改擴建與百年平安品質工程

文

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，交通流量的不斷增長，早期修建的高速公路通行能力已滿足不了出行需求，服務水平嚴重下降，改擴建成為高速公路提質升級的重要舉措。而國民經濟實力和信息化、智能化產業(yè)的發(fā)展，對高速公路改擴建也提出了更高的要求，創(chuàng)建“百年平安品質工程”理念深入人心。在該背景下，高速公路改擴建存在著亟待聚焦的共性技術問題，應及時梳理和建議，為后續(xù)高速公路建設提供一定的借鑒和參考。

1988年，中國第一條高速公路——上海至嘉定高速公路正式通車。1998年，我國高速公路通車里程8733公里。截至2019年底，我國高速公路總里程突破15萬公里，雙向八車道高速公路達5000公里，高速公路高質量發(fā)展加速，朝著“交通強國”的戰(zhàn)略目標闊步前進。目前，國家高速公路網骨干通道交通量持續(xù)增長，早期修建的高速公路逐漸飽和，如圖1所示，全國高速公路擁堵程度較為嚴重，服務水平明顯下降，既有高速公路擴容改建的需求突出，改擴建成為高速公路提質升級的重要手段。

2010年之前，我國相繼完成了廣佛、沈大、滬寧、滬杭甬等1000公里左右的高速公路改擴建工程建設。從2010年到2015年，又接連開展了連霍、京港澳、福夏漳、呼包、沈繞、寧合、昌樟、桂柳、西潼、西寶等約2000公里的高速公路改擴建工作。當前，濟青、京滬、京臺、濟廣、昌九、柳南、京藏、杭金衢、沈四、長四、吐烏大、烏奎、漳龍、合安、合寧、合蕪等約4000公里的高速公路改擴建工程正在如火如荼的建設過程中（部分剛剛建成通車）。

高速公路改擴建工程從最開始的初步嘗試，到積極探索、多模式融合，再到精準施策、全面提升，一直發(fā)展到現(xiàn)在的科學規(guī)劃、高質量發(fā)展理念全面落實，在這個過程中開辟了一些新思路，積累了一定的工程建設經驗。現(xiàn)階段的高速公路改擴建追求的是更高質量的工程建設標準，更高安全的施工保障措施，更高要求的生態(tài)環(huán)保和文明施工，倡導建設“品質工程”“平安工程”“綠色工程”“智慧工程”。

圖1 全國公路交通擁堵分布圖

技術需求現(xiàn)狀

圖2 高速公路改擴建技術需求

高速公路改擴建工程不同于新建工程，有其自身的建設特點。改擴建工程施工期間，為保障道路通行能力，減少對周圍路網交通流量和正常社會秩序的影響，需要“邊通車，邊施工”，大大增加了工程建設的難度，還有新舊橋梁、路基拼接、新老規(guī)范差異大等問題，改擴建工程還存在一定的建設難度。

邊通車邊施工，施工難度大

改擴建施工過程中，需要一邊保障道路通行能力，一邊開展施工作業(yè)，其不利因素主要體現(xiàn)在以下3個方面。

首先，施工期間，車輛正常通行，對于交通、施工組織方案提出了更高的要求。研究制定合理的交通組織方案，對保障施工區(qū)車輛通行的便捷及安全具有十分重要的意義。橋梁、路面施工無法一次性完成，需兩次轉序（將車輛全部導改至半幅四車道通行，另外半幅四車道封閉施工）后，才能夠完成全部施工工序。

其次，交通安全設施不足與管控困難。在邊通車邊施工的情況下，雖然路側設置了移動鋼護欄等防護措施，也采取了限行限速措施，但由于移動鋼護欄的防撞能力不足，管控措施無法有效限制主線通行大型車輛等原因，道路通行車輛會對路側施工作業(yè)人員帶來較大安全隱患。

再次，容易發(fā)生交通擁堵。為滿足快速施工要求，壓縮道路通行車道數量，會大大降低道路通行能力，很大可能會引發(fā)道路擁堵現(xiàn)象。

新舊結構拼接問題突出

新舊結構規(guī)范標準存在較大差異，要選擇合理的技術標準，才能做好新舊結構的拼接。新舊結構的拼接主要體現(xiàn)在兩個方面。

一方面是新舊路基的拼接。舊路基已運行近20年，理論上固結沉降已經完成，處于穩(wěn)定狀態(tài)，新路基建設完成后，在自重應力作用下會產生一定的固結沉降，加上交通荷載作用，新舊路基之間必然會產生一定的不均勻沉降，新舊路基間沉降差異會對路面結構下承層和內部受力產生巨大影響，對道路行車安全和舒適性也會產生一定的影響。

