- 高速公路改擴建設計理論與實踐
- 袁勝強 鄭曉光
- 4843字
- 2020-09-17 18:32:53
2.2.2 工程案例
1.沈大高速公路
沈大高速公路是中國內地第一條建設的高速公路,全長375km,雙向4車道,路基寬26m,全線27座互通立交,服務區6處,設計速度100~120km/h。1990年建成通車,交通量以年均11.8%的速度增長,至2000年年平均日交通量已達到20613輛小客車,局部路段已達25963輛小客車,路面、部分小橋及橋面系等已破損嚴重,裂縫、車轍、龜裂、磨光等現象較普遍,已影響行車安全,并且服務區的停車場的規模、服務設施硬件條件、服務內容、服務水平均無法滿足日益增長的交通量和用路人的需求。
沈大高速公路擴建工程研究始于2000年,研究階段設計單位針對新建、擴建及擴建形式進行了深入的研究,充分地比選了兩側對稱拼接方案和單側拼接方案,最后推薦兩側拼接為主、單側分離為輔的擴建形式。沈大高速公路改擴建工程于2002年5月開始,2004年8月改造完畢通車(圖2-4),設計速度120km/h,有25處互通式立交分別進行了改擴建(除燈塔互通式立交為Y型、熊岳互通式立交為半苜蓿葉型外均為喇叭形),改擴建后的沈大高速公路路線視野開闊,線型舒緩,路基、路面、橋梁等各項控制指標均優于現行標準,是中國內地第一條改擴建為8車道的高速公路。

圖2-4 沈大高速公路
沈大高速公路改擴建項目建設中采用了分階段、分路段、全封閉施工的組織模式。工程的主要技術創新為:既有路面加鋪技術、路基拼寬技術、橋梁加固及拼寬技術。
既有路面加鋪技術:充分利用原路面結構層強度,以“加鋪為主、局部路面挖除為輔”,既滿足技術要求又具有很好的經濟性。
路基拼寬技術:重視拼寬軟弱地基處理,原有路基挖臺階,新舊路基結合處鋪土工格柵,提高新填路基的壓實度,控制新填路基填料。
橋梁加固及拼寬技術:加寬橋梁與原橋上下部剛性聯結,增強加寬部分的基礎設計、減少新舊橋體的不均勻沉降,新老橋梁連接部分采用HLT植筋技術、聚丙烯纖維混凝土等技術。
另外,沈大高速公路改擴建對沿線交通工程及沿線設施進行了重建。沈大高速公路改擴建開創了國內高速公路大規模擴建的先河,為其他類似工程積累了寶貴的經驗。
2.廣佛高速公路
廣佛高速公路是我國的最早的高速公路之一,1986年動工興建,1989年8月建成通車,東起于廣州市橫沙,西至佛山謝邊,連接佛開高速公路,全長15.7km,設計速度120km/h,設計荷載:汽車-超20級、掛車-120,雙向4車道,路基寬26m。
1997年8月開始對廣佛高速進行拓寬,是國內首條高速公路改擴建工程,采用兩側直接拼寬的方式,橫沙到雅瑤段由4車道拓寬為8車道,路基寬度為41m;雅瑤至謝邊拓寬到6車道,路基寬度為33.5m,1999年10月拓寬后的廣州至佛山高速公路正式通車。2007年,廣佛高速再次進行擴建,雅瑤至謝邊由6車道擴建為8車道,路基寬42m,全長8.5km,設計荷載:公路-I級。拓寬后的廣佛高速全線設有5座互通式立交橋。同期對交通工程及沿線設施進行了重建。
3.滬寧高速公路
滬寧高速公路全長274km,其中江蘇段長249km,上海段長約25km,雙向4車道,每車道寬3.75m,中央設3m寬分隔帶,外側設2.5m寬的緊急停車帶,路基寬26m,設計車速為120km/h,1996年9月建成通車。
滬寧高速公路(江蘇段)擴建前期研究工作于2002年開始,開展系列專題科學研究:拼接路基軟土地基處理方法與控制標準研究、現有路基評價與路基拼接綜合處理技術研究、橋梁拼接技術研究、路面結構及路面再生利用研究、施工期交通組織及交通工程安全設施研究??傮w設計采用“兩側拼接為主、局部分離加寬”的擴建方式,擴建規模為4車道擴建為8車道,整體式路基寬度為42.5m、采用老路兩側各拼寬8.25m的拼寬方式,分離式路基寬度為53m,采用13.5m(新建)+26m(老路)+13.5m(新建)斷面,全線橋涵設計荷載采用汽車-超20級、掛車-120。全線改擴建橋梁233座/18252m,大橋特大橋20座/8717m,支線上跨橋53座。改擴建互通22處,新增互通3處,分離式立交114處,改擴建服務區6處。滬寧高速擴建工程(江蘇段)于2003年10月開工建設,2005年6月半幅擴建完成正常運行,2005年12月全線建成通車,全線恢復正常運營(圖2-5)。

