高速公路改擴建工程四新技術(shù)應用

胡豐玲

(中設設計集團，江蘇 南京 210005)

1 引 言

截至2018年年底，國內(nèi)高速公路通車總里程已達14.26萬km，位居全球第一。隨著社會經(jīng)濟的快速增長，汽車保有量逐年增加，部分早期建成的高速公路，有些路段擁堵嚴重，已無法滿足日益增長的交通需求和沿線經(jīng)濟發(fā)展需求。自1999年廣佛高速公路完成拓寬改造后，國內(nèi)陸續(xù)有滬杭甬、沈大、滬寧、京港澳等高速公路進行了拓寬改造?？梢灶A見，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，高速公路改擴建工程建設將在今后一段時期內(nèi)，成為交通基礎設施建設主要工程內(nèi)容之一。

高速公路改擴建工程較新建工程要復雜很多，受制約的因素更多。不僅需要處理好與沿線地形地貌、國土規(guī)劃、生態(tài)紅線等關系，還需協(xié)調(diào)好新老路間的關系，處理好工程方案與施工組織及交通組織的關系。本文以京滬高速公路改擴建工程沂淮江段為例，針對改擴建工程出現(xiàn)的新問題、新困難，總結(jié)介紹了四新技術(shù)在改擴建工程中的具體應用。

2 項目概況

京滬高速公路沂淮江段是京滬高速公路重要組成路段，是江蘇省“五縱九橫五聯(lián)”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。改擴建工程起自京滬高速公路蘇魯省界，止于京滬高速公路正誼樞紐北側(cè)，全長約259.6 km?，F(xiàn)狀道路為雙向四車道，道路寬度為28 m，2000年建成通車。全線按雙向八車道高速公路標準擴建，采用沿既有公路兩側(cè)拼寬為主、局部分離為輔的總體擴建方案，設計時速為120 km/h。整體式路基寬度為42 m，雙側(cè)分離式加寬段新建分離式路基單側(cè)寬度為13.25 m。項目路途經(jīng)徐州、宿遷、淮安、揚州四市，地質(zhì)情況變化大，跨越多個地震烈度區(qū)，需跨越多條重要河道、航道、鐵路及公路，控制因素多，建設條件復雜；交通量大、重載車多，工程方案復雜，建設期施工組織、交通組織難度大。

3 四新技術(shù)應用

隨著社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展，一些新技術(shù)、新材料在實體工程中得到嘗試應用和不斷改進。高速公路改擴建工程相對于新建項目，需面對一些新的問題和困難，可以借助四新技術(shù)很好的解決，新技術(shù)如對正常運營老路進行快速高精度測量技術(shù)、對老路路基路面及構(gòu)造物進行無損檢測技術(shù)、老路拆除料再生利用技術(shù)、BIM技術(shù)、VR技術(shù)等，新材料如泡沫輕質(zhì)土、巖瀝青、高模量瀝青、不粘輪瀝青、勁性樁等。

3.1 工程測量新技術(shù)

相對于新建高速公路，改擴建工程需擬合老路平面及縱斷面線形、對既有構(gòu)造物進行拼接，因此需補充老路路面測量、既有構(gòu)造物細部測量等內(nèi)容。該部分測量工作精度要求高，測量時對老路通行影響要小，作業(yè)安全還應有保障。采用傳統(tǒng)常規(guī)測量手段，很難滿足上述要求，因此可借助機載激光雷達航空測量、車載移動激光掃描測量等新技術(shù)。

機載激光雷達航測技術(shù)可準確獲取地形三維信息、影像數(shù)據(jù)，快速制作大比例尺數(shù)字線劃圖、數(shù)字正射影像及數(shù)字高程模型。車載移動激光掃描測量技術(shù)是集激光掃描、全球定位系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、攝影測量、計算機等技術(shù)于一體的一種新型道路測繪數(shù)據(jù)采集技術(shù)，改擴建工程可用其測量老路路面。測量時對老路干擾小、安全性高，老路路面測量數(shù)據(jù)平面精度可優(yōu)于±5 cm、高程精度優(yōu)于±2 cm。根據(jù)車載測量數(shù)據(jù)對機載點云數(shù)據(jù)進行修正，并與之融合，可生成高精度的數(shù)字高程模型(圖1)，方便設計人員獲取道路全斷面數(shù)據(jù)，大大提高了效率。

圖1 數(shù)字高程模型(DEM)

3.2 基于BIM技術(shù)的可互動式交通組織設計

對日益繁忙的高速公路進行改擴建，需在保持運營狀態(tài)下實施。施工路段保通方案，應與各專業(yè)改擴建方案密切結(jié)合，而改擴建工程方案非常復雜，具體有主線一般路段、主線特殊路段(如路基改橋、橋梁拆除重建、縱斷面抬升等)、出入型互通式立交路段、樞紐型互通式立交路段、服務區(qū)路段、支線上跨橋拆除新建路段等多種情況，不同路段、不同施工階段交通組織方案不同，但均需要獲得路政、交警的認可，實施時建設單位也需與路政、交警等多部門聯(lián)合辦公進行保障，因此過程中需要與他們多次溝通協(xié)調(diào)。

針對施工期交通組織涉及部門廣、協(xié)調(diào)多、溝通難等問題，項目路自主研發(fā)了可互動式交通組織設計軟件，在BIM模型上直接進行施工期交通組織設計。不僅非常直觀的表達出不同施工階段、不同路段的交通組織方案，方便路政、交警等管理人員更好的理解方案；而且溝通時針對路政、交警等提出的調(diào)整建議，可實現(xiàn)“隨時修改即時展示”的功能，大幅提高了溝通和決策效率。

