高速公路拓宽设计难点浅析

徐 梅，郑 杰

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

0 前言

我国的高速公路从无到有，从缓慢增长到迅猛发展。近些年来，为扩大内需、促进经济的增长，加大了交通基础设施建设的投入，高速公路的以每年2000 km的速度高速增长，到目前我国的高速公路通车里程已达7.4万km。但由于早期的高速公路建设时，技术标准和规范不够完善，施工工艺和管理经验不足，技术落后，等级规模定位相对保守。随着国民经济的不断增长，道路交通量不断提高，汽车载重日益重型化，早起的高速公路服务水平逐年下降，路基路面的损坏日趋严重，已影响道路的正常使用，制约了区域经济的发展，高速公路的改扩建已是摆在各省市公路建设部门面前的重大课题。

高速公路改扩建近几年刚刚兴起，拓宽技术还处于起步阶段，从设计、施工，到相关规范、标准都不完善，从业人员的经验也有所欠缺，大多的建设者都处于摸索、研究、总结的阶段。本文通过对沪宁高速公路拓宽改建工程在设计中碰到的难点和问题，以及针对这些难点问题所采取的合理、科学的解决方法，为今后高速公路拓宽改建工程设计提供参考。

我国高速公路主要分布在我国东、中部及沿海发达地区，高速公路中绝大多数为双向4车道。随着经济快速发展，物流产业的不断升级，4车道高速公路显然无法满足这种日益增长的交通需求。高速公路扩建、扩容问题逐渐突出，沪宁高速公路是南京—上海间最便捷的汽车运输通道之一，为了适应长三角地区城际公路交通一体化进程和满足上海发展市域交通需求，江苏省和上海市先后对沪宁高速公路进行了扩容改建。

下文通过沪宁高速公路上海段改扩建设计中遇到的一些难点，分析、阐述了高速公路改扩建的一些关键技术。主要分为以下几个方面。

1 拓宽形式的选择

道路的扩容方式一般有在既有道路周边新建或加宽两种（也称之为扩容与扩建），这两种方式中又自派生出了不同的扩建形式，每种形式中还有不同的具体扩建方案。新建的方案有：在沿既有道路一侧开辟新线；在既有道路两侧分离定点直通专线道。加宽方案有:两侧拼接加宽或单侧拼接加宽等。

如何选择改扩建方案，不仅要及时地掌握道路病害的发生程度和发展状态，还要正确选择适当的改建方案。影响扩建方式选择的主要因素有：路网总体规划和布局；交通的适应性；建设投资费用；综合运输体系；周边用地条件；环境状况、地质条件及路网的管线布局等。这不仅仅是一个技术问题，还需要从管理、投资、社会影响等各方面进行综合考虑，权衡利弊后做出最适合的决策。

沪宁高速公路根据交通需求特点、既有道路现状情况、工期的要求、施工的技术设备条件等，论证确定拓宽道路的断面形式及布置，最终选择了“两侧拼接为主、局部两侧分离”的扩建形式（见图1）。除因为桥梁结构和建设条件限制采取了主线局部分离形式，其余路段基本采用两侧拼接的扩建方式。

图1 标准断面图

其优点如下：

（1）平面线位走向、纵断面面均以老路为基准，占用土地少，可充分利用既有道路两侧已征用的土地，减少投资。

（2）原来的双向4车道断面直接拼宽成双向8车道后，显著的提高了断面的通行能力。

（3）在整体式的道路上形式符合驾驶习惯，驾驶的视野很开阔，有利于缓解局部路段的交通瓶颈，不易产生整条高速公路无法运行的状况。

2 施工期间的交通组织

由于沪宁高速公路作为互通密集的主干线高速公路，地处特殊的黄金地段，拓宽改建过程中要求正常运营，所以维持道路扩建期间老路的交通通行是改建进行的关键，也是难点。

沪宁高速主要承担过境交通，其交通功能上体现“通道性”，其封闭施工对交通的影响与城市道路不同，将直接影响区域间的空间可达性。受路网密度等因素影响，施工期间很难采取强制路网分流措施。拓宽改建过程一方面对相关的匝道进行封面，影响了与周边道路和其他相关高速公路的可达性和连通性，另外，施工必然会导致既有高速公路的通行能力降低。如何维持和保障沪宁高速公路原有的服务水平及其与周边道路的可达性和连通性，如何通过交通组织降低沪宁高速公路施工对周边道路、地区的交通影响是设计单位、施工单位及管理部门共同的课题。

在沪宁高速公路改扩建设计过程中，遵循以下几点原则：诱导和控制相结合；多渠道分流,确保施工期间交通正常运行；合理控制对周边道路的影响。

施工期间的交通组织内容及方案：期间的交通组织方案分阶段主线交通组织方案、路网交通组织方案、路网信息发布方案、交通组织方案评估及应急预案等几方面（见图2）。

图2 应急预案示意图

根据以上原则，沪宁拓宽期间保通设计方案采用以下几条措施：

（1）沪宁高速公路在施工期间始终维持双向4车道或以上，在局部道路线形较差的路段，强调交通安全，通过设置限速标志、警告指示标志、防眩版、轮廓表等设施来改善交通安全。

