231省道某路段快速化改造工程結構設計分析

高穎

（江蘇中石建筑設計有限公司，江蘇 南通 226001）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，亟需通過快速路網溝通實現市域間快速融合發(fā)展。泰州市快速路網布局形態(tài)為四縱四橫格局，231 省道為泰州市東環(huán)快速路，南通路向北至啟揚高速，現狀為一級公路。省道快速化改造工程泰州段始于東轉盤，全長約7km。231 省道在省公路規(guī)劃中北起阜寧，功能定位為連接多個縣級結點。建成通車多年重載貨車多，大量過境交通影響省道區(qū)段主干城市道路功能發(fā)揮，項目采用快速化建成，能夠實現過境交通與城市交通分離，改善泰州東部城區(qū)出行環(huán)境。231 省道通車多年，由于使用年限較長，路面總體使用功能降低，出現了大量橫向裂縫等病害。市域快速通道是聯(lián)系周邊相鄰城市的重要快速城際通道，231 省道泰州城區(qū)段快速化改造工程是完善泰州市快速路網格局的需要。本文主要分析了231省道泰州段快速化改造工程結構設計情況。

1 工程概況

泰州地處江蘇中部，是蘇中入江達海航道交匯處。全市地勢呈中間高南北低走向，中部高沙地區(qū)真高為5～7m，全市總面積5 787km2，市區(qū)面積639.6km2。境內河網密布，北部地區(qū)地勢低洼，江淮分水量由西向東從中部穿越[1]。將路線內地下水分為孔隙潛水與淺層弱承壓水。泰州市氣溫冬夏季南北溫差小，年均降水量1 037.7mm，受季風影響降水變化率較大。項目不良地質主要為2-1B 層淤泥質粉質黏土，分布層位厚度變化較大。圖1為泰州市交通快速路網規(guī)劃。

圖1 泰州市快速路網規(guī)劃

項目區(qū)域相關河流較多，線路內地表水系發(fā)達，主要地表水體為河塘水，受人工港灌排調節(jié)影響水位變化小[2]。工程所在地區(qū)為蘇中長江沖積平原區(qū)，沿線地區(qū)道路用建材石料滿足要求。項目建設路用建材當地無產地，所在區(qū)域河道密集水路通達，為項目建設提供優(yōu)越條件。根據公路OD 調查結果對匯總資料采用現狀路網分配。未來汽車市場需求結構向兩極分化轉變。隨著居民收入增加，小轎車將成為汽車需求主導車型。隨著未來物流業(yè)的快速發(fā)展，貨運需求向高頻率發(fā)展，根據區(qū)域歷年車型變化趨勢，預測項目未來特征年車型比例。對干線公路進行快速化改造需要明確技術要求，我國公路分類體系對快速干線公路設計指標缺乏統(tǒng)一認識[3]。快速干線公路與開放式公路相似，快速干線公路技術要求高水平服務，安全環(huán)保。為滿足項目省道與快速路方面功能，確定目標達到主線行車道安全、經濟、快速、高效通行。圖2為預測年份車型構成示意圖。

圖2 預測年份車型構成示意圖

快速路斷面形式分為主輔路，根據主輔路位置關系分為高架式與隧道式，高架式通常在既有干線公路綠化帶設置橋梁，在中間改造為整體式高架快速路。結合交叉道路設置上下匝道出入口。地面式快速路分為地平式與路堤式，改造既有干線公路為地面主路，設置地面主輔出入口方便溝通。地面式快速路造價較低，道路標高與原有城市兩側地坪標高差較小，對環(huán)境城市景觀影響小，適用于規(guī)劃紅線較寬的城區(qū)。隧道式改造將既有干線公路為地面輔路，設置主輔出入口方便主輔路溝通，具有通行能力大等優(yōu)點，造價通常為3 億元/km，適用于環(huán)境要求高的段落。項目方案根據沿線建設條件對高架式快速路進行分段設計。

2 省道泰州段快速化改造項目設計

泰州市快速路網布局形態(tài)為井字放射，231 省道為泰州市東環(huán)快速路，位于泰州市域路網東側。231 省道快速化建設為實現過境交通與城市交通分離互通，完善泰州東部城市區(qū)塊交通組織，支撐沿線工業(yè)園區(qū)開發(fā)需要。通過對現場調查分析，泰東轉盤至站前路現狀為工業(yè)區(qū)[4]。站前路至啟揚高速段兩側用地控制預留較好。231 省道泰東轉盤至啟揚高速段線形指標較好，最小曲面半徑1.185km，共設置坡點14個，最大曲面半徑110km。泰東轉盤至紅旗大道為市政斷面，2006 年231 省道拓寬改造時，新通揚運河為三級航道，老橋拆除重建。231省道兩側建筑物現狀見圖3。