3.3 泡沫輕質(zhì)土的應用

在高速公路改擴建工程中，為減小新老地基不均勻沉降、降低工程造價、減少拆遷，在縱斷面抬升路段、深厚軟土路段、高填方但無軟土或硬殼層較厚路段、臨塘或鄰近廠房路段，可考慮采用泡沫輕質(zhì)土。

泡沫輕質(zhì)土作為一種新型路基填筑材料，具有容重小、施工便捷、固化后自立性好等優(yōu)點。在工程中其容重一般控制在500～800 KN/m3，約為常規(guī)路基填料的1/3，大幅降低了填土荷載、減小地基附加應力。澆筑后具有高流動性和填充自密實特性，施工作業(yè)面小、施工時不需機械碾壓和振搗，故施工便捷，適合改擴建工程空間受限或工期受限等段落；澆筑固化后具有自立性，因此當路側(cè)臨近有建筑物時可減少用地及拆遷。

泡沫輕質(zhì)土澆筑時應根據(jù)設備產(chǎn)能合理劃分澆筑區(qū)，澆筑區(qū)內(nèi)單個澆筑層可在初凝時間內(nèi)澆筑完畢，單個澆筑層澆筑方量不超過200 m3。一般采用水平分層澆注施工，上層澆注層僅當下層澆注層終凝6～8 h時間后方可澆注施工。

3.4 路面新材料——中面層改性劑

近些年，車轍已成為高速公路瀝青路面的主要病害之一，與之相關的養(yǎng)護費用占比較高。車轍發(fā)生的外部因素主要為高溫、重載、長上坡、施工質(zhì)量等，而內(nèi)部因素主要為中面層設計，因為瀝青路面車轍變形的50%以上來自于路面頂面以下6～12 cm的中間層位。高速公路改擴建后，一般采用分車道運營，三、四車道主要承受重交通甚至特重交通。因此三、四車道中面層的結(jié)構(gòu)組合、材料性質(zhì)和配合比設計對抑制車轍問題至關重要。

為改善特重交通下三四車道車轍等病害問題，項目路各選取一些典型標段作為路面試驗路段，在三、四車道中面層中分別添加了巖瀝青和高模量瀝青改性劑。

高模量瀝青混合料是一種由低標號硬質(zhì)瀝青或用較低標號瀝青加高模量外加劑，與連續(xù)級配的集料組成的瀝青混合料。項目路因路線長，南北環(huán)境差異大，故分別選取了一個交通量較大的路段(交通量為92 637 pcu/d、123 752 pcu/d)，摻入高模量外加劑使得瀝青的黏度變大、軟化點提高、針入度降低，進而提高了瀝青混合料的模量。

巖瀝青是一種天然的改性劑，它軟化點高，可顯著提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性；含氮量高，可提高瀝青路面的抗水損害能力；抗老化性強，耐久性好。用巖瀝青中的灰分替代部分礦粉和細集料以及瀝青，能充分發(fā)揮高灰分作用，著重改善膠漿，增強膠漿的粘附性和高穩(wěn)定性。項目路選擇在地質(zhì)相對較好、交通量在省內(nèi)高速公路具有代表性的路段，作為巖瀝青路面試驗段。

圖2 瀝青熱再生利用 圖3 波形梁護欄再利用

3.5 老路拆除料再利用技術(shù)

高速公路改擴建工程不可避免會產(chǎn)生大量的拆除舊料廢料，如路基工程的削坡土、老路邊溝及圬工防護的拆除料、 路面面層及基層的銑刨料、 拆除橋梁的混凝土、老路標志牌、護欄等，應本著“零廢棄”的設計理念，積極嘗試新技術(shù)，盡可能使其高附加值再利用。

路基工程的圬工拆除料，通過合理安排標段內(nèi)施工工序，可將其再利用于便道填筑、河塘清淤回填、河塘坡面防護、新建路基護腳墻等工程。路基清表土、削坡土，可再利用于互通區(qū)地形整治、擴建后中分帶及土路肩培土、便道填筑等。老路路面面層銑刨料可通過乳化瀝青再生技術(shù)或泡沫瀝青再生技術(shù)，用于新建路面上基層、柔性基層的下基層、底基層等部位；老路路面基層銑刨料一般采用水泥廠拌冷再生技術(shù)，用于新建路面的底基層或路床填筑。對于因功能性或結(jié)構(gòu)性不滿足要求需拆除的橋梁，可采用混凝土破碎技術(shù)，生成混凝土再生骨料，并將其消納于路面底基層水穩(wěn)、管樁頂?shù)乃槭瘔|層。老路既有的交安設施，交通標志牌可通過翻新作為永久性標志牌利用或改造為交通組織的臨時標志進行使用；老路波形梁護欄，可通過加高加密立柱、護欄板由一層改為上下兩層等改造措施，并通過碰撞試驗驗證滿足規(guī)范要求后進行利用。

4 結(jié) 語

改擴建工程相對于新建高速公路，受限條件較多，需要解決的問題也很多，因此需充分重視專題、專項和科研工作，為科學制定改擴建方案提供可靠的基礎資料和技術(shù)支撐。同時，也應積極嘗試應用新技術(shù)、新材料、新工藝，解決好改擴建工程面臨的一系列新挑戰(zhàn)、新難題，深入貫徹落實“品質(zhì)工程、綠色公路”建設理念，打造新時期高質(zhì)量的高速公路改擴建精品工程。