高速公路改擴(kuò)建必要性及評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

李 成

(中鐵十三局集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116083)

0 引言

近些年來隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大型車輛的載重量和數(shù)量都不斷增加，公路交通量和交通荷載也在不斷增加，原有的設(shè)計(jì)通行能力與日益增長(zhǎng)的交通需求之間的差距越來越大，高峰時(shí)段的服務(wù)水平已明顯降低，高速公路堵車現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，道路服務(wù)水平明顯下降，極大地影響了道路交通，導(dǎo)致運(yùn)輸成本提高，一定程度上阻礙了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。因此對(duì)早期建成的諸多高速公路急需進(jìn)行大修或者改擴(kuò)建來改善現(xiàn)狀。但是進(jìn)行高速公路的改擴(kuò)建工程投資比較大、建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)并且建成后難以更改，因此，在設(shè)計(jì)施工前對(duì)高速公路原有路基、路面工作狀態(tài)和結(jié)構(gòu)性能的分析與評(píng)價(jià)已經(jīng)成為不可或缺的研究工作，通過全面的分析與評(píng)價(jià)，為高速公路改擴(kuò)建工程提供有關(guān)初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)的詳細(xì)技術(shù)指導(dǎo)。

1 高速公路改擴(kuò)建必要性分析

就我國目前的情況來說，高速公路改擴(kuò)建是非常有必要的，其原因有如下幾點(diǎn)。

1.1 交通量的迅猛增長(zhǎng)

由于交通量的迅猛增長(zhǎng)，尤其位于東部沿海經(jīng)濟(jì)較為繁榮地區(qū)的主干高速公路，所承載的實(shí)際運(yùn)輸量已遠(yuǎn)超過建設(shè)初期的設(shè)計(jì)通行能力，帶來一系列的交通阻塞、交通事故，很多高速公路對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)輸量已經(jīng)不堪重負(fù)，因此通過對(duì)原有道路進(jìn)行拓寬擴(kuò)建來提高其服務(wù)水平和通行能力，從而滿足交通量的迅猛增長(zhǎng)的需求已成為必然。

1.2 舊的高速公路使用性能逐漸降低

車輛載荷和環(huán)境因素的持續(xù)反復(fù)作用會(huì)導(dǎo)致高速公路的使用性能逐漸降低，從而增加車輛的運(yùn)輸成本投入，包括配件消耗、燃油浪費(fèi)、行駛時(shí)間延長(zhǎng)等帶來的費(fèi)用消耗，導(dǎo)致交通事故逐年增多、道路損壞嚴(yán)重、運(yùn)輸效率降低，通過對(duì)高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建可以顯著提高其使用性能，這對(duì)降低維護(hù)和使用費(fèi)用都有很大的幫助［1］。

1.3 促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

高速公路網(wǎng)作為國防和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施中舉足輕重的骨干因素，其地位是毋庸置疑的。通過在一定區(qū)域內(nèi)構(gòu)建一個(gè)快速高效的交通網(wǎng)絡(luò)體系，可以強(qiáng)有力的推動(dòng)和促進(jìn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)多元化和經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，通過改善地區(qū)間道路交通條件，可以縮短空間距離，刺激地區(qū)城市間客貨運(yùn)輸發(fā)展，加強(qiáng)人員與物資交流，從而帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)、科技和文化的迅速發(fā)展。

1.4 減少“發(fā)展瓶頸”的出現(xiàn)

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與交通運(yùn)輸業(yè)繁復(fù)的交互循環(huán)與推動(dòng)促進(jìn)，一些主干高速公路的局部路段建成幾年后交通量就已經(jīng)飽和，這些地位突出、運(yùn)營10年以上的高速公路，初期的設(shè)計(jì)通行能力已不能承受現(xiàn)在交通、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展所帶來的龐大交通量，中東部地區(qū)重要的交通運(yùn)輸走廊繁忙擁擠現(xiàn)象嚴(yán)重。因此在保持適度新建工程的規(guī)模及速度的同時(shí)，我國的高速公路建設(shè)還必須大力擴(kuò)容路網(wǎng)，循序漸進(jìn)的加快改擴(kuò)建工程的速度和規(guī)模，減少“發(fā)展瓶頸”的出現(xiàn)。

1.5 地方規(guī)劃的需要

從地方規(guī)劃的需要、發(fā)揮通道資源優(yōu)勢(shì)考慮，進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建是首先要做的事，可以為后期的適應(yīng)地方規(guī)劃和開發(fā)旅游資源及推動(dòng)旅游事業(yè)發(fā)展工作創(chuàng)造必要的交通條件。

2 高速公路路面使用性能單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

我國高速公路路面類型有瀝青混凝土路面和水泥路面兩大類，其中前者屬于柔性路面而后者為剛性路面，路面景觀如圖1所示。

對(duì)于柔性路面，一般選取路面狀況指數(shù)PCI、路面車轍深度指數(shù)(Pavement Rut Depth Index，PRDI)、路面抗滑性能指數(shù)(Skidding Resistance Index，SRI)、行駛舒適性指數(shù)(Riding Quality Indes，RQI)等作為路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo);對(duì)于剛性路面，一般選取路面抗滑性能指數(shù)SRI、路面狀況指數(shù)PCI、行駛舒適性指數(shù)RQI等作為路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)［2］。

