二广高速公路集阿联络线安公段“一改高”升级改造关键性技术研究

潘春喜

（华设设计集团股份有限公司，江苏南京 210014）

1 工程概况

该项目为二广高速公路集宁至阿荣旗联络线安业至公主埂段，全段位于内蒙古自治区锡林郭勒盟境内，拟将现状省道S105 一级公路升级改造为高速公路。

项目主线起点位于锡林郭勒盟正镶白旗安业村（与乌兰察布交界处），终点位于正蓝旗公主埂（与赤峰交界处）全长178.851km，改造后设计速度120km/h，路基宽度25.5m。全线同步设置一条辅道，总长186.771km，辅道主要采用三级公路标准。

2 总体方案

现状省道S105 一级公路，设计速度为100km/h，路基宽度为25.5m，修建于2005年，设计依据为《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）及相关规范。

其一，平面：对现状旧路平面测量后进行拟合分析，旧路平面线形指标较高，基本满足现行规范设计要求。

其二，纵断面：旧路纵断面线形指标较低，此次升级改造对不满足最大纵坡、最小凸曲线半径、最小凹曲线半径和竖曲线长度的路段进行调整。

3 路基及防护改造方案

“一改高”工程对旧路资源的循环利用尤为重要，也是新时期交通运输部关于打造公路水运品质工程的要求，为充分贯彻落实“品质工程、绿色公路”理念，此次升级改造对旧路平面完全利用，仅在紧急停车带、互通及服务区等位置对旧路路基进行加宽，其余段落则根据纵断面指标要求、新增通道及路面加铺等因素对旧路纵断面进行调整。

首先，对于仅调整纵断面的段落，在旧路路基防护、排水工程使用状况较好的情况下均予以利用。针对纵断面不同调整区间，采用不同的路肩边部改造方案，最大限度利用既有防护设施。具体方案如下：

第一，纵断面抬升高度△h≤0.4m 时，对既有路肩边部保留，直接在原土路肩上现浇混凝土调平层以适应纵断面，维持现状边坡及防护设施不变。

第二，纵断面抬升高度0.4m＜△h≤0.73m 时，现浇混凝土调平层已无法满足路肩边部的稳定性要求，在路肩设置C30 混凝土护肩墙，以避免对路基进行拼宽，减少拆除防护和路基拼宽工程量，减少占地。

第三，纵断面抬升高度△h＞0.73m 时，路肩边部设置护肩墙方案已不经济，则对原路基进行开挖台阶拼宽，拼宽部分应满足压实机械碾压宽度，保证压实效果。

其次，对于旧路局部加宽路段，涉及既有防护、排水圬工的拆除及边坡表土的剥离，对上述拆除的圬工进行重复利用，将其利用至新建防护和排水工程、构造物的基底换填、线外工程等，对路基换填前的耕植土、边坡表土、取土场表土等剥离后就近堆放，后期用于路基防护、绿化、临时工程复垦中，做到100%利用。

4 路面改造方案

首先，对于主线纵断面不需调整的路段，路面加铺方案的制定主要以路面病害及结构改善为导向，将路面技术状况相近、病害类型相似的段落划分为同一路段，并合理选择路面改建结构形式、混合料类型及原材料。

该项目路段划分以旧路面表征结构强度的弯沉值L 及表征破损状况PCI 作为主控指标，同时结合所在路段历年养护情况、纵断面指标调整情况、施工期间路面状况加剧劣化等其他因素综合考虑。分别采用以下三种处置方案：

第一，对于旧路面弯沉L 代表≤28（0.01mm）且PCI≥70 的路段，该类路段路面整体承载力较高，基层结构完整性较好，路面虽存在较多的纵横向裂缝和轻微龟裂等病害，但未出现大面积龟裂、块裂等严重结构性病害。路面改造方案应充分利用既有路面结构强度，将面层铣刨并对下承层病害处治后再加铺罩面。

震动传感器是报警系统的核心装置，该传感器能够将车辆的静止或运动状态转化为相应电信号。设计采用SW-420常闭型震动传感器，该传感器是一种单滚轴型全方位感应触发开关，可以全方位感受倾斜和震动，它具有高稳定性，高灵敏度，适应范围广等特点。其内部结构如图3所示。