圖3 231省道兩側建筑物現狀

主橋系桿拱采用二次拋物線，拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，橋面系采用預制中橫梁，下部采用柱式墩，基礎為鉆孔灌注群樁基礎。橋梁總寬為49m，新通揚運河橋現狀橋梁計算無法利用老橋拼寬，需在老橋兩側新建橋梁。目前，泰東河老橋運營現狀良好，在東側按老橋形式新建橋梁[5]。231省道原設計速度為80km/h，輔道取主線設計車速0.4～0.6 倍，干線公路城鎮(zhèn)段因沿線居民出行需求較大，輔道與沿線出入口交叉，考慮行車安全主線與輔道設計速度差不宜過大。結合交通量預測結果，項目輔道設計速度采用40km/h。項目分為泰東轉盤至站前路段現狀斷面為56m市政斷面，平均路網間距0.96km。建設影響因素為橫向過街商業(yè)店面需求旺盛，兩側無拓寬空間。道路兩側企業(yè)密集，考慮現狀道路兩側建筑物密集，結合231省道南段采用高架橋快速化形式。與站前路節(jié)點互通效果圖見圖4。

圖4 與站前路節(jié)點互通效果圖

本段全長2.8km，主要通道為南通路、森園路，森園路距離運河路僅450m，位于通揚運河南段中部位置[6]。高架橋主線通過在運河路設置出入口實現橫向道路轉換，快速系統(tǒng)與輔路系統(tǒng)通過設置上下匝道互通，確保主線行車通行效率。231 省道泰州段高速路建設中采用主線跨簡易菱形立體交叉方案，北側引橋采用4～30m 組合箱梁。泰東轉盤處高架橋斷面寬18.5m，考慮采用全高架或部分高架快速方案。全高架方案需拆除泰東轉盤高架橋，主線高架橋銜接平順；項目施工周期為3 年。新通揚運河大橋長500m，橋梁現狀道路縱坡為2.5%，計算無法利用老橋向外拼寬。考慮采用完全利用老橋與拆除重建方案。拆除方案解決按橋梁距離泰和園小區(qū)過近問題，新建500m 橋梁增加造價9 000 萬元。結合站前路快速化方案確保橋梁方案經濟合理。

3 省道泰州段快速化改造工程方案

項目工程可行性研究要進行充分的調研，從技術、經濟、安全等方面綜合比選，明確建設規(guī)模，分析投資效益。項目的功能定位應從所在區(qū)域總體規(guī)劃分析，結合項目位置特點進行分析，確定其建設必要性；結合項目所在區(qū)域規(guī)劃，研究對項目客觀的功能要求，最終確定項目的功能定位。技術等級主要根據道路等級確定，按照道路在城市路網的地位，沿線的服務功能等，依據城市快速路設計規(guī)程要求確定道路等級；選擇對應的設計速度。最終確定完整的技術等級指標。

本項目沿231 省道既有線位布線，縱斷面設計結合控制性規(guī)劃確定規(guī)劃控制點，確定構造物前后的標高設計；結合公路工程技術標準要求，選取合理的豎曲線進行縱斷面設計；優(yōu)化路線平面和縱斷面設計，求平面線形指標與縱斷面線形指標間的均衡。標準橫斷面設計是道路中重要的環(huán)節(jié)，從道路等級、交通組成特性上分析。確定橫斷面的細部尺寸要求；服務功能應重點考慮項目是否需要提供專門空間供居民休憩的服務設施需求，交通特性應結合交通量分析預測的結果，結合老路現狀路面等控制條件進行橫斷面布設，最終選擇適合工程實際情況的標準橫斷面。路基工程設計的總目標須滿足安全適用、水土保持、景觀協(xié)調的總要求。路基設計應查明沿線地質條件，根據道路的技術標準，選擇填筑材料因地制宜盡量節(jié)約造價。圖5為主要道路設置立體交叉預覽圖。

圖5 主要道路設置立體交叉

路面設計依據交通量預測結果采用BZZ-100 標準軸載進行計算。結合項目的實際情況確定路面結構類型，通過技術性綜合比選確定符合實際情況的路面。根據道路等級遵循因地制宜、方便施工的原則，對路基路面進行綜合設計。柔性路面結構應按土基和墊層穩(wěn)定、面層有較高抗疲勞等要求進行設計。層間結合必須緊密穩(wěn)定，板長應使最大行車荷載應力不超過水泥混凝土的彎拉強度。路面結構設計輪以軸載100kN的雙輪組單軸為標準軸載，單輪輪跡當量圓半徑r為10.65cm。各項參數按瀝青路面相關設計規(guī)范選用。參考項目所在區(qū)域已建道路設計成功經驗，擬定主線面層采用三層結構，輔道面層采用二層結構。為保證路基拼接處路面結構的整體強度，設計采用強度高、水穩(wěn)定性較好的半剛性路面基層結構。根據道路等級對路面整體強度的要求，基層對水泥穩(wěn)定碎石和水泥石灰碎石混合材料進行了比較。采用水泥石灰作為基層能提高早期強度，但施工控制要求高。圖6為縱斷面設計思路。

