淺談昌九高速公路改擴(kuò)建工程通遠(yuǎn)段關(guān)鍵技術(shù)方案

付凱敏，黃智華，黃 華，奚 進(jìn)

(1.昌九高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)辦公室，江西 南昌 330103;2.江西省交通運(yùn)輸技術(shù)創(chuàng)新中心，江西 南昌 330200)

0 前言

近幾年，隨著周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，區(qū)域交通量大幅增加，昌九高速公路現(xiàn)有四車道難于滿足通道交通量迅速增長的需求，基本接近二級(jí)服務(wù)水平通行的飽和狀態(tài)，局部路段降為三級(jí)水平，加上貨車所占比例較高，道路的通行條件差，特別是碰上冰雪天氣或節(jié)假日時(shí)，經(jīng)常造成嚴(yán)重的交通堵塞，給管養(yǎng)部門帶來極大的道路維護(hù)和社會(huì)輿論壓力。

為了提高道路通行能力和服務(wù)水平，適應(yīng)和進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，江西贛粵高速公路股份有限公司自2011 年就著手啟動(dòng)了昌九高速公路的改擴(kuò)建籌備工作，為打造昌九精品路，2012 年先行啟動(dòng)了通遠(yuǎn)試驗(yàn)段，以為昌九全線四改八積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備。

1 因地制宜，靈活設(shè)計(jì)

高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目不同于新建項(xiàng)目，不是一個(gè)從無到有的過程，而是一個(gè)從有到優(yōu)的過程，對設(shè)計(jì)的要求更高，需要設(shè)計(jì)單位開闊思路、創(chuàng)新方案，堅(jiān)持因地制宜、靈活設(shè)計(jì)的原則，切不可生搬硬套新建高速的一些常規(guī)方案。

1.1 通遠(yuǎn)“天門坎”18 m 路基拓寬方案

昌九高速公路老路幅“天門坎”路段原路基寬度僅為18 m，為滿足4 車道通行寬度，由于受右側(cè)G105 國道限制，原設(shè)計(jì)對左側(cè)山體路塹邊坡進(jìn)行開挖，拓寬為20.5 m。拓寬需對左側(cè)山體路塹擋墻進(jìn)行拆除后開挖，涵洞構(gòu)造物向左側(cè)拼接加長，同時(shí)需要采用框格錨桿對左側(cè)山體進(jìn)行加固處理。該拓寬方案嚴(yán)格按照8 車道高速公路分離式路基寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)，橫斷面滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。但向左側(cè)加寬2.5 m 路基所帶來的影響較大:一是需要拆除原有的路塹擋墻，破壞原有山體的支擋防護(hù)，既影響山體的穩(wěn)定，也造成原有資源的極度浪費(fèi);二是該路段地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖山體極易出現(xiàn)嚴(yán)重塌方。因此，原設(shè)計(jì)的20.5 m 拓寬方案雖能滿足規(guī)范要求，但造成的影響和付出的代價(jià)較大，有進(jìn)一步優(yōu)化的必要。

圖1 利用原兩側(cè)邊溝改造為20 m 路基

圖2 通遠(yuǎn)天門坎改建20 m 路基效果

項(xiàng)目在詳細(xì)調(diào)查路基實(shí)際情況前提下，提出了將原邊溝加鋪承壓式蓋板作為土路肩來提升路幅寬度(拓寬為20 m 路基)的方案，如圖1、圖2 所示。這樣一改，剛好契合了2015 年新出臺(tái)的《公路工程技術(shù)規(guī)范》靈活設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)有效避免了路基兩側(cè)因路塹邊坡開挖而出現(xiàn)坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。新的拓寬為20 m 路基方案充分利用了現(xiàn)有道路資源，合理布置橫斷面，避免了左、右側(cè)開挖而擾動(dòng)原有山體，充分體現(xiàn)了既尊重規(guī)范又不硬套規(guī)范的靈活設(shè)計(jì)原則。

1.2 老路幅雙向路拱橫坡方案

昌九高速公路改擴(kuò)建通遠(yuǎn)段主要采取“左幅分離新建、右幅利用老路改造”方式進(jìn)行改擴(kuò)建。其中，為解決通遠(yuǎn)“天門坎”段大縱坡、冬節(jié)冰雪天氣易堵車問題，“天門坎”路段采用左幅新建隧道分離方案(約占34%)，分離段前后采用左幅單側(cè)拼寬方案(約占50%)，終點(diǎn)采用雙側(cè)拓寬方案對接杭瑞高速九瑞樞紐互通(約占16%)。對于單側(cè)拓寬和分離方案路段，原老路幅均面臨著路拱橫坡調(diào)整的問題。

