘处测点资料完成校核，将拟合误差的分布情况绘制成图，并对误差的平均值及标准差进行计算，同时结合原路的各项实际状况，对拟合误差进行分析[1]。

对改扩建项目做拟合设计时，要严格遵循下列各项基本原则及方法：

一是对于两侧拼接段，需通过拟合设计保持原线形；

二是在拟合设计中需将明式构造物及隧道作为主要控制要素；

三是在平面拟合设计中，主要包含三方面要素，即直线、圆曲线和回旋曲线，实际工作中要采用灵活方式对原设计曲线进行拟合。

当圆曲线的长度相对较大时，在设计过程中，建议采用两圆拟合或多圆复曲线的形式，这样能最大程度降低拟合误差。在复合曲线中，所有圆曲线的长度及半径都要以测点数据为依据绘曲线曲率分布图，除此之外，复合线长度还应符合相关规范的要求。

对于高速公路，其拟合误差应达到以下要求：将明式构造物及隧道等作为主要控制要素时，拟合误差不能超过10cm；采用一般路基形式的路段，拟合误差不能超过10～20cm；同时，误差的平均值应在±5cm以内，而标准差应在±3cm 以内[2]。

对高速公路进行纵面线形拟合时，遵循的总体原则和平面线形拟合基本相同，但要注意下列几方面要点：

一是纵面拟合要分段实施，当原路纵面线形可以达到相关技术标准要求时，新纵面线形要和原路线基本相同；

二是纵面拟合设计时，需将既有的明式构造物及隧道作为主要控制点，以保证构造物稳定性和安全性；

三是除了受净空限制和构造物影响的段落，其他一般段落在改造过程中需严格遵循宁填勿挖的基本原则，也就是按照路面设计要求及构造物限制，遵循宁填勿挖的原则实施拟合；

四是在纵面线形设计时，应充分考虑和其他方面的协调性，如桥梁工程、路线较差等，以此保证方案设计的经济性与合理性[3]。

2 旧路加铺设计

对旧路各项技术状况做出准确判断和评定是编制良好加铺方案的重要基础。很多研究都将实际项目作为基础，对旧路路面实际状况的检测及改建设计方式开展了分析探讨。以下在总结以往相关经验的基础上，根据现行技术规范对旧路路面实施技术状况综合评价，并明确旧路加铺设计及拼接设计时需要遵循的各项原则。

2.1 旧路路面技术状况的综合评价

在改扩建项目中，首先要按规范与标准要求，以及项目实际情况，综合评价路面各项技术状况与承载力，主要是对路面的结构强度与破损情况进行评价。其中，对旧路路面技术状况做综合评价时，虽然一般取1km 作为1 个单元，但很多既有公路都经过了若干次养护，对经过多次养护维修的路面，应根据养护历史详细划分其设计单元，以此得到对后续加铺设计更有利的评定成果；对旧路路面结构的承载力进行综合评价时，建议借助落锤式动态弯沉仪实施检测，然后采用钻芯取样的方法，对既有路面结构的厚度及层间结合情况进行调查分析，掌握病害分布与严重程度，同时取样开展室内检测试验，确定试件的模量及强度，最终对路面材料具体组成及性能变化情况进行综合分析[4]。

2.2 旧路加铺设计的要点

在编制旧路加铺方案时，应先确定适宜的加宽方式，在拓宽改建中，通常采用以下几种方法：单侧加宽方式、双侧加宽方式与混合加宽方式。其中，单侧与双侧加宽方式还包括分离加宽方式与拼接加宽方式，目前以双侧拼接与单侧拼接两种加宽方式最为常用。

对于双侧加宽方式，其优点包括：其一，工程规模相对较小，能减少占地和拆迁；其二，中分带与内部既有设施均可保留、利用；其三，路面排水设计相对简单；其四，对互通式立交进行的改扩建相对容易，实际改动量不大。但也存在以下缺点：其一，有很多技术难点，如新旧路基间容易产生差异沉降和新旧桥梁之间的拼接问题；其二，在改扩建过程中，施工难度较大，旧路难以保通；其三，很难对平面线形存在的缺陷及事故易发、多发点进行有效改造[5]。

对于单侧加宽方式，其优点包括：其一，施工较为方便，旧路容易保通；其二，不加宽一侧的既有设施均可保留和使用；其三，工作面相对较大，对大型机械的工作有利；其四，因采用分别设置措施，所以能降低运营过程中的养护难度。但也存在以下缺点：其一，工程规模相对较大，需占用大片土地；其二，上跨桥梁段必须拆除后重新建设，而且需要对加宽侧的互通匝道进行较大的线形调整；其三，排水设计难度大[6]。

因双侧加宽方式有更多的优势，所以相关细则提出应以双侧加宽为最优方案，如果双侧加宽条件受到限制，可考虑单侧加宽方式。此外，在双侧加宽过程中，旧路路面均作为完成改扩建之后的第一和第二车道，在符合细则要求的基础上直接加铺即可；但在单侧加宽过程中，旧路的其中半幅仍作为行车道使用，对这半幅路面实施直接加铺或先铣刨再加铺时，都要按照规范验算结构层及加铺层。在加铺设计中，还要根据之前的拟合结果确定加铺层结构组合，尤其是对山区公路进行改扩建时，因线形拟合完成后，某些段落的标高出现很大抬升，并且以渐变形式产生，这无疑对加铺设计提出了更高的要求。

当加铺厚度渐变时，需针对不同混合料类型满足压实及适宜最大厚度方面的要求。目前常用的混合料压实厚度及适宜的最大厚度要求为：对于AC-13 混合料，其压实厚度不能小于35mm，适宜的最大厚度为60mm；对于SMA-13 混合料，其压实厚度不能小于40mm，适宜的最大厚度与AC-13 相同，均为60mm；对于AC-20 混合料，其压实厚度不能小于50mm，适宜的最大厚度为100mm；对于AC-25 混合料，其压实厚度不能小于75mm，适宜的最大厚度为120mm；对于ATB-25 混合料，其压实厚度不能小于80mm，适宜的最大厚度与AC-25 相同，均为120mm；对于水稳碎石层，其压实厚度不能小于150mm，适宜的最大厚度为200mm。

加铺厚度逐渐变化的段落，其加铺设计要按照从下到上的顺序设置层厚渐变，使路面结构能够平滑渐变与连续衔接。在施工水平不断提高的今天，压实控制将取得更好的效果。基于此，可在保证良好压实效果的基础上，将表面层直接作为渐变层，但要注意在这种情况下，最大厚度要控制在90mm 以内。然而，通常情况下依然不建议采用这种做法，会影响路面的平整度。

2.3 路面拼接设计的要点

新旧路面拼接后的实际效果会对路面整体质量及使用寿命造成直接影响，合理可行的拼接设计对防止路面病害发生有重要的作用。根据相关研究成果，搭接后与无搭接相比，前者拉应力明显较低，且最大拉应力因搭接宽度的增大而小幅增大，而应力分布因搭接宽度的增加逐渐变得均匀，同时最大剪应力不断减小。为做好拼接设计，需注意以下几方面要点：其一，基层与底基层采用台阶搭接的方法时，台阶宽度应达到0.25m 以上，同时注意不可在轮迹带上设置拼接缝；其二，面层采用台阶搭接方式时，搭接宽度应达到0.15m以上；其三，基层顶部接缝处应采用土工合成材料设置应力吸收层，以此防止拼接处出现反射裂缝。