圖2-5 改擴建完成后的滬寧高速公路(江蘇段)
滬寧高速公路擴建工程全線是在不中斷交通的條件下完成的,工程實施中既充分考慮了老路的利用,又對老路存在的病害進行了較為徹底的整治,工程建設既追求高質量又避免盲目高指標,在技術指標合理利用和舊材料利用方面取得了明顯的成績。改擴建后的滬寧高速公路,大大提高了車輛通行能力,車流更加順暢、快捷,行駛的安全性和舒適性,成為長江三角洲經濟騰飛的黃金通道。
滬寧高速公路(上海段)擴建前期研究工作于2004年開始,針對上海市軟土地基高速公路改擴建的工程特點和技術問題,結合本工程對高速公路拓寬技術展開研究,以實現“全殘值利用、零廢棄外運、多維度協調、高性能耐久”為目標,建立了一套適合于軟土地區的高速公路改擴建設計技術指標體系,在老路評價、舊料再生、地基處理、路基結合、路面拼接、橋涵拼接6方面進行深入研究,提出軟土地區高速公路改擴建工程成套關鍵技術。主要科技創新如下:①構建了新老路基變形協調與控制技術;②建立了基于壽命協調的舊路結構評價與利用技術;③創建了軟土地區高速公路拓寬工程協同設計方法與指標體系;④研發了零廢棄混合舊料利用和高性能加鋪材料設計技術;⑤提出了新老橋梁、涵洞協調變形控制指標和方法,以及橋梁上部結構拼接的新技術。成果全面支撐了上海滬寧、滬杭兩大高速公路擴容拓寬工程,顯著提高了上海門戶高速公路的通行能力和使用性能,實現了資源節約和環境友好的建設目標,取得2.1億元直接經濟效益,并有力保障了上海世博會超常規的公路交通運輸。作為示范,滬寧高速公路拓寬后已接待全國17個省市相關部門的觀摩學習,成功改變了上海高速公路的社會形象(圖2-6)。成果還在其他12項同類工程中得到推廣應用。

圖2-6 改擴建完成后的滬寧高速公路(上海段)
4.滬杭甬高速公路
滬杭甬高速公路是浙江省內第一條建成通車的高速公路,從嘉興開始,途經杭州、紹興,最后到達寧波市,全長248km,設計車速為120km/h,原為雙向四車道,1991年開工建設,于1996年全線通車。
隨著經濟高速發展,四車道高速公路難以適應交通量的迅猛發展,堵車和交通事故頻繁發生。為了確保高速公路的暢通,滬杭甬高速公路拓寬工程分三期實施:一期工程為杭甬紅墾至沽渚段,全長44km,于2003年年底建成通車;二期工程為滬杭楓涇至大井段,全長95.612km,于2005年底建成通車;三期工程為杭甬沽渚至寧波段全長80.82km,于2007年12月建成通車(圖2-7)。

圖2-7 改擴建完成后的滬杭甬高速公路(浙江段)
采取的擴建方式為兩側拼接,分段逐步實施,路幅寬度分路段采用6車道和8車道兩種。是國內第一條在不中斷交通、不對車輛進行分流的情況下,按照“邊營運、邊施工”方式實施拓寬改造的高速公路,實現了擴建、運營兩不誤。
滬杭甬高速公路改擴建也開展了系列專題科學研究:通車條件下橋梁拼接技術研究,深厚軟基高速公路拓寬工程關鍵技術試驗研究,小跨徑橋梁整體頂升技術研究,注漿法空心板梁絞縫維修技術研究,靜壓樁薄壁橋臺處理技術。主要研究成果:①提出了拓寬路基的總沉降、工后沉降及差異沉降控制標準;②提出路面改建宜積極考慮軸載分布變化及工期較長的特點,進行分車道分期實施的動態設計;③提出拼接橋的樁基礎沉降差≤5mm,適當加大拼寬橋梁的樁長,上部構造的剛性連接,在拼寬部分的梁板放置重物預壓。
5.佛開高速公路
佛開高速公路是廣東省通向粵西的交通大動脈,是全國高等級公路網國道主干線沈陽至??诟咚俟返囊欢危淦鹩诜鹕绞心虾^的謝邊,與廣佛高速公路相接,終于開平市的水口鎮,與開陽高速公路相連,途經佛山、鶴山、江門、新會、開平等市(區),全長80km,雙向4車道,設計速度120km/h。佛開高速公路是廣東省首次利用世界銀行貸款和按FIDIC條款對工程質量、工程造價、工程進度進行管理而建設的大型交通基礎設施項目,工程于1993年5月開工,于1996年12月工程全部完工并全線通車。
隨著交通量的增加,佛開高速公路進行擴建建設,佛開高速公路(謝邊—三堡段)改擴建工程,起于南海區謝邊,與廣佛高速公路連接,路線長度約46km,原位改造張槎、沙頭、龍山和陳山互通立交,新建南莊、吉利和大雁山互通立交,新建雅瑤服務區,主要結構物有特大橋、大橋13148m/16座,中、小橋1553m/41座,涵洞66道,互通立交7處,通道70座,服務區1個。2012年12月改擴建工程完成。
工程擴建規模確定為4車道擴建為8車道,主要拼接方案為:以兩側拼接為主,在通過佛山市路段(從汾江大橋北岸至北江大橋南岸)采用集散加快速的方式,即外側加寬車道設計速度為100km/h,主要供往返佛山市區域交通量的轉換,原道路維持原設計速度120km/h,供佛山以遠的車輛直行;在九江大橋路段采用單側分離擴建方案(圖2-8)。

