高速公路改擴建既有線路縱坡調整優化研究

伍圣華 韋樓 朱志勤

摘要：高速公路改擴建工程在路線布設時，通常以充分利用既有工程，降低資源能源消耗為指導核心。但對于原有高速存在的超限縱坡，仍按照“舊路舊標準”，對運營車輛安全行駛、服務水平、節能減排難以起到較好效果。文章通過對縱坡路段實際情況進行分析，提出優化調整措施，使處理后的既有高速公路能提供更舒適安全的運行環境，同時也更符合綠色公路建設的要求。

關鍵詞：高速公路;改擴建;縱坡;優化

中圖分類號：U412.3文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.004

文章編號：1673-4874（2019）09-0012-04

0引言

高速公路改擴建工程在路線布設時，通常以充分利用既有工程，降低資源能源消耗為指導核心。從資源節約和經濟角度考慮，充分利用舊路是必要的。但舊路往往標準較低，還有部分高速公路按照一級公路標準設計后改為高速公路，難以滿足新的規范的要求.舊路縱坡對運營車輛在安全及油耗方面影響極大，在長大陡坡路段，車輛爬坡困難，尤其對于貨車，爬坡時車速低，耗時長、耗油量大，通行能力與服務水平下降，特別當小型車輛在陡坡路段超車時，一旦出現緊急情況，易引發交通事故。本文以柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建項目為對象，對原有高速公路六景郁江特大橋南寧岸段K1437+000-KT441+400段舊路狀況進行了分析，并對縱坡優化進行了研究。

1工程概況

柳州（鹿寨）至南寧高速公路改擴建項目受Z1K1439+288六景郁江特大橋采用單側新建方案制約，六景郁江特大橋南寧岸段（K1437+000-K1441+400）路基采用左側分離新建四車道方案進行擴建設計。新建的左線Z1K1437+000-Z1K1441+400作為擴建后高速公路的左幅車道，而原有高速公路K1437+000-K1441+400段直接作為擴建后高速公路的右幅車道，K1441+400后為兩側拼寬擴建。右幅車道的原高速公路K1439+869-K1440+881.752段（縱坡/坡長：+3.815%/1012.752m）及K1440+881.752-K1441+826段（段縱/坡長：-3.205%/944.395m）路線技術指標不高，路線起伏較大。

《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）對設計速度在120km/h路段要求最大縱坡為3%且坡長≤900m，高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時，經技術經濟論證，最大縱坡值可增加1%。考慮到六景郁江特大橋建成不足15年，橋梁的健康狀況尚能滿足正常交通荷載的正常運營，且郁江升級為一級航道尚在規劃中，遠期郁江實施一級航道建設時，再拆除重建提升通航凈空，待遠期舊六景郁江特大橋拆除重建提升通航標準后再進行改造。另一方面，因近年重載汽車的增加，交通流逐年加大，對六景郁江特大橋承載能力產生了影響，同時近年的檢測結果表明，目前六景郁江特大橋舊橋的吊桿和橋面系狀況在不斷惡化，急需對舊橋吊桿和橋面系進行整體更換。在新六景大橋通車后，舊橋封閉改造，工期約6個月，這為六景郁江特大橋南寧岸段縱坡調整帶來契機.K1437+000-K1441+400均已超出了規范最大縱坡的要求，且具有可予以調整的條件。

1.1 原有公路路基狀況

原有高速公路六景郁江特大橋南寧岸段K1437+000-K1441+400段路基寬度為28m，設計時速為120km/h，為整體式路基，組成如下：

由行車道（4x 3.75m）、中央分隔帶（3m）、左側路緣帶（2×0.75m）、硬路肩（2×3.75m含右側路緣帶）、工路肩（2×0.5m）組成（見圖1）。原有路基整體穩定性較好，未發生大規模滑塌、劇烈沉陷等嚴重破壞，局部路段出現過的一般沉陷病害在舊路加鋪改造階段中進行了注漿加固設計，改擴建路基土補充取芯鉆探試驗成果表明，注漿路段的壓實效果較好，含水量較小，與最佳含水量差別不大。原路基處于干燥-中濕狀態，路基設計標高滿足最小路基填土高度要求。舊路路基填料大部分較差，多為高液限黏工，局部為砂礫或含礫黏土，主要位于上路床部位.運營十來年后路基土物理及力學性能指標發生衰減，主要表現在含水量、壓實度及CBR值方面。此外舊路硬路肩因未行車，其物理、力學性能與行車道、超車道還存在差異。因此，舊路路基工狀況整體評價相對較差。

1.2原有路面狀況

柳南高速公路1999-10-01建成通車時采用的是水泥混凝土路面，行車道及硬路肩均采用同一種路面結構，即24cm水泥混凝土面層+1cm瀝青石屑下封層（施工中取消）+20cm二灰穩定碎石基層+16cm飯配碎石底基層、中濕路段底基層為18cm級配碎石、潮濕路段底基層為20cm級配碎石。

水泥混凝土面板尺寸一般為（4.5+3.75+3.75）mx 5.0m和（4.5+3.75+2.75）m x 5.0m。在臨近橋梁兩端，與構造物端頭相接處，與柔性路面相接處，路面寬度、板厚變化處及凹形豎曲線縱坡變化處均設置了脹縫，在鄰近脹縫或路面自由端的3條縮縫內均設置傳力桿，對涵洞頂面的水泥混凝土面板按規范要求進行了補強設計。在橋梁兩端設置鋼筋混凝土過渡板，當橋涵與路線斜交時，在搭板、過渡板銳角設置了加強鋼筋網。