原設(shè)計(jì)按照常規(guī)做法，采用“拆除原中分帶，調(diào)整為單向路拱橫坡”方案，但該調(diào)坡方案主要存在以下問題:一是第1、第2 車道(輕型車道)加鋪結(jié)構(gòu)較厚，而真正承受重載作用的第3、第4 車道(重型車道)加鋪結(jié)構(gòu)很薄，沒有分車道發(fā)揮路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。二是原有的橋梁、明蓋板涵均需要拆除上部結(jié)構(gòu)、改造下部結(jié)構(gòu)，造成原有橋涵資源的浪費(fèi)，且影響工期。三是不利于路面排水，單幅同向四車道橫向排水是目前八車道高速公路的一大問題，排水不及時(shí)或不順暢特別容易造成交通事故。四是改造費(fèi)用較高。路面調(diào)坡一般采用瀝青結(jié)構(gòu)層，調(diào)坡所需的費(fèi)用相比保留雙向坡將近高出1 倍。

為此，項(xiàng)目打破常規(guī)、大膽創(chuàng)新，在建設(shè)過程中結(jié)合國外雙坡設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在《公路工程技術(shù)規(guī)范》對路面橫坡沒有嚴(yán)格規(guī)定的前提下，經(jīng)專家科學(xué)論證，第1 次在高速公路四改八項(xiàng)目中，嘗試采取保留雙向路拱橫坡方案，如圖3、圖4 所示。該方案在保證行車安全、舒適的前提下，有效地減少了路面調(diào)坡的工程量，每1 km 節(jié)省造價(jià)200 余萬元，同時(shí)解決了多車道路面單坡排水不暢的問題。

圖3 昌九高速通遠(yuǎn)“天門坎”路段原狀

圖4 昌九高速通遠(yuǎn)“天門坎”段雙向路拱效果

1.3 中分帶改造方案

原設(shè)計(jì)中分帶方案套用新建公路常規(guī)做法，即中分帶為倒梯形(上口大、下口小)狀、兩側(cè)設(shè)路緣石和波形護(hù)欄、中間培土種植綠化。原中分帶方案沒有結(jié)合高速公路改擴(kuò)建的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，若按照原方案施工，需要對老路進(jìn)行開膛破肚式的開挖，一則造成資源浪費(fèi)，二則后期質(zhì)量隱患較大(中分帶容易滲水)。

項(xiàng)目充分遵循改擴(kuò)建特點(diǎn)，在原中分帶新澤西墻“再生利用”方面挖掘潛力，由原設(shè)計(jì)的“就地拆除、遠(yuǎn)運(yùn)廢棄”方案變更為“就地拆除、移位利用”方案，用于改擴(kuò)建后的新中分帶，最后經(jīng)簡單裝飾處理后煥然一新，此舉可謂“一舉多得”，不僅安全可靠，而且節(jié)約了拆除、運(yùn)輸?shù)某杀?，避免了大量混凝土廢棄物的堆放，解決了廢棄物污染環(huán)境、占用土地資源的難題，如圖5、圖6 所示。

1.4 石拱涵高填方路基拓寬方案

通遠(yuǎn)天門坎18 m 路基右側(cè)LK92+200 ～LK92+500、左側(cè)LK92+360 ～LK92+410 段為高填方路段，在LK92+390 處有1 道1－4.0 m×3.0 m 的石拱涵，右側(cè)路基下邊坡設(shè)置有漿砌片石擋土墻。該路段由于路基寬度不足，同時(shí)又基本處于長下坡路段坡底車速最快的位置，重點(diǎn)要解決好加寬路基和保證行車安全的問題。

圖5 原設(shè)計(jì)中分帶方案

圖6 中分帶新澤西墻利用方案

原設(shè)計(jì)方案為“接長涵洞、加寬路基”，但由于該拱型通道是連通當(dāng)?shù)孛珮?、蘭橋、中嶺、分水等6個(gè)自然村與G105 國道的唯一通道，穿行交通繁忙，不具備中斷交通接長涵洞的可能。同時(shí)，該拱型通道原建筑材料為漿砌片石，并存在一定的病害，拼接施工必然對老涵造成擾動(dòng)，對老拱涵的安全穩(wěn)定造成影響。

