一級公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計

侯振東

（安徽瑞成土木工程設(shè)計咨詢有限公司，合肥 230088）

1 引言

為確保公路工程改擴(kuò)建項(xiàng)目順利完成，應(yīng)完善路線設(shè)計，勘測施工現(xiàn)場的地質(zhì)，收集足夠的資料，對路線設(shè)計的要點(diǎn)展開研究，同時設(shè)計多種設(shè)計方案進(jìn)行對比，最終根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求選擇最適宜的方案。

2 改擴(kuò)建工程路線設(shè)計思路及原則

在改擴(kuò)建工程中進(jìn)行路線設(shè)計時，需遵循以下幾點(diǎn)思路及原則：

1）開展公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的目的是提升道路的通行能力和服務(wù)水平，減小交通安全事故發(fā)生的可能性，優(yōu)化道路設(shè)施建設(shè)，為來往車輛帶來更優(yōu)質(zhì)的行駛體驗(yàn)。

2）應(yīng)立足于科學(xué)發(fā)展觀的角度進(jìn)行設(shè)計，確保設(shè)計后的改擴(kuò)建項(xiàng)目具有科學(xué)性、可行性，保證道路的暢通。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計人員在開始設(shè)計之前，應(yīng)對項(xiàng)目擁堵路段進(jìn)行勘測，提前做好機(jī)動車OD（交通起止調(diào)查）調(diào)查、交通量調(diào)查等工作，并從高速公路運(yùn)營部門申請查閱來往車輛類型等數(shù)據(jù)資料，對路段的交通量進(jìn)行分析、預(yù)測，以制訂最貼合實(shí)際的設(shè)計方案。

3）對方案進(jìn)行優(yōu)化，最大程度控制施工成本[1]，首選占地較少的方案，以此避免占用過多的土地，實(shí)現(xiàn)保護(hù)耕地的目的[2]。

3 項(xiàng)目背景

本文選擇柳州市鹿寨縣一級公路改擴(kuò)建項(xiàng)目作為研究對象進(jìn)行分析。該一級公路全線長達(dá)652 km，于2008 年開始正式投入使用。整個線路周圍地質(zhì)條件非常復(fù)雜，既有道路分別設(shè)計了100 km/h、80 km/h 兩種速度，道路寬度設(shè)計為24.5 m。隨著當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，既有道路難以承載日益增長的交通量，局部路段時常出現(xiàn)交通擁堵等問題，因此，對其進(jìn)行改擴(kuò)建非常有必要。

4 公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計

4.1 改擴(kuò)建工程路線數(shù)據(jù)收集

正式開始改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計之前，需找出既有線路的施工圖、竣工圖等資料，將線路的平、縱、橫坡導(dǎo)入Excel 軟件中。借助緯地道路設(shè)計軟件設(shè)計出項(xiàng)目文件，以便設(shè)計人員隨時了解既有線路的各處高程、平縱面等情況，使用這一方法輔助設(shè)計的優(yōu)勢在于能夠有效提升設(shè)計結(jié)果的精度，以便設(shè)計方案貼合項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際需求。

4.2 改擴(kuò)建方案比選和論證

1）制訂改擴(kuò)建方案時，需提前對既有道路的使用狀況進(jìn)行調(diào)查、勘測，計算道路目前承受的交通量，做好安全事故分析、規(guī)劃，從環(huán)保的角度進(jìn)行綜合論證，以便選擇最適合的路線改擴(kuò)建方案，確定項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)，參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)判定如何改造既有線路。若既有線路局部地段的平面、縱斷面難以達(dá)到設(shè)計規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，此時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整、修改改擴(kuò)建方案，以便制訂最適宜的方案。

2）對比分析不同的設(shè)計方案。本項(xiàng)目的施工目的是改擴(kuò)建既有線路，針對項(xiàng)目實(shí)際情況，需要對兩處局部線路方案進(jìn)行設(shè)計，即設(shè)計人員需要對黃冕鄉(xiāng)段、來賓市城區(qū)段進(jìn)行設(shè)計。其中，前者地質(zhì)條件相對復(fù)雜，設(shè)計時所需注意的內(nèi)容較多，最終共計設(shè)計出了3 個方案，具體內(nèi)容如下：（1）方案一：K線方案，要求直接在既有線路的兩側(cè)適當(dāng)加寬，以達(dá)到改擴(kuò)建的效果；（2）方案二：A+K 方案，即在右側(cè)建設(shè)一條分離單向四車道A 線，并將左幅改建成單向四車道K 線；（3）方案三：B+K 方案，即在左側(cè)建設(shè)一條分離單向四車道B 線，同時將右幅改建成單向四車道K 線。

