一級公路改擴建工程路線設計及安全技術研究

紀孝團

摘 要：在我國各地區公路網基本已經形成，但是由于部分地區公路等級較低，隨著日益增加交通量，車輛擁堵現象越來越嚴重，對于低等級公路改擴建成一級或高速公路的需求越來越多，因此改擴建中路線設計及安全技術的研究也越來越重要。本文針對實際工程中一級公路改擴建拼寬問題做具體研究，通過影響路線設計的因素、單側拼寬、雙側拼寬以及安全保證技術的研究對拼寬原理及受力進行了分析，為改擴建工程在實際操作中提供參考。

關鍵詞：公路;改擴建;路線設計;安全技術

0 引言

隨著我國經濟的發展和交通流量的增加，公路建設出現了一個待解決的問題：已建成的公路和現有交通流量不匹配，甚至不能滿足人們的出行需求。拆除重建的方法存在一定弊端，如工程投資較大，環境污染嚴重，人材機消耗較高。為解決這類問題我國對道路進行了改擴建以及安全保證技術研究[1]。在改擴建工程路線設計中主要受到地形的影響如：巖溶、滑坡、陡崖、泥石流等。環保政策和土地規劃如：基本農田和林地的使用。所以本文詳細說明了改擴建工程中路線的設計方法方式以及安全保證技術的實施。

1 改擴建路線設計的影響因素

1.1 斷裂構造

斷裂構造的基本類型有斷層、裂隙、節理。斷裂構造能夠降低巖體的穩定性，強度和承載力并且可以使巖石破裂。節理形成、裂隙發育地段的巖體承載能力低，穩定性差，在該地層布設橋梁時不能將其做為橋梁樁基的持力層，斷層地段地質復雜，更不宜布設橋梁樁基[2]。

1.2 巖溶

巖溶是在水的作用下，易溶性巖石被化學溶蝕，水流沖蝕以及潛蝕的過程。巖溶按形態可分為隱伏巖溶和裸露巖溶兩種，路線設計時可選擇繞過裸露巖溶，而隱伏巖溶分布廣，危害大且很難進行判斷，湖南，貴州，江西等地在公路建設過程中巖溶地區均有過路基沉降和塌陷的危害。使隧道、橋梁、路基的安全性得不到保證，對施工進度和施工組織造成了極大的影響。路線設計時應充分考慮隱伏巖溶的危害以及分布，盡可能避讓巖溶路段[3]。

1.3 高液限土

高液限土有含水量高、穩定性差、強度低的特點，按常規的施工方法設計規定的壓實度標準達不到，經常出現“彈簧”現象。因此在路基施工時應對高液限土進行處理后方可進行路基填筑，處治高液限土的造價相對較高，如果將其做為棄土會增加借方數量以及取棄土場的利用，所以將高液限土做為棄方或者進行處理都會比一般路基造價高。雨期高液限土吸水膨脹，飽水后強度和穩定性均會降低，從而出現滑坡現象。因此在路線設計時應綜合考慮高液限土的利用。

2 改擴建路線設計分析

2.1 工程概況

本文依據的是某一級公路的改擴建項目，主線全長約32.3公里，其中新建段長約7.2公里，利用老路拓寬改造段長約25.1公里。

2.2 路線設計難點分析

本工程路線較長，穿越的地貌單元較多，且項目部分路段走廊帶已城鎮化，沿線村鎮和企業分布較多，特別集中在幾個節點位置，局部路線需深入和細致的優化，從而較少挖方量和征地拆遷，降低工程實施難度，節約工程造價。本項目技術重難點主要為以下幾個方面。

（1）本項目起終點均與其他正在設計的項目相接，需實時動態交流。（2）沿線村莊較為密集，涉及較多村莊拆遷，且需綜合考慮現狀村民的出行。（3）減少本項目對現狀高挖方邊坡、現有上跨結構物等的影響，降低實施難度。（4）合理優化交叉口交通組織，保證交通快速轉換需求。（5）城鎮化路段設置輔道，重視輔道上交通的組織設計。（6）棄方量較大，合理優化總體設計較少棄方量。（7）本項目由于利用現狀公路，個別路段指標較低，合理優化該路段的交安設施設置。