圖6 縱斷面設計思路

交叉形式應根據相交道路的等級、直行和轉彎交通量、交通管理方式等因素確定。幾何設計結合交通管理方式和有關設施一并考慮。對交叉口通過輔道進行歸并，根據具體情況設置定向匝道。項目與高速公路采用立體交叉的形式；主線上跨被交道路，與低等級道路交叉根據路網密度及交通需求確定?，F有主要交叉8 處，與高速公路交叉1 處。本項目為主輔分離的快速化道路，主線的通行不受被交道路的影響。應結合地形等各方面因素綜合確定交叉形式；與鐵路相交時采用上跨分離式立交的形式；與高速公路相交時采用互通式立交的形式；與規(guī)劃快速路相交時采用半互通立交的形式，設置定向匝道保證快速路間轉向交通的快速通行。與一級公路及主要道路相交時采用簡易菱形互通的形式，主線直行車輛不受被交道路的影響。與低等級道路相交時采用右進右出管理的方式，被交道路與輔道相銜接，部分有通行需求的道路根據實際情況可考慮設置支線橋。

4 項目設計方案實施

本項目快速化里程為7.2km，遠期規(guī)劃為工業(yè)用地為主，快速化改造要解決輔道和兩側居民商戶的過街需求；站前路至啟揚高速段涉及最大的居住區(qū)為碧桂園小區(qū)，輔道用于沿線居民的短途出行。主要存在問題包括各段快速化方式的選擇；231 省道現有道路等構造物的利用等。城市快速路主線設計速度一般可采用60km/h、80km/h，設計速度選擇需結合道路周邊地塊開發(fā)等因素綜合判斷確定。干線公路進行快速化改造規(guī)劃應結合城市快速路的功能綜合考慮，常用的主線設計速度采用80～100km/h。

主線和輔道的銜接處需要留有足夠的交織長度，減少主線和輔道速度差值帶來的不利影響。綜合本項目的功能定位，結合交通量預測結果，主線設計速度采用80km/h。泰東轉盤至站前路段利用現有56m 斷面寬度采用高架快速化方案，解決沿線相交道路溝通：站前路至啟揚高速段利用現有路幅寬度，主要相交道路采用節(jié)點上跨。對交叉方式進行比選，主線上跨因交通組織方便等特點具有較大的優(yōu)勢；下穿車道數不宜低于雙向六車道；應根據工程特點合理選取交叉方式，例如將支線適當下挖結合主線上跨減少橋梁長度，亦可將交叉方式組合應用。路面結構設計思路見圖7。

圖7 路面結構設計思路

泰東轉盤立交橋于2015 年底新建完成，對高架橋改造社會影響較大。利用231省道泰高段與泰東轉盤立體交叉，需向現有56m 斷面設置雙向8 車道地面快速路，方案快速主線需要設置400m 左右地面道路，可以考慮施工期間對泰東轉盤立交橋改造進行民意疏導。主線雙向6車道高架橋分左右從老橋兩側新建分離式橋梁。本項目主要為拓寬路基，路基路面、防護排水方案需做到技術可行，滿足生態(tài)與景觀的需求。加強對路基填料及地基土性的分析，做到路基橫斷面、防護排水的系統(tǒng)設計。遵循“生態(tài)環(huán)保、美觀耐用”的原則，使路基橫斷面形式與地形地貌相適應，形成有機的整體。綜合考慮路基橫斷面形式及景觀綠化設計方案，達到排水流暢、生態(tài)優(yōu)美的效果。軟基處理應在保證路基穩(wěn)定性下，嚴格控制路基的工后沉降。應明確待增強體強度達到規(guī)定要求后方可填筑路基。對換填部分位于地下水位以下的部分，應采用碎石土進行填筑。

主線主要解決中遠距離出行交通，方便相交道路與其銜接。井周回填壓實很難達到標準，影響道路的使用及美觀。可考慮采用高效節(jié)能低排放型溫拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料WMA 使用調和瀝青，能保證低度下進行拌和及施工。交叉口等剎車頻繁的路段，提高關鍵部位的抗車轍能力。路面基層采用抗裂型水穩(wěn)、玻纖格柵減少水穩(wěn)的收縮裂縫。設計中增加方形鋼筋混凝土現澆板，解決井周路面結構損壞問題；規(guī)劃快速路交叉節(jié)點的處理，掌握節(jié)點交通量情況。根據周邊居民出行習慣優(yōu)化主輔道出入口的設置。處理與快速路的交叉節(jié)點時，需對交通流向進行深入的研究，與主管單位進行溝通協(xié)調。根據需要對車道進行拓展，保證行車安全。

5 結語

當今社會經濟迅速發(fā)展，城市加快機動化建設步伐，人們的交通需求日益增加。一味新建道路會使交通問題更加嚴重且資金投入大，城市道路改造工程是解決交通問題的有效方法之一。做好道路改造工程需求預測才能確保項目有依據地進行，通過對方案進行評價可以為改造設計提供數據支持。本文對231省道泰州段快速化改造工程項目設計進行了介紹，目前，項目施工通過交工驗收，運行情況良好，可為省道快速化改造工程設計工作提供參考。