項(xiàng)目廣開思路，跳出傳統(tǒng)思維，采用擋墻方案加寬路基，為確保老拱涵安全，借鑒“橋梁跨越”原理，左側(cè)采用“樁接墻”的加寬方案，即在拱涵兩側(cè)路基上采用人工挖孔成型樁基，避免對老拱涵的擾動(dòng)，然后在樁基上做砼擋墻，砼擋墻跨越老拱涵，這樣擋墻所受的荷載均通過樁基傳遞至下部，避免傳遞至老拱涵增加其所受荷載，如圖7、圖8 所示。為防止重型車輛下坡時(shí)沖出高填方路基，借鑒“橋梁防撞”原理，在右側(cè)漿砌片石擋土墻和左側(cè)新建砼擋墻上增加砼防撞墻，代替波形護(hù)欄防撞設(shè)施，防撞效果更為安全可靠。

圖7 拱涵高填方路基加寬“樁接墻”方案

圖8 拱涵高填方路段砼防撞墻

1.5 原有路基利用方案

昌九通遠(yuǎn)“天門坎”分離路段起點(diǎn)過渡段原有路基寬度為24.5 m，原設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照規(guī)范分離式路基寬度20.5 m 設(shè)置，導(dǎo)致老路基將有4 m 寬無法利用，造成原有路基資源的浪費(fèi)。因此，項(xiàng)目在改建過程中，跳開規(guī)范條條框框，充分利用原有路基資源，增設(shè)了左側(cè)硬路肩(寬度為3.75 m，實(shí)際充當(dāng)了爬坡車道的功能)，從而增加了1 個(gè)車道，如圖9 所示。該方案以最小的代價(jià)獲取了最大的效益，大大提高了通遠(yuǎn)天門坎爬坡路段的通行能力。

圖9 通遠(yuǎn)天門坎爬坡路段增設(shè)左側(cè)硬路肩

1.6 涵改橋方案

改擴(kuò)建工程最大的特點(diǎn)就是“施工干擾大、交叉施工多”。由于昌九改擴(kuò)建期間采取“保四通行”、“邊施工、邊通車”、“車輛不分流”的交通組織方案，既要保證上部高速通行，又要保證下穿公路正常通行，實(shí)施和管理難度極大，由此造成橋涵構(gòu)造物施工相互干擾、無法同時(shí)展開。例如通遠(yuǎn)老互通下穿箱型通道，是進(jìn)出著名的國家級(jí)廬山風(fēng)景區(qū)的主通道，若按照原設(shè)計(jì)的箱涵接長方案，則必然要中斷互通交通，將給項(xiàng)目和廬山造成極不利的社會(huì)影響。為此，項(xiàng)目另辟蹊徑，將原來的箱涵方案改為“樁接柱”的橋梁方案，確保施工時(shí)不影響下部匝道交通正常通行，該“涵改橋”方案不僅解決了施工中斷交通的難題，而且為項(xiàng)目爭取到了工期。如圖10。

圖10 廬山互通下穿箱型通道改橋方案

2 創(chuàng)新應(yīng)用，先試先行

2.1 漿砌片石橋涵拼接方案

昌九高速經(jīng)多次分期分幅改建而成，由于受條件所限存在設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低等問題，全線橋涵多為漿砌片石(松散體系)砌筑，經(jīng)過20 多年運(yùn)行后結(jié)構(gòu)自穩(wěn)性差，橋涵拼接施工稍有擾動(dòng)將引起坍塌。原設(shè)計(jì)漿砌片石橋涵拼接未考慮到該類橋涵獨(dú)特的特點(diǎn)，導(dǎo)致施工過程中部分橋梁臺(tái)背出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響老橋結(jié)構(gòu)安全。如圖11。

項(xiàng)目經(jīng)多方科學(xué)比選論證，及時(shí)調(diào)整為“抗滑樁安全支擋，新建幅橋梁分兩期建設(shè)”的拼接方案。如圖12 所示?？够瑯兜脑O(shè)置不僅獨(dú)具匠心，而又意義重大，在新建幅橋梁施工時(shí)，主要對老橋起到支擋作用，確保了老橋的安全穩(wěn)固;同時(shí)，在拆除老橋重建施工時(shí)，又充當(dāng)了新建幅橋梁的臨時(shí)側(cè)墻，保證新橋的安全穩(wěn)固。

