高速公路改扩建工程的旧沥青路面综合利用方案研究

寇冠宇

(华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014)

1 引 言

截止2021年底，我国高速公路通车里程已经达到16.91万km，位居世界首位[1]。与此同时，早期修建的一些代表性高速公路由于通行能力下降，陆续开展了改扩建工作，如沈大高速公路、沪宁高速公路、佛开高速公路、京石高速公路[2]、济青高速公路[3]、柳南高速公路等，由原路面的双向四车道拓宽为双向八车道，道路的服务年限和使用寿命得到了很大程度的改善，取得了良好的社会效益[4]。

在改扩建工程中，旧路面的综合利用十分关键，如何根据工程的实际情况选择合理的旧路利用方案，是每一位设计人员必须要面对的一大难题[5]。特别是，旧路面在改扩建后的车道分配、新旧路面拼宽方式等[6-7]，都制约着整个设计方案的编制。为了制定合理的高速公路改扩建工程的旧沥青路面综合利用方案，依托沪陕高速公路的改扩建工程，从分车道设计、混合交通设计、路基拼宽方式等角度，探讨不同因素下旧路的利用情况，以获得适合该公路的旧沥青路面综合利用方案。

2 不同设计方案对旧路综合利用的影响

该高速公路改扩建之后由原双向四车道拓宽为双向八车道，行车断面会发生较大变化，如何进行旧路的综合利用，需要结合建成后的车道分配设计方案来拟定。

2.1 分车道设计方案的影响

通过资料调研发现，高速公路四改八之后国内外常用的车道分配方案主要有4种，见图1，各个方案的基本特点和优缺点叙述如下。

车道分配方案1：主要以首都机场路、广佛高速公路为代表，该方案左起第1条车道为超车道，其他3个车道均为行车道。该方案中，大型车由于行驶速度缴纳，要靠右行驶，一般车辆则在左侧3个车道内任意选择车道行驶。这一方式在实际应用期间的优点：能够高效利用车道，驾驶员在驾驶车辆时具有较高自由度，符合多车道特点，方便车辆通行，为人们提供了一个良好交通环境。缺点：如果车道内大型车混入率较高，容易导致交通出现堵塞，车辆无法顺利通行，而在交通量较大时，交通堵塞现象无法快速解决。此外，车辆互通，车辆变道现象将会增多，行驶车辆之间会相互发生严重干扰，需要提前预告出口。

车道分配方案2：由左侧向右侧的车道分布以此为小型超车、小型车行、大型车超车、大型车行车车道。对于车道上行驶的小车、大车，在具体区分时主要依据车辆行驶速度和大小，以此在不同车道上完成对车辆行驶最小速度和最短速度的设置，对车辆行驶速度进行约束，避免由于车辆行驶速度过快而引发交通事故，或者车辆行驶速度够慢，而造成交通拥堵等各种不良现象。方案优点：避免大型车混入到交通流中，对交通环境造成不良影响，在交通量较大情况下，能够形成一个相对稳定车辆，保证车辆顺利行驶。缺点：对整个车道的具体分布情况，大型车道布置在右侧，小型车道布置在左侧，这一布置情况会导致右侧行驶的车辆会出现超过左侧车道行驶速度情况，这将会使驾驶员在驾驶车辆时出现不适。同时，通过对车道的实际应用情况来看，因为小车道右侧相对较为空线，部分驾驶员在驾驶车辆时，可能会右侧超车，这不仅会出现违章现象，而且会提高交通事故发生几率。

车道分配方案3：在进行车道布置时，为了使上述两种方案存在的不足都能够得到解决，要依据交通量的具体分布情况，提出了外侧货运车道、内侧客运车道的布置方式，采取这一方式能够使内外车道交通量不平衡现象得到解决，但是货车道与客车到交通密度情况会存在一定差别。