2.1 路面損壞狀況指數(shù)

在車輛載荷和自然因素作用下路面結(jié)構(gòu)變形損壞的程度可以用路面損壞狀況指數(shù)(PCI)來量化表達(dá)。作為反映路面損壞狀況的最佳指數(shù)，路面損壞狀況指數(shù)(PCI)能夠比較真實(shí)全面的反映路面的服務(wù)水平，一般以路面綜合破損率DR來作為調(diào)查指標(biāo)。

高速公路的路面損壞見圖2。

圖1 高速公路路面景觀圖

圖2 高速公路路面結(jié)構(gòu)損壞病害圖

根據(jù)路面結(jié)構(gòu)損壞程度的不同，一般將路面質(zhì)量分為五個(gè)等級(jí)，即優(yōu)、良、中、次、差，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［3］見表 1。

2.2 路面車轍深度指數(shù)

由于高速公路的車流量大、車輛軸載重、行車速度快、渠化現(xiàn)象重，導(dǎo)致車轍成為主要的路面病害之一(見圖3)。車轍嚴(yán)重時(shí)不僅影響行駛舒適性，使得車輛在行駛過程中出現(xiàn)顛簸，而且車轍產(chǎn)生的“溝槽效應(yīng)”將大大降低行車安全性。嚴(yán)重時(shí)將在雨季和冬季造成路面雨水匯集或者結(jié)冰，降低行駛車輛的制動(dòng)能力和操作穩(wěn)定性，使得交通事故的發(fā)生概率大幅提高。

表1 高速公路路面破損形式分類統(tǒng)計(jì)表

圖3 高速公路路面車轍病害圖

瀝青路面的車轍類型主要有結(jié)構(gòu)性、流動(dòng)性、壓密性和磨損性車轍。常見的車轍評(píng)價(jià)指標(biāo)有車轍深度(RD)、動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)(Ds)和相對(duì)變形率指標(biāo)(δ)，其中最常用的為車轍深度(RD)。

從行駛舒適性和安全性出發(fā)，一般路面使用性能調(diào)查指標(biāo)為車轍深度(RD)，而將反映車轍深度的車轍深度指數(shù)(RDI)作為路面使用性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。高速公路路面車轍評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［3］分為五個(gè)等級(jí)，如表2所示。

表2 瀝青路面車轍情況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 路面抗滑性能指數(shù)

路面的抗滑性能是指行駛在道路上的車輛，其輪胎在受到制動(dòng)時(shí)能夠抵抗沿路表面滑移的能力。行駛速度高時(shí)，路面抗滑性能差會(huì)使汽車在制動(dòng)時(shí)難以控制從而導(dǎo)致事故。

影響路面抗滑性能的主要因素有車輛的行駛速度、路面的潮濕程度、表面材料及施工設(shè)計(jì)特征［4］。如果輪胎與路面之間的抗滑力很小，尤其是在雨雪霧天或者人為因素導(dǎo)致的路面潮濕狀態(tài)下，極易發(fā)生輪胎對(duì)路面摩擦力降低導(dǎo)致的側(cè)滑，產(chǎn)生車輛滑溜事故。另外車輛在緊急轉(zhuǎn)向或制動(dòng)時(shí)，路面抗滑能力低下更易導(dǎo)致滑溜，增大事故發(fā)生率。

提高路面抗滑能力措施圖見圖4。

圖4 提高路面抗滑能力措施圖

通常由路況、行駛速度和測(cè)定方法等因素來確定路面的最低抗滑性能。一般可選取抗滑能力指數(shù)SRI或路面橫向力系數(shù)SFC作為評(píng)價(jià)指標(biāo)［5］。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為五個(gè)等級(jí)［3］，見表3。

表3 瀝青路面抗滑性能指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.4 行駛舒適性指數(shù)

行駛舒適性指數(shù)是路面使用性能的最佳評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以直接反映路面的服務(wù)水平和駕乘者的主觀感受。由于路面平整度不僅影響駕乘者的行駛舒適程度，而且對(duì)行車安全性、油耗、機(jī)械損耗以及速度等也有影響，因此行駛舒適性指數(shù)是以路面國際平整度(IRI)為基礎(chǔ)求得的。常用的斷面類路面平整度檢測(cè)設(shè)備多數(shù)是以標(biāo)準(zhǔn)車速(80 km/h)行駛來進(jìn)行路面平整度檢測(cè)，可以滿足高等級(jí)公路快速、大規(guī)模的檢測(cè)要求，直接得到國際平整度指數(shù)(IRI)。

高速公路路面平整度優(yōu)劣對(duì)比圖見圖5。

圖5 高速公路路面平整度優(yōu)劣對(duì)比圖

路面行駛舒適性分為五個(gè)等級(jí)［3］，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 高速公路路面行駛舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 高速公路路面使用性能單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