另一方面是新舊橋梁的拼接。新橋與舊橋參照的標準規(guī)范不同，梁高差別較大，需要選擇一個合理的標準。新舊橋梁之間的差異沉降容易造成橋梁之間的接縫出現(xiàn)開裂，由于施工過程中，道路上有車輛正在行駛，因此，新舊橋梁濕接縫澆筑后，車輛通行過程中產生的振動荷載必然會對澆筑的濕接縫產生一定的擾動，導致濕接縫與兩側梁板之間的黏結較差，濕接縫受擾動，自身的強度也會受到影響。

廢棄材料再生利用問題突出

改擴建工程由于自身的工程特點，會產生大量的漿砌圬工、瀝青路面回收材料、大宗固體工業(yè)廢棄物、廢舊交安護欄等。合理、高效地利用這些廢舊材料，是建設綠色工程、實現(xiàn)資源節(jié)約、循環(huán)低碳的重要舉措。資源再生利用主要體現(xiàn)在3個方面。

圖3 RAP中新舊瀝青的混合狀態(tài)

圖4 路面病害類型復雜

一是瀝青路面回收材料（RAP）的高值化再生利用。高值化利用是指將銑刨料作為再生路面材料的骨料。為保證新舊路基的整體性和穩(wěn)定性的統(tǒng)一，改擴建施工過程中，需要對舊路開挖臺階，銑刨老路面，從而產生大量的路面銑刨料，如果將銑刨料用來修整便道或作為臺背回填的材料，則不能實現(xiàn)銑刨料的高值化利用。

據統(tǒng)計，當采用乳化瀝青冷再生代替ATB柔性基層時，每生產1噸乳化瀝青冷再生混合料可節(jié)省石料700千克至900千克，節(jié)省瀝青15千克，節(jié)省能耗133兆焦耳，減少1.1千克等效二氧化碳、0.02千克等效二氧化硫和0.06千克顆粒物排放。然而，現(xiàn)有的銑刨料再生利用技術雖取得了一定的工程應用，但由于需要專門的再生拌和設備，且設備價格較高，施工組織安排不合理。RAP中的舊瀝青與新加入瀝青的混合效果差，也是瀝青路面回收材料高值化利用的一大難題。如圖3所示，RAP中的舊瀝青與新瀝青的混合狀態(tài)有三類：無混合狀態(tài)、部分混合狀態(tài)和完全混合狀態(tài)。在再生路面材料回收利用過程中，銑刨料中的舊瀝青和新加入瀝青基本是處于無混合或者部分混合狀態(tài)，集料與瀝青間的黏附性能不佳，所以再生混合料路用性能較差，導致銑刨料的再生利用未能廣泛推廣應用。

二是既有板梁橋的精準評價與加固利用。改擴建工程中，如果能最大程度利用既有板梁橋，不僅能夠節(jié)省大量的工程投資，還能很大程度上加快施工進度，縮短工期。按照現(xiàn)行荷載標準規(guī)范，通過簡化的計算方案，多數橋梁不能滿足承載力要求，需拆除重建。大部分橋梁工作狀況均處于良好狀態(tài)，能夠滿足當前承載能力的要求，因此，需對既有板梁橋的狀況進行準確評價并采取適當的加固措施（不可加固過度）后可繼續(xù)使用，不至于拆除。

三是廢舊交安設施與護欄的再利用。濟青高速公路改擴建工程取得了一定的研究和應用成果。舊路的交安設施和護欄是按照舊版《公路交通安全設施設計規(guī)范》（JTG D81-2006）標準執(zhí)行，經過十多年的發(fā)展，舊路交安設施和護欄不能滿足現(xiàn)行《公路交通安全設施設計規(guī)范》（JTG D81-2017）標準規(guī)定，原有舊設施和護欄不能直接利用，通過加固翻新后再利用的價值有待商榷，加固翻新、往來運輸成本較高。

道路病害精確診斷難度大

舊路經過長期運行，瀝青路面在高溫時產生泛油，在車輛荷載的作用下會出現(xiàn)車轍、擁包，嚴重時產生坑槽、深陷等病害，如圖4所示。溫度驟降和路面材料收縮會造成橫向裂縫，路基不均勻沉降和施工問題等會造成縱向裂縫。瀝青老化和黏附性能變弱會造成麻面現(xiàn)象。多種病害的影響因素多、損壞源復雜、病害差異大、精確診斷難度大，道路病害對癥改造難度大。