圖11 橋涵臺(tái)背出現(xiàn)“開裂”

圖12 橋涵拼接施工抗滑樁

2.2 臨邊路塹邊坡開挖方案

昌九高速臨邊路塹多為石質(zhì)邊坡，若采取爆破施工，則飛石易危及行車安全。如何確保邊坡正常開挖的同時(shí)，又能保證高速的安全通行，項(xiàng)目千方百計(jì)破瓶頸，想方設(shè)法解難題，全線路塹邊坡全部采用機(jī)械開挖，同時(shí)在原高速硬路肩上設(shè)置防滾石的砼擋墻和鋼板相結(jié)合的臨時(shí)支擋體系，如圖13、14 所示。

圖13 高速臨邊邊坡開挖防滾石措施(單位:cm)

圖14 砼擋墻和鋼板相結(jié)合的臨時(shí)支擋體系

2.3 路面綜合排水方案

原設(shè)計(jì)中分帶、超高排水各為一體，而且沒有考慮路面內(nèi)部排水及臨時(shí)排水，導(dǎo)致排水設(shè)施重復(fù)埋設(shè)、老路內(nèi)外部水又無法排出。

項(xiàng)目從實(shí)際出發(fā)，堅(jiān)持“少破壞”“因地制宜，綜合利用”的原則，考慮如下因素:一是受高位水塘或水庫壓力水影響，老路幅路基滲水;二是新建幅路床高于老路路床，隔斷老路內(nèi)部水排出;三是新老路拼接區(qū)域未壓實(shí)相對薄弱環(huán)節(jié)，路面水沿該部位下滲造成路基軟化，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;四是老路床本身會(huì)積聚一定的結(jié)構(gòu)水，開挖得到證明;五是單側(cè)拼寬路段，設(shè)置縱橫向盲溝后，作為臨時(shí)排水通道。因此，在新建幅路基填筑至路床頂面標(biāo)高后，沿拼接部位增設(shè)縱橫向盲溝，將四套排水系統(tǒng)結(jié)合起來使用，形成“四位一體”“永臨結(jié)合”的排水系統(tǒng)。具體如圖15 ～圖20。

2.4 路基補(bǔ)強(qiáng)方案

原設(shè)計(jì)采用沖擊碾壓進(jìn)行路基補(bǔ)強(qiáng)，但是由于現(xiàn)場明涵分布密集，沖碾無法達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)時(shí)所需速度，所取得路基補(bǔ)強(qiáng)效果有限。因此，項(xiàng)目調(diào)整為新老路基拼接部位采用液壓式強(qiáng)夯，其它區(qū)域采用落錘式強(qiáng)夯的補(bǔ)強(qiáng)方案，二者有機(jī)結(jié)合，互為補(bǔ)充，相得益彰，確保不留死角。液壓式強(qiáng)夯主要針對新老路基拼接區(qū)域和橋涵臺(tái)背等難于碾壓密實(shí)區(qū)域，該部分區(qū)域是落錘式強(qiáng)夯的覆蓋盲點(diǎn)，原因如下:一是影響公路通行安全，嚴(yán)重威脅著駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn);二是落錘所產(chǎn)生的瞬間沖擊力較大，對原有路面結(jié)構(gòu)和橋涵會(huì)造成損傷。而液壓式強(qiáng)夯則剛好可以克服上述缺點(diǎn)，有效彌補(bǔ)落錘式強(qiáng)夯存在的不足。

圖15 老路路床低于新路路床

圖16 拼接部位滲水軟化路基

圖17 老路床滲出積聚水

圖18 拼接部位設(shè)置縱向盲溝

圖19 充當(dāng)老路幅臨時(shí)排水設(shè)施

圖20 雨天盲溝出水效果

昌九改擴(kuò)建項(xiàng)目在我省高速公路建設(shè)中首次引進(jìn)液壓式強(qiáng)夯新工藝，并在高速公路改擴(kuò)建中拓展了應(yīng)用范圍，形成了“高速公路改擴(kuò)建新老路基拼接液壓式強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)工法”。液壓式強(qiáng)夯作業(yè)靈活、快速、安全，非常適合落錘式強(qiáng)夯存在盲區(qū)的作業(yè)面狹小、大型機(jī)械運(yùn)行不便、小型夯實(shí)設(shè)備功率不夠的區(qū)域以及新老路拼接落錘式強(qiáng)夯存在安全隱患的部位。如圖21、圖22。