上述3 個方案的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)如下：（1）方案一最大程度上保留了既有道路，但使用這一方法施工時，極有可能受到地形因素的限制，需設(shè)置大量的防護(hù)結(jié)構(gòu)，從而嚴(yán)重影響了路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；（2）方案二選擇在右側(cè)新建分離式路基，相較于方案一，更容易適應(yīng)地形，且施工量相對較小，耗費(fèi)的施工成本較少，對周圍環(huán)境的破壞也較??；（3）方案三選擇在左側(cè)建設(shè)分離式路基，但由于左側(cè)邊坡高度較小，極易遭到洪水的影響，需做大量的防護(hù)施工，導(dǎo)致施工成本大大增加。綜上所述，本項(xiàng)目最適宜使用方案二。

3）本項(xiàng)目可在既有道路周邊建造一條全新的線路，以提升公路的交通負(fù)荷能力，新建道路的具體位置需結(jié)合現(xiàn)有道路網(wǎng)絡(luò)密度、工程經(jīng)濟(jì)等因素來決定。對于來賓城區(qū)段（K574+300～K594+281）進(jìn)行路線設(shè)計時，參照項(xiàng)目實(shí)際情況，共制訂了兩種方案，其一是改擴(kuò)建舊路，其二是新建來賓繞城段。若項(xiàng)目最終決定按照改擴(kuò)建方案進(jìn)行施工，由于線路將影響當(dāng)?shù)氐娘嬘盟幢Ｗo(hù)區(qū)，且線路會直接穿越當(dāng)?shù)刂鞒菂^(qū)，因此，施工過程中極易受到外界因素的干擾，阻礙了當(dāng)?shù)爻鞘械奈磥戆l(fā)展。相較之下，使用第二種方法進(jìn)行施工能夠最大程度上減小對周圍環(huán)境的影響，有利于保護(hù)飲用水資源、降低大氣污染，可促進(jìn)該城市的未來發(fā)展。因此，選用第二種方案更為合適。

4.3 改擴(kuò)建平面設(shè)計

1）進(jìn)行線路平面設(shè)計時，應(yīng)先調(diào)繪航測1∶2 000 的三維地形圖，即根據(jù)既有道路的施工圖平縱橫資料，借助緯地道路軟件編制出路線數(shù)據(jù)項(xiàng)目文件，繪制出三維模型圖。采取運(yùn)行速度V85 的計算方法測算既有線路的行車安全，通過計算找出存在顯著隱患的路段，將其作為本次改擴(kuò)建施工的重中之重。對于既有線路中所有事故頻發(fā)地、小半徑危險彎道、視距不良路段，都需要立足于安全、經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)保等多個角度綜合分析，以便制訂出最適宜的改擴(kuò)建方案。

2）通過對公路永?！S冕段（K424+800～K431+150）段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該路段的兩側(cè)地形坡度較陡，難以對兩側(cè)進(jìn)行拓寬，且項(xiàng)目中包含了大量的橋隧結(jié)構(gòu)物，施工之前需要立足于安全性、經(jīng)濟(jì)性等多個角度進(jìn)行分析研究，以便制訂最適宜的施工方案。根據(jù)既有線路施工圖可知，既有線路的設(shè)計速度設(shè)為80 km/h，路基寬度設(shè)計為24.5 m，最大縱坡可達(dá)4.490%。

根據(jù)JTG/T B05—2004《公路項(xiàng)目安全性評價指南》的規(guī)定，若道路路線的前后速度差在19～20 km/h，表明該線路的運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較強(qiáng)。此外，考慮到既有線路的左側(cè)臨近洛清河，若繼續(xù)向左拓寬道路，有可能導(dǎo)致部分路基沉入河內(nèi)，施工難度極高，所得效果較差，整個路基的穩(wěn)定性能不佳，需安設(shè)大量的防護(hù)結(jié)構(gòu)，致使施工成本顯著增加。

經(jīng)勘測，該線路沿著河流分布，受到周圍水文等因素的影響，無法直接對兩端加寬擴(kuò)建?；诖?，本項(xiàng)目擬決定將既有線路當(dāng)成左半幅路基，依照單層加寬分離路基的施工方法進(jìn)行改擴(kuò)建，采取右半幅路基新建分離式路基方法進(jìn)行施工，能夠保證施工過程中既有線路可以照常運(yùn)行。相較于其他施工方案，右半幅分離式路基方案更貼合本項(xiàng)目實(shí)際情況，環(huán)保效益更強(qiáng)，項(xiàng)目施工費(fèi)用更少，最終的施工效果更佳。