圖5 目前我國高速公路改擴建工程建設中的共性問題、技術瓶頸亟待厘清。

預制裝配化施工要因地制宜統(tǒng)籌安排

實現(xiàn)工廠化預制、裝配化施工，應從設計階段開始謀劃。首先，臨時性預制裝配場站建設費用投入較大，因此要對位置、規(guī)模、運輸條件、建設標準等做統(tǒng)籌考慮；其次，從工廠化預制的角度來考慮，構件的結構形式和尺寸不宜過多，但考慮到舊橋的情況，改擴建工程中構件的結構形式和尺寸較多，批量化、規(guī)?；念A制裝配生產和施工，要在設計上統(tǒng)籌考慮；再次，裝配式施工技術只有少數人掌握，施工經驗缺乏，目前沒有專門針對公路橋梁預制裝配相關的設計和施工規(guī)范標準。上述種種原因阻礙了預制裝配技術在高速公路改擴建工程中的推廣應用。

智慧公路建設需求高

廣大民眾對于出行服務品質提出了更高的要求，這對高速公路建設者在智慧高速公路、智慧服務區(qū)等方面的建設水平和能力提出了挑戰(zhàn)。智慧高速公路建設的含義十分廣泛，是基于智能化、信息化、網絡化、自動化科技背景下的一種大數據整合利用技術，集智慧、安全、綠色、高效于一體。改擴建是提高道路通行能力和服務水平的最有利時機。

現(xiàn)階段實現(xiàn)的智慧高速公路建設并不是指車路協(xié)同網聯(lián)條件下的自動駕駛，而應是指基于當前交通車輛條件下能夠讓駕乘人員有更直接、更實用、更便捷的智能化出行體驗。短期內自動駕駛技術無法實現(xiàn)全車道、全路段內正常行駛。智慧高速公路建設需確立合理、可靠、明確的目標和定位，在改擴建過程中可按照立足于解決現(xiàn)實問題、運管高度智能、標準適度超前、瞄準行業(yè)前沿的原則，分階段漸進式推進，以取得實效為基礎，探索前沿技術。

對策與措施

在高速公路改擴建面對新的技術需求和時代需求下，打造“百年平安品質工程”，首先要確立明確的建設目標，起點高，終點才能高。有了明確的目標，全體建設者才會共同朝該目標去努力爭取，并且牢固樹立質量第一的工作原則。相關技術領域的具體需求和措施，如圖6所示。

面向公眾的施工期交通動態(tài)組織與車道級導改關鍵技術

針對高速公路改擴建工程中強化施工安全管理和提高車輛通行效率的需求，綜合運用電子高精度地圖采集、北斗數字差分定位、多源異構大數據融合、輕量化圖形數據分發(fā)等新興技術，攻克分米級道路基礎設施快速數字化、網聯(lián)環(huán)境下交通狀態(tài)規(guī)?；兄?、車道級交通流智能調度組織，以及車輛通行誘導信息發(fā)布標準化等技術難題，構建多源異構大數據庫，開發(fā)智能交通誘導監(jiān)控信息平臺，通過GIS技術、數據庫技術、數據挖掘技術實現(xiàn)交通數據處理、參數預測、狀態(tài)分級、擁堵可視化、交通誘導等功能，形成高速公路改擴建工程智能交通誘導一體化解決方案，提高高速公路改擴建工程運營安全管理智能化、信息化、精細化、標準化建設水平，保障高速公路改擴建過程中運營安全與通行效率。

圖6 百年平安品質工程需求與措施

新舊路基差異沉降控制技術

新舊路基不均勻沉降會影響道路行車舒適性和安全性。面對新舊路基不均勻沉降的問題，應采取全過程施工質量控制解決差異沉降。路基處置深度是控制新舊路基差異沉降的關鍵因素之一，基底處理采用沖擊碾沖擊壓實，然后利用碎石換填，換填厚度不小于30厘米，以利于地表水排出，提高路基的水穩(wěn)定性。路基填筑采用分層碾壓的施工工藝，提高路基填筑的壓實度，路床部分采用3%至4%水泥土壓實養(yǎng)生處理，并鋪設不少于兩層的高強度土工格柵，提高路基的整體穩(wěn)定性，水穩(wěn)層水泥膠凝材料摻量不宜過高，在滿足最低強度要求的情況下，盡量降低水泥摻量，防止水穩(wěn)層開裂造成路面層的反射裂縫。新舊路基搭接處應開挖臺階，進行錯臺搭接，加強新舊部分的整體結構性和變形協(xié)調性。

