京臺高速公路擴建工程方案研究

曾 勇

1 概述

京臺高速公路(編號 G3)是國家高速公路網(wǎng)的重要組成部分，是由華北地區(qū)通往華南及東南沿海地區(qū)的交通大動脈，也是安徽省規(guī)劃的“四縱八橫”高速公路網(wǎng)中“縱二”的組成部分，是縱貫安徽省南北地區(qū)的交通中軸線。對于加強華北地區(qū)與華南地區(qū)的經(jīng)濟聯(lián)系，推進區(qū)域經(jīng)濟一體化的進程具有重要意義。

擴建范圍為京臺高速公路小西沖至方興大道段，起點通過小西沖樞紐互通連接合寧高速公路，并通過合寧高速公路與合蕪、合徐、合六、合淮阜等高速公路連接成網(wǎng);終點位于方興大道分離立交起點，并通過方興大道互通立交連接方興大道，繼而與合肥市市政路網(wǎng)連接。

目前合寧高速公路大隴段已完成四改八擴建工程，錦繡大道、紫云路、方興大道分離立交已按八車道標(biāo)準建成通車，方興大道互通立交也已進入施工階段，并且互通立交范圍內(nèi)高速公路主線已按八車道標(biāo)準進行擴建，因此迫切需要對小西沖至方興大道段進行擴建，以便能夠適應(yīng)不斷增長的交通量需求。本項目的建設(shè)對于提高既有高速公路通行能力，改善合肥市對外出行條件，對支持合肥現(xiàn)代化濱湖大城市建設(shè)，增強合肥經(jīng)濟圈對外輻射能力都具有重要意義。

2 路線布設(shè)及主要技術(shù)指標(biāo)采用情況

2.1 路線布設(shè)

本項目起點設(shè)置小西沖樞紐互通連接合肥繞城高速公路，起點樁號 K1039+452，路線先后下穿繁華大道，上跨十五里河、錦繡大道、塘西河、紫云路，路線終點接方興大道分離立交起點，終點樁號 K1047+400，路線全長 7.948 km。路線終點通過方興大道互通立交連接方興大道及合肥市濱湖新區(qū)、經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)路網(wǎng)。

2.2 主要指標(biāo)采用情況

本項目起點通過小西沖樞紐互通連接合寧高速公路，終點位于方興大道分離立交起點，并通過方興大道互通立交連接方興大道。

已建成的三座分離立交橋和方興大道互通立交范圍內(nèi)高速公路主線均采用兩側(cè)拼接加寬的方式，下穿繁華大道上跨橋處路基邊緣距離橋墩最近為8.4m，可以滿足擴建加寬要求。

因此根據(jù)本工程的現(xiàn)狀條件，結(jié)合國內(nèi)其他高速公路的擴建經(jīng)驗，本段擴建從減少占地、節(jié)約造價等多方面考慮，采用原位擴建、直接拼寬的方式。

2.2.1 路線平面擬合設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有高速公路擴建的設(shè)計經(jīng)驗:“平面線形擬合的誤差與實測值原則上宜控制在 10 cm以內(nèi)”。本次設(shè)計中，路線平面線位參考 1998年合安高速施工圖設(shè)計和 2003年合安高速竣工圖設(shè)計資料。本次擴建路線樁號采用京臺高速營運樁號，設(shè)計范圍:K 1039+452～K 1047+300，對應(yīng)原合安高速樁號范圍:K 0+000～K 7+948。路線樁號轉(zhuǎn)換后根據(jù)外業(yè)實測數(shù)據(jù)和 1∶2 000數(shù)字地形圖進行擬合和誤差分析，最大限度地擬合出老路的實際線位。

