高速公路拓寬設計難點淺析

徐 梅，鄭 杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

0 前言

我國的高速公路從無到有，從緩慢增長到迅猛發展。近些年來，為擴大內需、促進經濟的增長，加大了交通基礎設施建設的投入，高速公路的以每年2000 km的速度高速增長，到目前我國的高速公路通車里程已達7.4萬km。但由于早期的高速公路建設時，技術標準和規范不夠完善，施工工藝和管理經驗不足，技術落后，等級規模定位相對保守。隨著國民經濟的不斷增長，道路交通量不斷提高，汽車載重日益重型化，早起的高速公路服務水平逐年下降，路基路面的損壞日趨嚴重，已影響道路的正常使用，制約了區域經濟的發展，高速公路的改擴建已是擺在各省市公路建設部門面前的重大課題。

高速公路改擴建近幾年剛剛興起，拓寬技術還處于起步階段，從設計、施工，到相關規范、標準都不完善，從業人員的經驗也有所欠缺，大多的建設者都處于摸索、研究、總結的階段。本文通過對滬寧高速公路拓寬改建工程在設計中碰到的難點和問題，以及針對這些難點問題所采取的合理、科學的解決方法，為今后高速公路拓寬改建工程設計提供參考。

我國高速公路主要分布在我國東、中部及沿海發達地區，高速公路中絕大多數為雙向4車道。隨著經濟快速發展，物流產業的不斷升級，4車道高速公路顯然無法滿足這種日益增長的交通需求。高速公路擴建、擴容問題逐漸突出，滬寧高速公路是南京—上海間最便捷的汽車運輸通道之一，為了適應長三角地區城際公路交通一體化進程和滿足上海發展市域交通需求，江蘇省和上海市先后對滬寧高速公路進行了擴容改建。

下文通過滬寧高速公路上海段改擴建設計中遇到的一些難點，分析、闡述了高速公路改擴建的一些關鍵技術。主要分為以下幾個方面。

1 拓寬形式的選擇

道路的擴容方式一般有在既有道路周邊新建或加寬兩種（也稱之為擴容與擴建），這兩種方式中又自派生出了不同的擴建形式，每種形式中還有不同的具體擴建方案。新建的方案有：在沿既有道路一側開辟新線；在既有道路兩側分離定點直通專線道。加寬方案有:兩側拼接加寬或單側拼接加寬等。

如何選擇改擴建方案，不僅要及時地掌握道路病害的發生程度和發展狀態，還要正確選擇適當的改建方案。影響擴建方式選擇的主要因素有：路網總體規劃和布局；交通的適應性；建設投資費用；綜合運輸體系；周邊用地條件；環境狀況、地質條件及路網的管線布局等。這不僅僅是一個技術問題，還需要從管理、投資、社會影響等各方面進行綜合考慮，權衡利弊后做出最適合的決策。

滬寧高速公路根據交通需求特點、既有道路現狀情況、工期的要求、施工的技術設備條件等，論證確定拓寬道路的斷面形式及布置，最終選擇了“兩側拼接為主、局部兩側分離”的擴建形式（見圖1）。除因為橋梁結構和建設條件限制采取了主線局部分離形式，其余路段基本采用兩側拼接的擴建方式。

圖1 標準斷面圖

其優點如下：

（1）平面線位走向、縱斷面面均以老路為基準，占用土地少，可充分利用既有道路兩側已征用的土地，減少投資。

（2）原來的雙向4車道斷面直接拼寬成雙向8車道后，顯著的提高了斷面的通行能力。

（3）在整體式的道路上形式符合駕駛習慣，駕駛的視野很開闊，有利于緩解局部路段的交通瓶頸，不易產生整條高速公路無法運行的狀況。

2 施工期間的交通組織

由于滬寧高速公路作為互通密集的主干線高速公路，地處特殊的黃金地段，拓寬改建過程中要求正常運營，所以維持道路擴建期間老路的交通通行是改建進行的關鍵，也是難點。

滬寧高速主要承擔過境交通，其交通功能上體現“通道性”，其封閉施工對交通的影響與城市道路不同，將直接影響區域間的空間可達性。受路網密度等因素影響，施工期間很難采取強制路網分流措施。拓寬改建過程一方面對相關的匝道進行封面，影響了與周邊道路和其他相關高速公路的可達性和連通性，另外，施工必然會導致既有高速公路的通行能力降低。如何維持和保障滬寧高速公路原有的服務水平及其與周邊道路的可達性和連通性，如何通過交通組織降低滬寧高速公路施工對周邊道路、地區的交通影響是設計單位、施工單位及管理部門共同的課題。

在滬寧高速公路改擴建設計過程中，遵循以下幾點原則：誘導和控制相結合；多渠道分流,確保施工期間交通正常運行；合理控制對周邊道路的影響。

施工期間的交通組織內容及方案：期間的交通組織方案分階段主線交通組織方案、路網交通組織方案、路網信息發布方案、交通組織方案評估及應急預案等幾方面（見圖2）。

圖2 應急預案示意圖

根據以上原則，滬寧拓寬期間保通設計方案采用以下幾條措施：

（1）滬寧高速公路在施工期間始終維持雙向4車道或以上，在局部道路線形較差的路段，強調交通安全，通過設置限速標志、警告指示標志、防眩版、輪廓表等設施來改善交通安全。