柳南高速通車十多年來，由于交通量增長迅速，車輛超載非常嚴重，特別是超重車的增加造成水泥混凝土路面出現了一系列的早期損壞。目前主要病害類型有：路面裂縫（斷板、交叉裂縫、板角斷裂）、破碎板、路面坑洞、板底脫空、錯臺、唧泥、縮（脹）縫填縫枓老化、開裂等。

在2010年9月至2011年9月的改擴建施工過程中，針對柳南高速現有水泥混凝土路面的實際狀況，對現有水泥混凝土面板各種病害提出了極具針對性的10種處治、修復方案，包括裂縫維修、板邊與板角修補、板塊脫空處治、唧泥處理、錯臺處治、沉陷處理、拱起處理、坑洞修補、接縫維修、整塊板更換。在全面完成上述水泥混凝土面板處治修復后進行瀝青路面加鋪施工。加鋪的路面結構見圖2和表1。

K1437+000-K1441+400段中面層采用8cm改進型AC-20改性瀝青混凝土，瀝青路面加鋪總厚度為14.0cm;瀝青混凝土表面層采用改性瀝青摻0.3%的木質素纖維的SMA-13路面，面層路用碎石采用輝綠巖碎石。

2 縱坡優化

K1437+000-K1441+400段舊路縱面采用3.815%/1.012.752m、-3.205%/944.395m，縱坡與坡長均超出標準極限值。如表2和圖3所示。由于舊路剛進行了路面改造不久，挖除舊路工程浪費大，施工組織難度大.根據公路建設條件困難段縱坡條件可增加1%，為最大限度利用現狀公路，施工圖設計維持原縱面，對長大上坡段加寬硬路肩提供爬坡車道，提高道路通行能力。

在盡量利用既有工程、小型構造物的前提下，改善縱面線型。對K1439+578.865-K1441+400段落進行縱坡優化，優化后縱面最大填高約為1m，最大挖深1.2m。其中，K1439+869-K1440+881.752段，縱坡由原設計的+3.815%/1.012.752m優化至-3.0%/890m，滿足規范要求;K1440+881.752-K1441+826.147段，原縱坡設計為-3.205%/944.395m，考慮到本坡段位于右幅，車輛加速下坡，對運行速度無影響，盡量減少調整長度，最大限度利用現狀公路，本段縱坡仍維持-3.205%，將坡長由944.395m優化至690.234m。

實施該段縱坡調整將具有如下優勢：

（1）柳州至南寧高速公路在廣西以及東盟各國影響重大，縱坡技術指標的優化符合項目的定位。本次縱坡調整通過插入一個變坡點，調低前坡的坡度和坡長，盡量縮短了后坡超限縱坡的坡長，均衡了平縱面組合，大大改善了行車舒適性，從而大幅提升公路服務水平。

（2）從柳南改擴建項目《事故多發路段安全設施優化設計專題報告》對交通狀況的分析結果得知，K1440段為事故多發路段，K1440+200處汽車實際運行速度偏低，K1439+869-K1441+826段運行速度協調性差。在改擴建時，采取工程措施改善線形，提高道路線形的連續性、均衡性，有利于改善行車條件，消除事故黑點，從而避免交通事故的發生。

（3）現該路段為事故多發路段，為了減少交通事故，需要增設大量的交通安全設施，不僅增加了建設成本，同時也增加了運營設施更換、維護費用，因更換、維護工作的開展也造成對安全行車的干擾。而實施該段縱坡調整將降低公路運營成本。

（4）K1440段處于六景特大橋橋頭段，每發生交通事故即造成該路段交通擁堵，橋上大量壓車，對橋梁安全造成重大威脅。實施該段縱坡調整，將大大降低該路段交通事故的發生率，減小對六景特大橋的通行影響，可更好地保障六景郁江特大橋橋梁運營安全。

（5）調坡施工對行車無新增干擾。由于舊的六景郁江特大橋在新橋建成通車后，對舊橋進行更換吊桿和橋面系的加固施工，封閉舊路的交通。調坡施工可利用舊橋加固施工時同時實施，不產生額外的行車干擾。

（6）在縱坡3%的情況下，按運營初期日均貨車1.5萬輛，每輛貨車平均節約0.08L柴油計算，全年節約44.3kL柴油;同時能進一步提高行車安全性，改善行車條件，提升公路服務水平，降低了汽車爬坡能耗，從而可降低公路運營社會總能耗，符合國家節能減排要求，落實貫徹綠色交通發展理念，也有效促進了高速公路與道路使用者的和諧共享。

3 結語

在高速公路改擴建施工“保通車、保施工”的同時，根據現場情況對既有高速公路縱坡進行優化，對高速公路運行車輛安全、服務水平、節能減排等均能取得顯著效果。在施工過程中需注意，縱面發生了變化，路基工程及各構造物工程高程均要按新的平面及高程控制，在施工中應加強復核。施工工程中，應加強坡體周邊巡查，密切注意施工安全，做好安全事故應對預案，完善地表水，地下水的排放。邊坡開挖應盡量避開雨季，并對已開挖邊坡采取有效的臨時排水措施。