路線勘測采用GPS-RTK和電子數(shù)字水準儀進行原有高速公路路面采點(主線拼接路基每 20m測量一組數(shù)據(jù)，分別布設(shè)在左右側(cè)中央分隔帶邊緣、左右側(cè)硬路肩外側(cè)邊緣以及左右側(cè)土路肩邊緣、坡腳和隔離柵外)，完成京臺高速公路路面采點測量里程7.948 km，小西沖互通匝道 2.53 km的路面采點測量，采集路面、橋梁、明蓋板結(jié)構(gòu)物平縱面控制點共 1 256組，并完成了全線被交路的外業(yè)測量工作。

統(tǒng)計分析的結(jié)果表明，中分帶左側(cè)實測點位有 93.92%的點位較差在-0.1m～0.1m，中分帶右側(cè)實測點位有 90.55%的點位較差在 -0.1m～0.1m，左右側(cè)實測點位平均有 92.24%的點位較差在 -0.1m～0.1m，最大負差 -0.194m，最大正差 0.188m，符合本次平面擬合控制的誤差要求，見圖 1，圖 2。

2.2.2 路線縱面擬合設(shè)計

根據(jù)GPS-RTK以及數(shù)字電子水平儀實測京臺高速路面散點的平面、高程資料，建立數(shù)字地面模型，以所有的橋梁橋面和明蓋板結(jié)構(gòu)物路面的實測標(biāo)高作為控制點對縱面進行了優(yōu)化擬合。本次縱面調(diào)整主要考慮按路面加鋪方案進行拉坡，寧填勿挖，并按現(xiàn)行JTG B01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準中設(shè)計速度 120 km/h高速公路的技術(shù)標(biāo)準要求對縱面進行調(diào)整，縱斷面最小坡長按 300m進行控制，左右坡度相差很小的相鄰變坡點進行合并，以改善縱面線形。

根據(jù)統(tǒng)計分析的結(jié)果表明，實測點位約有 97.78%的點高程值較差在 0m～0.1m，最大點高程值較差 0.14m，縱面擬合效果較好(見圖 3)。

本段原路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土，路面面層結(jié)構(gòu):4 cm抗滑表層 AK-13+6 cm AC-20+6 cm AC-25;本次新建路面結(jié)構(gòu):4 cm厚瀝青瑪脂碎石混合料(SMA-13，SBS改性)+6 cm厚中粒式瀝青混凝土(AC-20C，SBS改性)+6 cm厚中粒式瀝青混凝土(AC-20)+10 cm厚大粒徑透水性瀝青基層(AM-25，SBS改性)+36 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層 +15 cm厚低劑量水泥穩(wěn)定碎石 +15 cm厚級配碎石，新建路面為主線第三、第四車道及硬路肩。主線第一、二車道及左側(cè)路緣帶為改建路面，改建路面方案根據(jù)縱坡擬合情況確定，本次縱坡設(shè)計遵循寧填勿挖的原則，路面改建方案根據(jù)縱坡擬合高差和老路病害狀況分為以下三種情況:

1)縱坡擬合高差在 0 cm～6 cm之內(nèi)，上面層:4 cm～10 cm厚瀝青瑪脂碎石混合料(SMA-13，SBS改性)+原有路面中下瀝青面層 +原有路面基層+原有路面底基層。

2)縱坡擬合高差在 6 cm～12 cm之內(nèi)，銑刨原瀝青路面上面層，然后加鋪新建瀝青面層，改建后的路面結(jié)構(gòu)為:

調(diào)平層:6 cm～12 cm厚中粒式瀝青混凝土(AC-20C，SBS改性)。

3)路面病害嚴重時，挖除原路面，對原路床進行適當(dāng)加固處理，然后與新建路面同步攤鋪基層與面層，改建后的路面結(jié)構(gòu)同新建路面。

3 擴建工程特點、難點及對策措施

3.1 路基細節(jié)設(shè)計

伴隨著城市的快速發(fā)展，本項目所經(jīng)區(qū)域已規(guī)劃成為合肥市的濱湖新區(qū)和經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，道路兩側(cè)地表堆積大量的建筑垃圾和人工堆土，路基底部如果建設(shè)在此類雜填物上，將對拼寬路基的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。設(shè)計中通過現(xiàn)有道路的橫斷面地面線與項目竣工圖地面線對比，計算地表新增雜填物數(shù)量，采取挖除雜填物回填 3%石灰改善土處理。