（2）路网交通组织与交通诱导，主要考虑沪宁高速公路施工带来的连通性和可达性问题，分别从高速公路网和地面干道线网来予以解决。曹安公路、金沙江西路、博园路及纪鹤公路等道路走向基本平行于沪宁高速公路，在沪宁高速公路南北两侧各形成一条高速公路分流路径，解决了连通性问题。同时这些道路与高速公路和周边地区出入口衔接也很便捷，是沪宁高速公路施工期间较好的分流道路。

（3）扩大信息的发布面，均衡路网交通负荷。一方面通过情报版等方式进行信息发布诱导，提前分流交通，减轻交通压力；另一方面，若道路交通量已经饱和，处于较为拥堵状态，可视情况采用一些强制措施使部分车辆改道行驶，避免更拥堵的情况产生。

在维持原路运行状态下，进行改扩建是未来扩建工程的必然选择。在实施操作过程中还需要从以下几个方面予以改进和加强：交通安全方面问题；与周边干线交通的施工组织计划协调问题；车辆救援方面的问题；临时性标线的设置等等都是在高速公路改建工程中困扰建设者们的难题。

3 老路路基路面病害的整治

经过多年的重荷载、大流量的交通运营，高速公路的路面和路基都存在着或多或少的病害，如何在拓宽过程中消除和治理这些病害，也是一大课题。

高速公路病害有车辙、裂缝、松散坑槽、泛油、麻面等。造成高速公路病害的原因主要有：软弱地基路段预压时间不够，工后沉降过大，路基压实度不够，地基处理不当，构造物两端填土压实度不够；雨水的侵蚀；施工工艺水平低；沥青面层采用的材料及施工工艺不适合；沥青混合料级配不佳；车辆大型化和严重超载现象造成高速公路破损。

高速公路拓宽设计之前需要全线测量、勘察，掌握道路病害的发生范围、程度和发展状态并且掌握原有路基的填料性质、原有路基边坡形式、地质状况、稳定状态和现状路堤的排水设施，排查分析造成这些路基路面病害的主要原因，采取适宜的路基改善措施。

经过调查分析，若老路病害是路面病害。面层问题通过老路铣刨加罩弥补。路面基层问题可以开挖后，水泥灌浆压实，再铺筑沥青修复。

若老路病害是路基问题造成的，应对既有路基进行调查，包括路基强度、压实度，路基沉降是否稳定等；对于路基强度、压实度不能满足要求，宜挖除重新填筑，或采用注浆等方法。若是沉降未稳定产生的，应推算地基残余沉降，计算残余沉降大于15 cm以上的路段，应考虑对地基进行处理。

4 新老路基之间裂缝的处理

对于拼接道路，最容易出现的病害是新老路结合部纵向开裂，新老路基结合处的处治也是工程的难点。

沪宁高速公路全线有软基路段、挖方路段、高填路段等不同路基条件和形式，路基填料也各异，扩建工程在路基设计中首先需要解决的是路基拼接技术问题（见图3）。

为了使拓宽路基与原公路路基之间保持良好的衔接，在不影响既有路基的稳定前提下，对拓宽部分采取合适的地基处理方式和路基填筑方案，将差异沉降控制在合理范围内。若处理不当，一方面，易对已趋于稳定的老路路基产生附加沉降，导致老路路面的开裂；另一方面，易在新老路基间产生纵向开裂，出现不协调变形，影响车辆安全运营。设计团队在设计过程中，参考了许多技术文献并进行了各项专题技术研究，提出了路基拼接设计的沉降控制标准，并根据沉降控制指标设计了相应的地基处理方案和填筑方案，新老路基衔接则采用了“台阶开挖＋土工隔栅加固连接”的技术，同时提出了施工工艺技术要求及验收标准，基本解决了新老路基的差异沉降及附加沉降问题。

“台阶开挖＋土工隔栅加固连接”的具体技术方案是：先开挖台阶，在既有路基边坡上开挖台阶前必须进行清坡处理，清坡厚度大于30 cm，确保既有坡面防护植被的根系被清除。台阶开挖时应严格控制台阶开挖高度和施工工艺，一般路段第一级台阶开挖尺寸为150 cm×100 cm，以上各级台阶开挖为100 cm×67 cm。台阶开挖时按自下而上的顺序开挖，开挖一阶及时填筑一阶拓宽路基，并分层碾压至满足路基压实度要求。为增强新老路基之间的联接，保证新老路基拼接部的土基强度，在沉降差异最明显的路基基底和拉应力最大的路床、路面拼接部位铺设一定数量的土工格栅。