對于改擴建工程路線設計主要受原設計線位限制，舊路線位往往運營時間比較長，原設計線位周邊情況較為復雜，尤其是涉及到市政道路改擴建，各種管線埋設較多拆遷難度大，改建項目對周邊村民出行影響往往也制約著改擴建選擇的形式。

2.3 單側拼寬

改擴建中高速公路拼寬方式有多種形式，通常采用完全拼寬、分離式拼寬、不完全拼寬三種拼寬形式，完全拼寬又分為單側和雙側兩種拼寬形式。

選用完全拼寬的改擴建方式，多數由于原道路建成通車若干年后，隨著交通量的增加，原道路無法滿足現有交通量，經常出現擁堵、交通事故等一系列問題，采用加寬形式對原有舊路進行升級改造。采用單側加寬形式通常是由于靠近建筑物、管線等地形條件有限制的情況下采用，單側加寬由于改變原有道路的行車中線，原有道路受力發生了改變，因此該方法對于道路使用受力較為復雜。

本項目K4+000～K4+800段路線布置受地形影響較嚴重，對左側高20 m挖方邊坡再進行開挖，施工難度較大，工期不易控制;山周邊分布有民宅，施工期間對居民生活影響較大，施工時需考慮對左側山頂寺廟的保護措施，因此采用單側加寬方案。

2.4 雙側拼寬

路基雙側拼寬是較為常用的高速和一級公路改擴建方式，雙側拼寬對原路基受力影響較小。由于老路荷載使路基處于受壓狀態稱為第一階段老路的加載期;雙側拼接道路對老路作用，使老路產生偏心受壓荷載，此時老路和新路之間就會產生不均勻沉降，這種拼寬后形成荷載超過老路能承受受拉荷載時，老路就容易產生開裂，該過程是老路受力第二階段;隨著路面施工，上部荷載不斷加大，路基中心線逐漸受壓，與新拼接道路作用力相互抵消，老路受力平衡，處于穩定狀態是老路受力的第三階段。

本項目在不受地形條件限制影響的段落采用雙側拼寬，拼寬處理方式與單側拼接方式相同。

3 地基應力變化分析

在老路荷載作用下，老路地基基本沉降穩定，但是新路直接搭接老路拼寬，地基將再次產生孔壓和附加應力的變化。

假設新路荷載瞬時作用在老路上，拼寬完成后由圖1、圖2分析知，超壓孔在新舊路堤下面都會產生，對新路影響深度較大，新路附加應力在坡腳處較為集中，受力影響范圍在0 m～10 m左右，由圖可以看出水平作用范圍影響深度較淺。以下是孔隙水壓力和水平附加應力影響范圍圖。

4 結語

本文對一級公路改擴建注意事項和影響因素做了具體分析，通過影響因素的分析可知公路在改擴建過程中面臨很多復雜問題，需要進行綜合考慮才能進行路線的擬合。本文還對拼寬路基基本形式及特點做簡單分析，單側拼寬和雙側拼寬對就路基的影響以及舊路受力分析，總結地基受力全過程的變化以及受力方式，通過對拼寬路基孔隙水壓力和水平附加力在拼寬路基的作用分析，直觀明了的體現這兩種力的影響范圍及深度。通常情況下保證路基拼寬整體穩定性采用加筋土結構進行處理。

參考文獻：

[1]汪浩.新老高速公路結合部處治技術研究[D].南京：東南大學，2004.

[2]孫四平，侯蕓，郭忠印.舊路加寬綜合處治技術的模型試驗研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2004（5）：513-517.

[3]張誠厚，袁文明，戴濟群.高速公路軟基處理[M].北京：中國建筑工業出版社，1997：45-56.