3.2 路面方案

半剛性基層瀝青路面是安徽省已建瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)形式。半剛性結(jié)構(gòu)層具有承載力高、造價低和施工簡單等諸多優(yōu)點，也存在著不能避免反射裂縫及無法排水的缺陷。在已建成的道路中，均存在后期養(yǎng)護投入大的問題。

本項目作為國家高速公路網(wǎng)G 3的一段，同時也連接著合肥市外環(huán)高速和濱湖新區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，在很大程度上代表了安徽省高速公路的形象。設(shè)計中針對半剛性基層的工程特點“揚長避短”，在基層上部增設(shè)了 10 cm大粒徑透水性瀝青混合料AM-25(SBS改性)結(jié)構(gòu)層。

AM為單一粒徑骨架嵌擠型混合料，粗集料比例很大，形成的完整骨架嵌擠具有良好的高溫穩(wěn)定性，同時混合料的瀝青用量低，空隙率較大。設(shè)計利用其空隙率大的特點，消減裂縫尖端的應(yīng)力集中，阻礙反射裂縫的進一步發(fā)展。該結(jié)構(gòu)層在經(jīng)濟較發(fā)達的省份已開始使用，在安徽省為第一次采用。

3.3 橋涵擴建方案

新舊橋梁的拼接:為了盡可能消除新舊橋梁的不均勻沉降和保持上部結(jié)構(gòu)的整體性，原則上新舊橋梁下部構(gòu)造分離、上部構(gòu)造連接，并且新橋基礎(chǔ)也采用樁基礎(chǔ)形式。上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)形式與老橋相同，板梁與板梁之間采取橋面弱連接。新舊橋梁的橋臺采用適當(dāng)?shù)男问较嗥ヅ?，根?jù)跨徑和臺高，采用薄壁式橋臺或扶壁式橋臺與原U形橋臺拼接。

新舊涵洞的拼接:為了盡可能消除新舊涵洞的不均勻沉降和保持通暢，對軟弱地基路段的新建涵洞基底進行復(fù)合處理。圓管涵、蓋板涵等均采用相同的結(jié)構(gòu)形式相拼接。

道路凈空:全面調(diào)查核實跨越道路的橋梁橋下凈空，考慮高速公路擴建后新建橋梁因橋面橫坡的延續(xù)對橋下凈空的影響，本項目采取措施保持橋下道路凈空標(biāo)準不變。

橋梁跨徑:為便于新舊橋梁的拼接，擴建橋梁與相對應(yīng)的舊橋上部構(gòu)造采用相同的結(jié)構(gòu)形式。本項目擴建工程中，橋梁上部構(gòu)造標(biāo)準跨徑構(gòu)件主要有:10m，16m，20m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。

原有橋梁維修與加固:通過對本路段內(nèi)現(xiàn)有的所有橋梁進行全面科學(xué)的檢測，對沿線每座橋梁的強度、剛度、穩(wěn)定性進行評估分析，提出相應(yīng)的維修加固方案。

4 結(jié)語

根據(jù)本項目的實際功能及京臺高速拓寬改造技術(shù)的特點，特別是本項目不能中斷交通的實施條件，結(jié)合本路段的路網(wǎng)分布條件、沿線大型構(gòu)造物和互通的分布情況以及地形條件、地質(zhì)條件、人文環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等特點，最大限度地利用現(xiàn)有工程，合理選擇方案，減少對現(xiàn)有道路交通的影響，達到減少占地、降低造價的效果。

[1] JTG D 20-2006，公路路線設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 交通部公路司.新理念公路設(shè)計指南[Z].2005.

[3] 趙賽先.高速公路改擴建設(shè)計技術(shù)探討[J].山西建筑，2010，36(6):271-272.