3）整個項(xiàng)目不同地段的修筑時間不同，因此，不同路段的坐標(biāo)系、高程系均有所差異，拼接時將受到角度偏差的影響，為有效解決這一問題，應(yīng)重新測量舊控制點(diǎn)的坐標(biāo)，統(tǒng)一所有的坐標(biāo)、高程，把整個線路的數(shù)據(jù)文件構(gòu)建出來，以便施工過程中隨時查閱。綜合使用RTK、水準(zhǔn)儀等設(shè)備來測量左、右兩幅中央分隔帶的坐標(biāo)點(diǎn)位、硬路肩坐標(biāo)點(diǎn)等內(nèi)容，借助Autocad 軟件完成連線，并使用緯地軟件下的“智能布線”功能擬合出圓曲線。對K424+800～K431+150 段路線逐樁坐標(biāo)與實(shí)測坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計算分析，重點(diǎn)控制橋梁隧道結(jié)構(gòu)物，平面擬合偏差均在±5 cm 以內(nèi)，其中，在±3 cm 以內(nèi)的占84.35%，平面擬合精度較高。一般路基路段平面擬合偏差均在±15 cm 以內(nèi)，其中，在±10 cm 以內(nèi)的控制點(diǎn)占71.74%，圓曲線半徑與舊路施工圖圓曲線半徑對比相差在±10 m 以內(nèi)，通過采用以上方法擬合舊路平面線形精度高，擬合出的路線基本能保持原路設(shè)計的平面線形，降低了拼接設(shè)計難度和減少占用土地。

4.4 改擴(kuò)建縱斷面設(shè)計

1）嚴(yán)格按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行路基標(biāo)高的改擴(kuò)建設(shè)計。當(dāng)對既有線路進(jìn)行縱斷面線形設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合既有線路的實(shí)際情況，依照不等填挖高度的縱斷面設(shè)計方案的要求開展施工。借助Autoca 軟件進(jìn)行縱斷面擬合設(shè)計，通過該軟件繪制出左右兩幅中央分隔帶邊緣實(shí)測點(diǎn)的高程線路，并在軟件中標(biāo)記出所有隧道、橋梁的具體點(diǎn)位，在既有線路高程的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，從而確定新的路面結(jié)構(gòu)厚度線。通過對（K424+800～K431+150）路線設(shè)計高程、實(shí)測點(diǎn)坐標(biāo)高程等展開計算研究，得出在橋梁隧道結(jié)構(gòu)物重點(diǎn)控制路段的縱面擬合偏差均被控制在±3 cm 以內(nèi)，其中，有86.3%被控制在了±2 cm 以內(nèi)。結(jié)果顯示，該設(shè)計方法非常適用于本項(xiàng)目，設(shè)計所得的道路縱斷面偏差能夠得到有效控制。

2）線路縱路面設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)提前查閱高速公路管理部門記錄的養(yǎng)護(hù)資料，找出所有無法達(dá)到路基設(shè)計水位、地下水位標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域；凡出現(xiàn)平縱組合不良、部分橋梁結(jié)構(gòu)遭受破壞等問題，必須立即對其彌補(bǔ)，以確保來往車輛的行車安全[3]。

3）勘測發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目內(nèi)局部地區(qū)出現(xiàn)了緩和曲線內(nèi)平坡（0.0%）路段或縱坡在0.3%以內(nèi)的情況，此時應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)調(diào)整、優(yōu)化縱坡結(jié)構(gòu)，安設(shè)好排水設(shè)施，防止出現(xiàn)路面積水、路基病害等問題。

4.5 改擴(kuò)建橫斷面設(shè)計

1）當(dāng)對一級公路進(jìn)行拼接改擴(kuò)建時，若發(fā)現(xiàn)路基強(qiáng)度、穩(wěn)定性等均不佳，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境、原有線路的竣工圖資料，查明實(shí)際地質(zhì)狀況后，再開始規(guī)劃路線。若施工現(xiàn)場地質(zhì)條件非常復(fù)雜，必要的時候，可同時加寬道路兩側(cè)。對于臨時加寬的路段，施工人員應(yīng)參照橋梁、路基、路面使用情況對路面橫坡做好核查擬合工作[4]。若測量發(fā)現(xiàn)既有道路路面橫坡和本次項(xiàng)目設(shè)計的橫坡差在0.5%以內(nèi)，應(yīng)嚴(yán)格參照實(shí)際路拱坡度展開設(shè)計；若項(xiàng)目施工區(qū)域臨近海邊、雨水充足，需適當(dāng)提升橫坡值，防止出現(xiàn)路面積水。

2）開展路基拼接設(shè)計時，應(yīng)通過地基處理和路基填筑兩種方法有效控制新老路基之間的沉降差距。參照路基填高及舊路施工資料，本項(xiàng)目可借助注漿法處理常見的舊路路基病害問題，例如，路基沉陷、橋頭下沉等。

5 結(jié)語

一級公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的難度極高，為保障整體項(xiàng)目的質(zhì)量，必須根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況提前做好路線設(shè)計工作。本文以柳州市鹿寨縣一級公路工程作為研究案例，對不同的公路改擴(kuò)建方案展開了詳細(xì)的對比、論證，總結(jié)出了最適宜的路線設(shè)計思路，詳細(xì)闡述了公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的設(shè)計方案、路線平、縱、橫斷面設(shè)計方案，望能為類似項(xiàng)目提供參考。