（2）路網交通組織與交通誘導，主要考慮滬寧高速公路施工帶來的連通性和可達性問題，分別從高速公路網和地面干道線網來予以解決。曹安公路、金沙江西路、博園路及紀鶴公路等道路走向基本平行于滬寧高速公路，在滬寧高速公路南北兩側各形成一條高速公路分流路徑，解決了連通性問題。同時這些道路與高速公路和周邊地區出入口銜接也很便捷，是滬寧高速公路施工期間較好的分流道路。

（3）擴大信息的發布面，均衡路網交通負荷。一方面通過情報版等方式進行信息發布誘導，提前分流交通，減輕交通壓力；另一方面，若道路交通量已經飽和，處于較為擁堵狀態，可視情況采用一些強制措施使部分車輛改道行駛，避免更擁堵的情況產生。

在維持原路運行狀態下，進行改擴建是未來擴建工程的必然選擇。在實施操作過程中還需要從以下幾個方面予以改進和加強：交通安全方面問題；與周邊干線交通的施工組織計劃協調問題；車輛救援方面的問題；臨時性標線的設置等等都是在高速公路改建工程中困擾建設者們的難題。

3 老路路基路面病害的整治

經過多年的重荷載、大流量的交通運營，高速公路的路面和路基都存在著或多或少的病害，如何在拓寬過程中消除和治理這些病害，也是一大課題。

高速公路病害有車轍、裂縫、松散坑槽、泛油、麻面等。造成高速公路病害的原因主要有：軟弱地基路段預壓時間不夠，工后沉降過大，路基壓實度不夠，地基處理不當，構造物兩端填土壓實度不夠；雨水的侵蝕；施工工藝水平低；瀝青面層采用的材料及施工工藝不適合；瀝青混合料級配不佳；車輛大型化和嚴重超載現象造成高速公路破損。

高速公路拓寬設計之前需要全線測量、勘察，掌握道路病害的發生范圍、程度和發展狀態并且掌握原有路基的填料性質、原有路基邊坡形式、地質狀況、穩定狀態和現狀路堤的排水設施，排查分析造成這些路基路面病害的主要原因，采取適宜的路基改善措施。

經過調查分析，若老路病害是路面病害。面層問題通過老路銑刨加罩彌補。路面基層問題可以開挖后，水泥灌漿壓實，再鋪筑瀝青修復。

若老路病害是路基問題造成的，應對既有路基進行調查，包括路基強度、壓實度，路基沉降是否穩定等；對于路基強度、壓實度不能滿足要求，宜挖除重新填筑，或采用注漿等方法。若是沉降未穩定產生的，應推算地基殘余沉降，計算殘余沉降大于15 cm以上的路段，應考慮對地基進行處理。

4 新老路基之間裂縫的處理

對于拼接道路，最容易出現的病害是新老路結合部縱向開裂，新老路基結合處的處治也是工程的難點。

滬寧高速公路全線有軟基路段、挖方路段、高填路段等不同路基條件和形式，路基填料也各異，擴建工程在路基設計中首先需要解決的是路基拼接技術問題（見圖3）。

為了使拓寬路基與原公路路基之間保持良好的銜接，在不影響既有路基的穩定前提下，對拓寬部分采取合適的地基處理方式和路基填筑方案，將差異沉降控制在合理范圍內。若處理不當，一方面，易對已趨于穩定的老路路基產生附加沉降，導致老路路面的開裂；另一方面，易在新老路基間產生縱向開裂，出現不協調變形，影響車輛安全運營。設計團隊在設計過程中，參考了許多技術文獻并進行了各項專題技術研究，提出了路基拼接設計的沉降控制標準，并根據沉降控制指標設計了相應的地基處理方案和填筑方案，新老路基銜接則采用了“臺階開挖＋土工隔柵加固連接”的技術，同時提出了施工工藝技術要求及驗收標準，基本解決了新老路基的差異沉降及附加沉降問題。

“臺階開挖＋土工隔柵加固連接”的具體技術方案是：先開挖臺階，在既有路基邊坡上開挖臺階前必須進行清坡處理，清坡厚度大于30 cm，確保既有坡面防護植被的根系被清除。臺階開挖時應嚴格控制臺階開挖高度和施工工藝，一般路段第一級臺階開挖尺寸為150 cm×100 cm，以上各級臺階開挖為100 cm×67 cm。臺階開挖時按自下而上的順序開挖，開挖一階及時填筑一階拓寬路基，并分層碾壓至滿足路基壓實度要求。為增強新老路基之間的聯接，保證新老路基拼接部的土基強度，在沉降差異最明顯的路基基底和拉應力最大的路床、路面拼接部位鋪設一定數量的土工格柵。