圖21 液壓式強(qiáng)夯

圖22 路基拼接區(qū)域液壓式強(qiáng)夯效果

2.5 超高排水方案

高速公路方案設(shè)計(jì)要綜合考慮后期的養(yǎng)護(hù)，項(xiàng)目在部分方案制定上吸收了管養(yǎng)單位的意見，在“合法合規(guī)，持久有效”的前提下，從利于后期養(yǎng)護(hù)管理出發(fā)，對部分方案進(jìn)行了調(diào)整。例如原設(shè)計(jì)超高路段為縫隙式排水溝，該類型排水溝后期養(yǎng)護(hù)困難，年久缺養(yǎng)容易失效。項(xiàng)目調(diào)整為敞開式排水溝，同時(shí)將超高排水溝和集水井移入中央分隔帶內(nèi)，不僅利于后期養(yǎng)護(hù)，而且行車更為安全，如圖23、24 所示。

圖23 超高縫隙式排水溝(單位:mm)

圖24 超高敞口式排水溝(單位:mm)

2.6 橋面碳纖維融冰技術(shù)

為解決冰雪天氣下橋面極易結(jié)冰引發(fā)重特大交通事故的“老大難”問題，項(xiàng)目辦廣開思路，另辟蹊徑，借鑒室內(nèi)碳纖維地暖原理，在國內(nèi)首次嘗試將碳纖維埋置于高速公路橋面鋪裝內(nèi)部，通電發(fā)熱后可以達(dá)到融冰除雪之目的，如圖25 所示。該技術(shù)克服了傳統(tǒng)融雪添加劑長期性能衰減的問題，對推進(jìn)道路融冰化雪技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。

圖25 橋面鋼筋網(wǎng)上綁扎的碳纖維

2.7 涵洞改造方案

高速公路改擴(kuò)建的一大難點(diǎn)就是“施工通車兩不誤”，為保證交通正常通行，需要想方設(shè)法采用“不中斷交通”“快速施工”的新技術(shù)、新工藝。由于歷史原因，昌九路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、服務(wù)年限長，多數(shù)涵洞病害嚴(yán)重，需要拆除重建。為此，項(xiàng)目在省內(nèi)首次嘗試?yán)娩摬y管加固，解決了傳統(tǒng)的由于施工導(dǎo)致中斷通行的難題。例如，對需要拆除重建的過水蓋板涵，在不影響過水?dāng)嗝娴那疤嵯?，?nèi)部套裝圓形鋼波紋管加固，改造成為圓管涵，從而避免對老路“開腸破肚”式的開挖;對于部分石拱涵通道，由于是地方出入的唯一通道，在不侵占通行凈空的情況下，借鑒隧道襯砌原理，采取內(nèi)部套裝加固法，側(cè)墻埋設(shè)型鋼并澆筑鋼筋砼，頂部利用鋼波紋管支撐于側(cè)墻型鋼上，鋼波紋管與拱頂空隙采取注漿封閉，有效解決了中斷地方道路、影響百姓出行的難題。

3 結(jié)語

高速公路改擴(kuò)建工程有著很強(qiáng)的自身特點(diǎn)，不同于一般的新建高速公路，應(yīng)緊密結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，堅(jiān)持“靈活設(shè)計(jì)、大膽創(chuàng)新”的原則，在充分尊重規(guī)范的同時(shí)，又不生搬硬套規(guī)范，方可制定出“經(jīng)濟(jì)合理、耐久適用”的方案。

［1］JTG D50－2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTG B01－2014，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］JTG D30－2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］江西省交通設(shè)計(jì)研究院.昌九高速公路改擴(kuò)建通遠(yuǎn)試驗(yàn)段天門坎18 米路基拓寬方案［R］.2015.

［5］江西省交通設(shè)計(jì)研究院.昌九高速公路改擴(kuò)建通遠(yuǎn)試驗(yàn)段施工圖設(shè)計(jì)［R］.2013.

［6］彭志群，王吉平.干線公路改造中城鎮(zhèn)段路線方案探討［J］.公路工程，2013，38(2):115－119.