路基需要承受自重、路面結(jié)構(gòu)荷載，以及由路面向下傳遞的行車荷載，并且依照線路位置和一定技術(shù)要求修建的帶狀構(gòu)造物，同時(shí)，是整個(gè)道路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)［6］。

在車輛荷載和自然環(huán)境等因素的協(xié)同磨損作用下，路基結(jié)構(gòu)會(huì)遭到不同程度的破壞，使用性能逐漸降低最終導(dǎo)致不能滿足要求。路基的使用性能主要有結(jié)構(gòu)性和功能性，路基結(jié)構(gòu)性指結(jié)構(gòu)完好狀況，也可用路基的損壞程度來反映;功能性指路面基礎(chǔ)所能為駕乘者提供的行駛滿意程度，主要有路基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性、排水功能、邊坡和擋墻穩(wěn)定性等［7］。

路基施工圖見圖6。

圖6 高速公路路基施工圖

3.1 彎沉

彎沉值能夠量化表明路基路面承載力并且可以反映其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。路面強(qiáng)度一般經(jīng)彎沉檢測(cè)，實(shí)測(cè)彎沉值均應(yīng)大幅度的高于設(shè)計(jì)彎沉值，而當(dāng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)為中等以下時(shí)，常采取大修補(bǔ)強(qiáng)或進(jìn)行改擴(kuò)建來提高其承載能力。

3.2 路肩缺損度及清潔性

路肩不僅需要保證路基路面的整體穩(wěn)定性、及時(shí)排水保證路面干燥，在出現(xiàn)交通事故時(shí)還要確保臨時(shí)停車所需兩側(cè)最小寬度作為救援車輛的緊急通道(見圖7)。

路肩的主要作用是針對(duì)路面的，可以穩(wěn)定各層次的結(jié)構(gòu)、側(cè)向支撐基層、墊層和排除積水，其優(yōu)劣直接影響行車的安全暢通和路基、路面的強(qiáng)度、穩(wěn)定性［8］。

路肩整體性能的好壞可由其破損和清潔度來反映，通常用缺損度和清潔性作為其評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3 邊坡缺損度

邊坡主要用來保證路基免受沖刷從而保持必須的穩(wěn)定性、在一定程度上減少病害的產(chǎn)生，另外還可避免因降雨、洪澇等造成的水土流失，同時(shí)因植草護(hù)坡的原因還可以改善景觀效果、保護(hù)生態(tài)平衡(見圖8)。當(dāng)邊坡出現(xiàn)輕微破損如沖溝、缺口時(shí)，邊坡破損處會(huì)因?yàn)橛暄┧倪M(jìn)入而侵蝕土層導(dǎo)致?lián)p壞更加嚴(yán)重;當(dāng)邊坡破損嚴(yán)重時(shí)，路基土的強(qiáng)度、回彈模量和穩(wěn)定性會(huì)因?yàn)橛暄┧慕攵眲〗档?。所以，一般選擇缺損度作為路肩服務(wù)現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖7 高速公路路肩圖

圖8 高速公路邊坡示意圖

3.4 排水設(shè)施的排水性能及缺損度

排水設(shè)施的主要功能是保證路基路面常年處于干燥狀態(tài)，主要是及時(shí)排除路基路面范圍內(nèi)的雨雪水和人為造成的積水，提高行駛過程中的安全性(如圖9所示)。如果排水設(shè)施排水不通暢或被堵塞，排水不及時(shí)將會(huì)降低路基路面的穩(wěn)定性，因此可以真實(shí)反饋其整體性能的缺損度和排水性，這兩項(xiàng)因素可以作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.5 擋土墻

擋土墻主要是用來保證道路兩側(cè)土體的穩(wěn)定，防止路基填土或山坡坍塌而承受土體側(cè)壓力的墻體構(gòu)造物(見圖10)。當(dāng)其破損嚴(yán)重時(shí)，極易導(dǎo)致?lián)跬翂A斜、坍塌、失穩(wěn)甚至山體滑坡，嚴(yán)重威脅駕乘者的行車安全。因此一般采用可以反映擋土墻整體性能好壞的缺損度作為其評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 結(jié)語

從低碳、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)高速公路運(yùn)營評(píng)價(jià)和高速公路養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合高速公路建設(shè)工程特性，本文提出了適合于我國高速公路改擴(kuò)建工程既有路基路面的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖9 高速公路排水設(shè)施圖

圖10 高速公路擋土墻

由于本人水平有限，以及相關(guān)資料的搜索難度較大，對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程既有路基路面現(xiàn)狀的綜合評(píng)價(jià)研究仍有許多不足。指標(biāo)體系的建立僅僅是從整體線路出發(fā)，并沒有將服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、互通及涵構(gòu)造物等納入評(píng)價(jià)范圍之內(nèi)，這還需要優(yōu)化和增加。

［1］高艷玲，黃子航，楊培培.我國高速公路改擴(kuò)建的必要性分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009，22(209):80-82.

［2］陸 建，張國強(qiáng)，項(xiàng)喬君.高等級(jí)公路綜合養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.

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