该路段采用路面结构Ⅰ型：在既有路面病害妥善处理基础上，设置一层橡胶沥青应力吸收层SAMI，再加铺8cm90#石油沥青AC-25C 下面层+5cm 改性沥青AC-20C 中面层+4cm 改性沥青AC-13C 上面层。

第二，对于旧路面弯沉L 代表≤28（0.01mm）且PCI＜70 或28（0.01mm）＜L 代表≤40（0.01mm）的路段，该类路段路面整体承载力较高或有一定衰减，路面病害较为严重，存在密集的纵横向裂缝、修补不良或块裂等病害，基层同样存在较严重病害，应对结构强度进行完善，以提高承载力和恢复路面使用性能。

该路段采用路面结构Ⅱ型：在既有路面病害适当处理的基础上，加铺一层20cm 水稳碎石基层补强，再加铺三层面层（同路面结构I 型的面层）。

第三，对于旧路面弯沉L 代表＞40（0.01mm）的路段，该类路段路面龟裂、块裂等结构性病害严重，结构承载力已发生显著丧失，旧路面基层、底基层病害较多、完整性差、承载力不足，需对既有路面进行深层次处治并进行补强。

该路段采用路面结构Ⅲ型：铣刨旧路面7cm 面层及20cm 基层，加铺一层20cm 低剂量水稳碎石底基层+20cm 水稳碎石基层补强，再加铺三层面层（同路面结构I 型的面层）。

其次，对于主线纵断面抬高或下挖段，以及互通服务区变速车道、新增港湾式停车带的段落，采用新建路面结构：4cm 改性沥青AC-13C 上面层+5cm 改性沥青AC-20C 中面层+8cm90#石油沥青AC-25C 下面层+20cm 水泥稳定碎石基层+36cm 低剂量水泥稳定碎石底基层。

5 通道及桥梁改造方案

5.1 通道桥增设方案

该项目升级改造为高速公路后，将取消现状一级公路所有平交口，沿线农牧民横向的交通出行、放牧等生产、生活将受到较大影响。为满足沿线横向通行及放牧需求且不影响原有的出行方式，需在既有平交口附近增设天桥或通道，天桥或通道的选择应结合纵断面改造、建设条件及牧户需求等因素综合分析。

第二，对于原有平交口位置路基填方高度较低（2m 以下）的段落，采用天桥上跨高速的方案，桥下净空按5.5m 控制，同时考虑牧区放牧的需求及牛羊不上天桥的实际情况，天桥附近需同步设置一处小型放牧通道。

第三，对于主线填方高度在2～3m 左右的位置设置天桥或者通道时，需从纵断面调整对主线影响段落、工程规模、地形条件等方面对天桥方案与通道方案进行比选分析。通过对全线八个典型路段定性、定量分析比选发现，采用主线增设通道方案更具优势。

5.2 既有桥梁改造方案

该项目升级改造中，受旧路纵断面指标不满足规范要求、路面加铺及排水要求等多种因素影响，现状旧路纵断面需进行不同程度抬升，而纵断面调整对沿线既有桥梁改造方案影响较大。针对不同的路段，纵断面调整在满足设计指标的前提下，尚需适应既有桥梁的利旧改造方案。对于既有桥梁路段纵断面指标满足现行规范需求的情况下，不宜对旧路纵断面进行大幅调整，纵断面的设计需适应路桥衔接过渡。该项目针对路桥衔接过渡段的方案进行比选论证如下（见表1）：

表1 路桥衔接过渡段改造方案比选

方案一（桥头段路基路面下挖过渡）：该方案维持原桥梁不动，仅对桥面铺装进行铣刨重铺。桥头两侧各按0.3%进行高差过渡。过渡方案为挖除原路面结构到路床，对路床处理后，加铺水稳基层及沥青面层。该方案对既有桥梁影响小，对桥头过渡段施工要求高，总体工程规模相对较小。

方案二（顶升桥梁上部结构，加高垫石）：将既有桥梁上部板梁顶升至设计标高位置处，加高支座垫石并更换支座。顶升后的桥梁为满足桥梁抗震要求，需对既有台帽进行加宽处理。该方案施工技术成熟，总体工程规模小，适用于单孔桥梁改造及路面加铺厚度不大的情况。