车道分配方案4：从车道的最左侧入手进行分析，第1车道、第2车道是前方较远的直达车道，而第3车道、第4车道为前方下一个出口方向车道。方案优点：驶出高速公路时，驾驶员不需要多次变换车道，实现起来相对较为容易。缺点：交通量会出现分布不均匀现象，交通量分布会致使最左侧两个车道处于饱和状态，而右侧车道上的车辆则较少，这对于车道的利用率来说十分不合理，同时，混入大量大型车，则会导致车道发生堵塞现象，这会对交通通行情况造成不良影响，导致交通发生堵塞问题。

通过对上述4种方案的特点进行分析可以发现，我国适合采用方案一，但是这一方案存在的问题也需要引起相关工作人员的重视，避免混入大量大型车，干扰小客车通行。针对这一情况，可以将让大型车在右侧两个车道行驶，而小客车可以在4条车道上灵活行驶，确保车道交通量能够保持平衡，避免出现车辆驶出出口处时出现错误。

现阶段小客车、小货车、中货是交通的主要构成车型，达到了约70%，这对这一类型车辆，可以不限制车道，而对于拖挂、大货等类型的车辆，要对其行驶车道进行限制，让其在右侧两个车道行驶。

图1 国内外改扩建工程中常用车道分配方案

2.2 分车道设计方案与混合交通方案的影响

在问题探讨期间，为了明确分车道设计情况与混合交通对于拼接新建和旧路补强情况造成的具体影响，借鉴京港澳高速石安段的研究方法，就两种不同交通组织方式下累计当量轴次和设计弯沉值进行对比分析。

从历史交通量资料调查结果来看，预测基年的客车比例高于货车，达到了60%以上，其中小客车占全部客车的90%以上，且有逐年上升的趋势；货车比例为40%左右，其中特大货车、大货车和集装箱等重型车辆占全部货车的55%以上，且呈逐年上升趋势。沿线地区经济得到快速发展，客运量不断增多，这也使沿线行驶大客车、小客车在车辆中的比例不断升高。对小货车和大货车的运输效率进行对比分析可以发现，后者效率要远高于前者，因此，集装箱、大货车等运输效率高的车辆比例会不断升高，相反中小型货车在车辆中的比例则会不断下降。在实际问题分析期间，要依据项目影响区域经济的发展现状，以及未来一段时间的具体发展规划，依据现状运输通道内车型具体比例情况进行探讨，该高速公路远景交通组成中，小客车所占比例将达到57%左右，大货集装箱等所占比例将达到17%左右。考虑到重车在实际行驶期间需要在右侧车道，车道分布系数取值偏规范大值，交通量分配和车道系数的实际取值内容。

(1)双向8车道设计：单幅路面自中央分隔带向外第1、第2车道按行驶客车和中小型货车、混入10%大货以上车辆标准设计，具体设计时，为了确保整体设计合理性，车道分布系数取η=0.4，为旧路面改建利用车道；第3、第4车道和硬路肩按行驶大型货车进行设计(分配90%的大货、集装箱、拖挂车等)，车道分布系数取η=0.4，全部新建路面。

(2)双向8车道混行交通设计：单幅路面自中央分隔带向外第1至第4车道车辆混合通行、不分车道，客车及货车可在4条车道内自主选择行驶车道。

分车道设计与混合交通设计的累计当量轴次及设计弯沉值计算结果对比见表1所示。通过对表1中数据进行分析可以发现，因为进行了分车道设计，减少了内侧第1、2条车道累计当量轴次，加大了设计弯沉值、混合交通条件增加量约为35%。因为进行了分道设计，致使外侧第3、4条车道在投入应用后，承担了混合交通中大量重车，重车在行驶期间会对道路造成严重破坏，为了使这一问题能够得到缓解，大型车车道设计弯沉值与混合交通时相比也势必会出现一定程度减小，但是这一减小程度有限，数值不大。通过上述分析不难得出，在实际设计时，采取分车道，能够大幅度减少小型车道，这能够为旧路提高更加广泛应用余地，而通过对分车道设计，对比分析大型车道与混合交通条件，前者不会显著增加路面结构厚度，能够改善道路状况，为人们提供一个良好交通环境，促进经济发展。