圖7 施工轉序交通導改

圖8 碎石換填與水穩(wěn)層施工

圖9 預制裝配橋梁立柱及涵節(jié)

圖10 智慧高速公路建設思路

圖11 2019年，山東高速公路建設里程達到2384公里，其中新建1421公里、改擴建963公里。

預制拼裝施工質量控制技術

預制拼裝技術在工業(yè)與民用建筑領域應用較為廣泛，技術也相對成熟，在城市道路橋梁建設中也得了一定的應用推廣，上海S3和S7公路、上海軌道交通11號線和17號線、江西南昌洪都大道、新疆烏魯木齊東進場高架橋等均實現(xiàn)了上下部結構全預制拼裝，目前在高速公路改擴建工程建設中的應用還處于初期階段。首先，從節(jié)約工程建設投資方面考慮，建設永久性預制場站是一種經濟合理的方式；其次，應從設計階段統(tǒng)籌謀劃，優(yōu)化構件形式和截面尺寸，減少模板類型；再者，應加強現(xiàn)場預制和施工質量控制標準體系建設，指導現(xiàn)場施工。讓預制拼裝技術在高速公路改擴建中真正意義上實現(xiàn)標準化設計、裝配化施工，專業(yè)化管理。

明確智慧高速建設思路

面向未來智慧、安全、綠色、高效的智慧高速公路，短期內要想實現(xiàn)全路段的自動駕駛和車路協(xié)同，顯然是不現(xiàn)實的，自動駕駛車輛費用較高，真正的自動駕駛必須依靠車輛車載單元的信息接收與決策，自動駕駛車輛無法普及，無論高速公路建設得多么“智慧”，都實現(xiàn)不了自動駕駛的美好愿望。短期內智慧高速公路建設目標應該確定在完全不依賴車的情況下，最大程度為駕乘人員帶來更舒適的乘車體驗，解決駕乘人員對于道路交通和氣象信息，以及危險路段路況信息的及時發(fā)布和提醒。筆者認為，目前短期內智慧高速公路建設應確定在以下幾個方向。

第一，基于輕型客車專用車道和重載貨車專用車道設計的客貨分離行駛。目前，在建高速公路改擴建工程多為雙向四車道改八車道，車道數量增加后，提出專用車道設計技術，有助于提高道路車輛通行安全性，提升道路通行能力，節(jié)省改造投資，降低車輛排放，為未來智能交通和自動駕駛創(chuàng)造條件。

圖12 高速公路改擴建工程逐漸成為提高通行能力、提升服務水平、改善出行體驗的“鑰匙”。

第二，道路交通、氣象、導改、封閉信息實時更新發(fā)布。通過交通、氣象信息等前端信息，采集傳感器實時獲取道路信息，通過后臺內置處理算法預測交通運行環(huán)境、運行狀態(tài)、數據分析與事件。并通過多媒體手段（可變信息情報板、可變信息標志牌、導航軟件、電臺等）實時對外發(fā)布道路交通導改、封閉、路面交通狀況等信息，為駕乘人員提供及時可靠的決策信息。

第三，基于未來自動駕駛的基礎設施建設?？紤]目前的實際情況，適用于自動駕駛的車輛基本處于試驗場地測試和示范階段，未進入量產化生產與銷售階段，因此，現(xiàn)階段支持自動駕駛車輛行駛的路側單元設備配置的意義不大。但自動駕駛與車路協(xié)同是未來智能交通的發(fā)展方向，現(xiàn)階段高速公路改擴建應瞄準的方向是——在自動駕駛車輛達到一定規(guī)模和數量時，高速公路應具備配置相關路側單元設備的能力。

我國高速公路改擴建工程建設事業(yè)正在蓬勃發(fā)展，向“交通強國”戰(zhàn)略不斷邁進。隨著交通行業(yè)科技水平的不斷提升，高速公路改擴建工程建設也會向更高水平邁進?！拔磥淼穆贰比沃氐肋h，因此，我們應該以發(fā)展的眼光看待高速公路建設，以更高標準要求自己，高起點謀劃、高標準建設、高質量推進，加快推動“百年平安品質工程”在高速公路改擴建中的落地實施。