5 軟土路基處理

滬寧高速公路沿線軟土地帶分布廣，軟基處理技術的選擇直接決定了高速公路改拓建成功與否，直接關系到施工完成后運營的效果，直接關系到道路養護成本。

滬寧高速公路拓寬設計中，在軟土路段全部采用了復合地基處理。在上海地區首次提出了采用PHC管樁、高壓旋噴樁進行復合地基處理。

軟土地基處理設計方案為：根據地質條件和填土高度，預應力管樁樁位在平面呈矩形布置，樁間距2.5～3.0 m，樁長28.0～34.0 m。管樁采用預應力高強混凝土管樁PHC（AB型），混凝土強度等級采用C80，直徑為400 mm，壁厚80 mm。設計單樁承載力不小于840 kN，復合地基承載力不小于170 kPa。

根據滬寧高速公路拓寬通車3 a來多來的運營狀況，實踐證明這樣的綜合處治方案是成功的，讓開車人充分享受著“高速、平穩”的舒適感。

6 橋梁拼接技術

橋梁結構拼接段，應高度重視新老橋基礎的差異沉降，橋梁縱縫拼接、局部老橋的拆除等也是橋梁專業碰到的難題。

對新建橋梁基礎進行仔細設計，合理布置縱縫，避免拓寬車道的車輛輪跡線和縱縫橫向距離過近而影響車輛行駛安全。滬寧高速公路擴建工程中橋梁上部結構以板式結構、組合工字梁及T梁結構、箱梁結構為主，根據橋梁拼接技術專題研究成果，主線橋梁采取上部構造相互連接、下部構造不連接的方式進行拼接，并采取了以下措施：

（1）一般情況下采取同跨徑、同結構進行加寬拼接。

圖3 新老路基拼接示意圖（單位：m）

（2）為提高拼接處構造的可靠性，設計在連接縫處加強配筋，并廣泛采用植筋技術。

（3）采取增加樁長，預壓新建結構，延遲接縫澆注時間等措施控制新建橋梁的基礎沉降。

7 道路排水

水是危害公路的主要自然因素。對于改拓建工程，原有的排水系統都遭到不同程度的破壞，改拓建過程中，不但要盡可能地利用原有的道路排水設施，還要提高道路的整體使用性能。

為了防止水對路基，瀝青路面的破壞，使滲入路面表面水減少到最小程度，排除進入路面內部的水分，設計排水系統由中央分隔帶排水、路面表面排水、路面內部排水和公路兩側邊溝排水四個系統組成。

7.1 中央分隔帶排水

由于滬寧高速公路基本采用兩側拼接拓寬的形式，中央分隔帶排水原則上利用既有排水設施，基本不作改建；局部排水設施損壞的路段考慮中央分隔帶鋪面封閉硬化處理。

非超高路段：該項設計只對中央分隔帶的橫向出盲溝采用接長至護坡以外即可。接長盲溝采用5 cm黃砂＋25 cm碎石＋土工布的布置。

超高路段段：對于原中央分隔帶的橫向排水管能滿足路基拓寬后的排水要求的，只需接長橫向排水管即可；對于原中央分隔帶的橫向排水管不能滿足路基拓寬后的排水要求的，在中央分隔帶邊緣增設集水井和橫向排水管。

7.2 路面表面排水

路面排水沿橫披至土路肩，采用坡面漫流。

7.3 路面內部排水

在基層頂面采用稀漿封層，同時沿路面外側邊緣設置縱向集水溝，溝內放Φ8軟式透水管，間隔40 m布設Φ10的PVC橫向出水管。滲入路面結構內的水分，先沿路面結構層的層間空隙橫向流入由透水性材料組成的縱向集水溝，并匯流入溝中的帶孔(或槽口)集水管內，再由布設橫向出水管排引出路基。

7.4 邊溝排水

一般路段采用預制塊梯形邊溝，邊溝尺寸為下底寬60 cm，高60 cm，梯形坡度1∶1，預制塊梯形邊溝由5塊C20混凝土板拼裝而成。路基邊溝坡度設置一般不小于0.3%，困難情況下可適當減小。雨水通過邊溝收集后，就近排入河道。

8 結語

現在滬寧高速公路拓寬改建工程已經完成且運營狀況良好，管理、設計、施工部門根據成功的實踐總結出了不少經驗。但總的來說，高速公路改拓建還只是剛剛起步，是一個新的課題，技術和經驗未完全成熟，會面臨新的問題，作為道路設計人員還應不斷去總結、積累寶貴的經驗。

[1]袁勝強，等.滬寧高速公路改擴建工程設計關鍵技術[R].上海：上海市政工程設計研究總院.

[2]上海市政規劃設計研究院，上海市滬寧高速拓寬工程建設指揮部.滬寧高速公路擴建工程施工期間交通組織的經驗淺談[R].

[3]上海市政工程設計研究總院.A11公路拓寬擴建工程道路工程施工圖原則[R].

[4]上海市政工程設計研究總院.A11公路路基拓寬關鍵技術研究[R].