5 软土路基处理

沪宁高速公路沿线软土地带分布广，软基处理技术的选择直接决定了高速公路改拓建成功与否，直接关系到施工完成后运营的效果，直接关系到道路养护成本。

沪宁高速公路拓宽设计中，在软土路段全部采用了复合地基处理。在上海地区首次提出了采用PHC管桩、高压旋喷桩进行复合地基处理。

软土地基处理设计方案为：根据地质条件和填土高度，预应力管桩桩位在平面呈矩形布置，桩间距2.5～3.0 m，桩长28.0～34.0 m。管桩采用预应力高强混凝土管桩PHC（AB型），混凝土强度等级采用C80，直径为400 mm，壁厚80 mm。设计单桩承载力不小于840 kN，复合地基承载力不小于170 kPa。

根据沪宁高速公路拓宽通车3 a来多来的运营状况，实践证明这样的综合处治方案是成功的，让开车人充分享受着“高速、平稳”的舒适感。

6 桥梁拼接技术

桥梁结构拼接段，应高度重视新老桥基础的差异沉降，桥梁纵缝拼接、局部老桥的拆除等也是桥梁专业碰到的难题。

对新建桥梁基础进行仔细设计，合理布置纵缝，避免拓宽车道的车辆轮迹线和纵缝横向距离过近而影响车辆行驶安全。沪宁高速公路扩建工程中桥梁上部结构以板式结构、组合工字梁及T梁结构、箱梁结构为主，根据桥梁拼接技术专题研究成果，主线桥梁采取上部构造相互连接、下部构造不连接的方式进行拼接，并采取了以下措施：

（1）一般情况下采取同跨径、同结构进行加宽拼接。

图3 新老路基拼接示意图（单位：m）

（2）为提高拼接处构造的可靠性，设计在连接缝处加强配筋，并广泛采用植筋技术。

（3）采取增加桩长，预压新建结构，延迟接缝浇注时间等措施控制新建桥梁的基础沉降。

7 道路排水

水是危害公路的主要自然因素。对于改拓建工程，原有的排水系统都遭到不同程度的破坏，改拓建过程中，不但要尽可能地利用原有的道路排水设施，还要提高道路的整体使用性能。

为了防止水对路基，沥青路面的破坏，使渗入路面表面水减少到最小程度，排除进入路面内部的水分，设计排水系统由中央分隔带排水、路面表面排水、路面内部排水和公路两侧边沟排水四个系统组成。

7.1 中央分隔带排水

由于沪宁高速公路基本采用两侧拼接拓宽的形式，中央分隔带排水原则上利用既有排水设施，基本不作改建；局部排水设施损坏的路段考虑中央分隔带铺面封闭硬化处理。

非超高路段：该项设计只对中央分隔带的横向出盲沟采用接长至护坡以外即可。接长盲沟采用5 cm黄砂＋25 cm碎石＋土工布的布置。

超高路段段：对于原中央分隔带的横向排水管能满足路基拓宽后的排水要求的，只需接长横向排水管即可；对于原中央分隔带的横向排水管不能满足路基拓宽后的排水要求的，在中央分隔带边缘增设集水井和横向排水管。

7.2 路面表面排水

路面排水沿横披至土路肩，采用坡面漫流。

7.3 路面内部排水

在基层顶面采用稀浆封层，同时沿路面外侧边缘设置纵向集水沟，沟内放Φ8软式透水管，间隔40 m布设Φ10的PVC横向出水管。渗入路面结构内的水分，先沿路面结构层的层间空隙横向流入由透水性材料组成的纵向集水沟，并汇流入沟中的带孔(或槽口)集水管内，再由布设横向出水管排引出路基。

7.4 边沟排水

一般路段采用预制块梯形边沟，边沟尺寸为下底宽60 cm，高60 cm，梯形坡度1∶1，预制块梯形边沟由5块C20混凝土板拼装而成。路基边沟坡度设置一般不小于0.3%，困难情况下可适当减小。雨水通过边沟收集后，就近排入河道。

8 结语

现在沪宁高速公路拓宽改建工程已经完成且运营状况良好，管理、设计、施工部门根据成功的实践总结出了不少经验。但总的来说，高速公路改拓建还只是刚刚起步，是一个新的课题，技术和经验未完全成熟，会面临新的问题，作为道路设计人员还应不断去总结、积累宝贵的经验。

[1]袁胜强，等.沪宁高速公路改扩建工程设计关键技术[R].上海：上海市政工程设计研究总院.

[2]上海市政规划设计研究院，上海市沪宁高速拓宽工程建设指挥部.沪宁高速公路扩建工程施工期间交通组织的经验浅谈[R].

[3]上海市政工程设计研究总院.A11公路拓宽扩建工程道路工程施工图原则[R].

[4]上海市政工程设计研究总院.A11公路路基拓宽关键技术研究[R].