方案三（既有桥梁更换上部板梁）：对既有桥梁上部结构板梁进行更换，下部结构桥台台帽、背墙拆除后重新浇筑。通过新建上部结构、支座垫石及台帽进行调整以满足桥面标高提升的要求。该方案总体工程规模较大，适用于两侧桥头路面加铺厚度较大的情况。

方案四（既有桥梁解除铰缝后提升）：对既有桥梁上部结构板梁桥面铺装层进行拆除，对铰缝、抗震锚栓解除后，对所有梁体进行单梁提升至设计标高，然后重新浇筑支座垫石，并对抗震锚栓、铰缝进行植筋施工，最后铺设桥面现浇层。该方案对既有桥梁结构有一定影响，施工过程中需做好既有桥梁监测工作，总体工程规模一般。

通过施工难度、工程规模、适用范围等多方面因素综合比选分析，该项目对主线既有小桥的改造推荐采用方案二，即对上部板梁进行顶升，并对支座垫石进行加高;对主线既有大、中桥的改造推荐采用方案一，即桥头段路基路面下挖后进行过渡。

6 沿线设施改造方案

该项目沿线分布既有服务区3 处，根据项目路前后段落总体分析，升级改造后全线设置4 处服务区，为合理控制服务区新增占地，新建服务区优先利用既有服务区进行改造，从而有效控制新增服务区占地面积及建设规模。

7 辅道设置方案

此次升级改造后，将取消现状一级公路的平交口，为满足道路沿线苏木、嘎查的农牧民东西向短途交通出行及正常的生产、生活需求，在主线单侧同步建设一条东西向贯通的辅道。

辅道方案除需考虑自身技术指标及工程规模外，还需结合主线旧路资源、通道设置、地质条件及沿线牧民意见等因素综合比选分析。

7.1 合理制定技术标准

辅道作为沿线农牧民短途交通出行的基本保障型道路，采用的技术标准不宜过高。过高的技术标准将造成占地面积及总体工程规模的大幅增加，同时也会对高速公路交通流量及运营效益产生分流。因此，除局部段落与G510 和G207 共线段采用二级公路标准建设外，辅道其余段落均采用三级公路标准建设，设计速度40km/h，路基宽8.5m。

7.2 合理选择线位

7.2.1 避免切割牧区草场

草场是牧民的生存之本，该项目大部分段落位于锡林郭勒盟牧区。早期建成的集通铁路及S105 一级公路，均为东西走向，对原有部分牧户的草场已造成两次切割，极大地影响了牧民的生产、生活。在充分踏勘沿线地形条件、征求沿线牧户意见后，采用S105一级公路旧路当年施工留下的施工便道进行布线，即将辅道线位与主线高速并行，从而大幅减少主线与辅道之间的夹心地，避免辅道对草场的再次切割。

7.2.2 避让沿线设施

该项目位于锡林郭勒盟南部高平原风吹雪雪害重度区，且大部分段落位于浑善达克沙地腹地，防雪、防沙要求高。S105 建成后至今，已在道路两侧建成相对完善的防雪、防沙设施。辅道设置应遵循自然地形地貌，不应对既有的防雪、防沙设施造成破坏。故辅道线位的选择在减少对草场切割的同时，应尽量避让已成型的固沙植被防护、积雪积沙平台、防雪网等设施。

7.2.3 预留远期规划条件

对主线、辅道并行路段，需合理分析主线与辅道间距。一是要对沿线各类设施进行避让，二是要满足主线及辅道防雪、输雪平台要求，三是预留道路远期改扩建的空间。远期主线高速存在四车道改六车道需求，而辅道存在三级公路升级为二级公路的需求。通过综合分析研究后，主线与辅道的间距控制为土路肩间距20m。

8 结语

作为公路建设者，设计是公路建设的灵魂，设计的优劣直接决定着工程实施的难易，尤其“一改高”公路项目，在灵活运用设计指标时，需综合考虑既有一级公路的资源条件，做到旧路资源不浪费、设计方案合理可行、公路出行安全舒适。通过西部荒漠地区“一改高”项目的实际设计经验，研究了一系列关键性技术问题，为从事类似公路升级改造的建设者提供可借鉴的工程经验。