圖2-8 佛開高速公路九江大橋段
施工期間交通組織方案:路基、橋涵下部結構施工階段,封閉舊路硬路肩,維持舊路雙向四車道通行;路面施工,橋梁加固、拼接頂升施工,上跨橋梁拆遷施工階段,半幅封閉,半幅維持雙向四車道通行;互通立交改造階段,以謝邊-張槎、南莊-新基田-沙頭-龍山、大雁山-陳山作為三個立交組,始終保持每個立交組中至少有一個立交能夠正常通行;施工區長度為3~5km,中央分隔帶開口長度65~200m,施工區限制速度不宜低于60km/h(圖2-9)。

圖2-9 佛開高速公路施工圖期間交通組織
為提高工程的質量,業主會同有關單位進行5個專項研究:橋梁設計荷載技術標準專題研究、橋梁拼接方案技術研究專題研究、軟土地基處理及路基拼接技術專題研究、節約用地措施專題研究、交通組織總體方案專題研究。主要研究成果:①對于分離式路段的橋梁設計荷載,舊橋仍執行“舊橋規”,新加寬橋梁執行“新橋規”;對于整體式路段的橋梁設計荷載,需拼接橋梁的新加寬部分執行“新橋規”,拼接成整體后的橋梁極限承載力需符合“新橋規”,正常使用狀態按“舊橋規”驗算。②簡支空心板:采用鉸縫與整體化層共同連接,新梁架梁并預壓3~6個月后實施拼接;預應力混凝土T梁:縱縫拼接通過橫隔板和翼緣板與舊橋實施拼接。根據聯長新梁架梁并預壓8~12個月后拼接。新舊結構間的中橫隔板板連接,端橫隔板不連接;連續箱梁:考慮到橋梁聯長較長及新舊橋收縮徐變的影響,采用D80縱向伸縮縫臨時拼接,成橋運營2~3年后再進行永久剛性拼接施工。③對于加寬路基軟基處理采用復合地基方法(如水泥攪拌樁、素混凝土樁以及PHC管樁)進行軟基處理,對于路基拼接段采用提高壓實度、應用土工合成材料和挖臺階等幾種措施提高路基拼接質量。
6.西潼高速公路
西潼高速公路是陜西最早修建的第一條高速公路,是潼寶高速公路的重要組成部分,路線全長163.4km,其中,潼關至華陰段設計速度為100km/h,路基寬24.5m,華陰至西安段設計速度為120km/h,路基寬26m;西安繞城高速公路北段設計速度為120km/h,路基寬度35m,除西安繞城高速公路為6車道外,其余路段均為4車道高速公路技術標準。
隨著區域經濟的快速發展,西潼高速公路的4車道通行服務能力已無法跟上經濟發展的節奏。西安至潼關高速公路改擴建工程于2008年10月全面開工,其中潼關至華陰段采用設計速度100km/h的雙向8車道高速公路標準,整體式路基寬度為41m;華陰至西安段采用設計速度120km/h的雙向8車道高速公路標準,整體式路基寬度為42m。
西潼高速公路改擴建采用兩側直接拼接加寬為主,局部分離的擴建方案。施工組織是采用“邊施工邊通車”的模式,改擴建工程采用分項工程同步交叉施工、分幅通行的施工方法,對處于同一施工序列的分項工程合并考慮;拼寬路基施工維持既有四車道的通行,路面施工維持2至4車道的通行。2010年西潼高速公路改擴建工程正式建成,由4車道擴容至8車道的西潼高速公路,徹底改變了以前車輛擁堵的狀況。圖2-10為西潼高速公路改擴建前和改擴建后的道路情況。

圖2-10 西潼高速公路
西潼高速公路的主要技術創新:①路基差異沉降控制技術,為減少濕陷性黃土地基濕陷量,降低路基工后差異沉降,主要采用五種地基處理方法:重錘夯實+砂礫回填處理新路基、灰土擠密樁+灰土墊層處理新路基、水泥攪拌樁+灰土墊層處理新路基、碎石擠密樁+砂礫墊層處理新路基及拋石擠淤處理新路基處理。②舊料的再生利用技術,銑刨料分別采用泡沫瀝青冷再生和水泥廠拌冷再生,節省造價2800萬元;廢舊輪胎加工成橡膠粉改性瀝青作為應力吸收層的結合料,既解決反射裂縫、滲水等問題,又變廢為寶,減少了環境污染。