表1 分车道设计方案与混合交通方案的参数对比

2.3 新旧路基拼宽方式的影响

不同拼宽方式，新旧路面特点也会存在一定差异，具体如下。

(1)两侧加宽段

采取该方式建设道路，通车后两侧都有拼接缝，挖除旧路硬路肩后，外侧新建第3、4车道。

在进行道路两侧加宽处理时，不受两侧建筑约束，从两侧入手，拼接原公路，这是高速公路加宽时采用第一项措施，这一方式在具体应用时的优点：公路原几何形式线性不会发生改变，可以将原中线作为经过加宽处理后的中心线；可以充分利用中央分隔带内设置的通信管道、内部排水、防撞护栏等；互通匝道线形不需要进行大规模调整，适当调整后可以继续应用；部分上跨桥梁净空的整体影响相对较小，施工作业开展起来较为容易，主线桥拼接容易进行。缺点：路基两侧原本的排水沟、防护、防撞护栏等各项设置都必须要拆除，重新建设；施工期间具有大量临时工程，会占用大量土地，施工中涉及的预制场地、便道等都要沿着公路两侧进行统一布置；开展施工会对公路交通造成严重影响；开展施工涉及拆迁量较大，需要大量经济补偿。

对于两侧分离式加宽段，一般情况下改扩建后不存在拼接缝，第1、2车道为旧路路面加铺改造后利用车道，第3、4车道为新建路面结构。但有时半幅路面也会出现2+1+2的情况，即在加宽段为了保证行车安全会出现靠近中央分隔带为3条车道(2+1)、分离式加宽段为2条车道的情况。

(2)单侧加宽段

采取该方式进行改扩建处理后，旧路一侧的4条车道均为旧路路面改造，靠近中央分隔带的第1、2车道对应旧路某半幅的行车道和超车道，远离中央分隔带的第3、4车道对应旧路另外半幅的行车道和超车道。根据分车道设计的原则，第3、4条车道主要通行货车，由于其他扩建方式中这两条车道为新建路面结构，通过调整结构层厚度和材料类型很容易满足结构设计验算要求，但在单侧加宽扩建方式中这两条车道为旧路路面改造，需要对其进行充分论证后确定相应的改造方案。

单侧加宽方式是针对原有公路一侧进行公路拼接，而另一侧则受建筑物约束。这一加快方式在应用时的优点：可以全面利用现有地形，减少施工时的拆迁量；不进行加宽一侧的排水沟、防护、防撞护栏等结构，在施工开展时，不需要拆除，可以保留；具体施工作业开展不会对交通环境造成影响，原公路可以投入应用，保证车辆顺利通过；新旧路基之间不会发生严重沉降现象，整体结构经过简单处理便可以继续应用；施工开展不会存在大量临时工程，占地面积小，减少拆迁量。缺点：路基中心线由于施工原因会发生一定程度偏移，因此，平面线必须重新进行拟合；将原中央分隔带作为行车道，而对于原本设置在内部的通信管道、排水管道、防撞护栏等各项结构都必需将其拆除，而进行新中央分隔带建设，要重新建设这些措施，增加了施工量；无法合理组合新老路幅横断面，路拱会出现不规则现象，而且路面排水情况十分复杂；上跨桥梁因主线平面线位会朝向一侧发生显著偏移，这将会致使桥梁净空不足，无法满足应用需求，必要将其须拆除，重新建设。原主线桥梁分两幅设置，施工困难，影响旧路交通。

根据沪陕高速公路的实际情况，路基拼宽推荐的主要方案是以两侧拼宽方式进行扩建。

3 旧沥青路面综合利用方案

通过前述分析可知，根据研究的某高速公路的实际情况，采取分车道设计方案能够充分利用旧路路面，比混合交通组织更加合理，故本研究建议该高速公路改扩建工程车道设计采取分车道设计的理念，路基拼宽推荐以两侧拼宽为主。即：加宽后的8车道采取分车道设计理念，由中央分隔带向外第1、第2车道为旧路面改建车道，依据客车和中小型货车、混入10%大货以上车辆进行设计，车道分布系数取0.4。新建第3、第4车道新建路面和硬路肩，依据驶大型货车设计(分配90%的大货、集装箱、拖挂车等)，车道分布系数取0.4。