改扩建与百年平安品质工程

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随着社会经济的不断发展，交通流量的不断增长，早期修建的高速公路通行能力已满足不了出行需求，服务水平严重下降，改扩建成为高速公路提质升级的重要举措。而国民经济实力和信息化、智能化产业的发展，对高速公路改扩建也提出了更高的要求，创建“百年平安品质工程”理念深入人心。在该背景下，高速公路改扩建存在着亟待聚焦的共性技术问题，应及时梳理和建议，为后续高速公路建设提供一定的借鉴和参考。

1988年，中国第一条高速公路——上海至嘉定高速公路正式通车。1998年，我国高速公路通车里程8733公里。截至2019年底，我国高速公路总里程突破15万公里，双向八车道高速公路达5000公里，高速公路高质量发展加速，朝着“交通强国”的战略目标阔步前进。目前，国家高速公路网骨干通道交通量持续增长，早期修建的高速公路逐渐饱和，如图1所示，全国高速公路拥堵程度较为严重，服务水平明显下降，既有高速公路扩容改建的需求突出，改扩建成为高速公路提质升级的重要手段。

2010年之前，我国相继完成了广佛、沈大、沪宁、沪杭甬等1000公里左右的高速公路改扩建工程建设。从2010年到2015年，又接连开展了连霍、京港澳、福夏漳、呼包、沈绕、宁合、昌樟、桂柳、西潼、西宝等约2000公里的高速公路改扩建工作。当前，济青、京沪、京台、济广、昌九、柳南、京藏、杭金衢、沈四、长四、吐乌大、乌奎、漳龙、合安、合宁、合芜等约4000公里的高速公路改扩建工程正在如火如荼的建设过程中（部分刚刚建成通车）。

高速公路改扩建工程从最开始的初步尝试，到积极探索、多模式融合，再到精准施策、全面提升，一直发展到现在的科学规划、高质量发展理念全面落实，在这个过程中开辟了一些新思路，积累了一定的工程建设经验。现阶段的高速公路改扩建追求的是更高质量的工程建设标准，更高安全的施工保障措施，更高要求的生态环保和文明施工，倡导建设“品质工程”“平安工程”“绿色工程”“智慧工程”。

图1 全国公路交通拥堵分布图

技术需求现状

图2 高速公路改扩建技术需求

高速公路改扩建工程不同于新建工程，有其自身的建设特点。改扩建工程施工期间，为保障道路通行能力，减少对周围路网交通流量和正常社会秩序的影响，需要“边通车，边施工”，大大增加了工程建设的难度，还有新旧桥梁、路基拼接、新老规范差异大等问题，改扩建工程还存在一定的建设难度。

边通车边施工，施工难度大

改扩建施工过程中，需要一边保障道路通行能力，一边开展施工作业，其不利因素主要体现在以下3个方面。

首先，施工期间，车辆正常通行，对于交通、施工组织方案提出了更高的要求。研究制定合理的交通组织方案，对保障施工区车辆通行的便捷及安全具有十分重要的意义。桥梁、路面施工无法一次性完成，需两次转序（将车辆全部导改至半幅四车道通行，另外半幅四车道封闭施工）后，才能够完成全部施工工序。

其次，交通安全设施不足与管控困难。在边通车边施工的情况下，虽然路侧设置了移动钢护栏等防护措施，也采取了限行限速措施，但由于移动钢护栏的防撞能力不足，管控措施无法有效限制主线通行大型车辆等原因，道路通行车辆会对路侧施工作业人员带来较大安全隐患。

再次，容易发生交通拥堵。为满足快速施工要求，压缩道路通行车道数量，会大大降低道路通行能力，很大可能会引发道路拥堵现象。

新旧结构拼接问题突出

新旧结构规范标准存在较大差异，要选择合理的技术标准，才能做好新旧结构的拼接。新旧结构的拼接主要体现在两个方面。

一方面是新旧路基的拼接。旧路基已运行近20年，理论上固结沉降已经完成，处于稳定状态，新路基建设完成后，在自重应力作用下会产生一定的固结沉降，加上交通荷载作用，新旧路基之间必然会产生一定的不均匀沉降，新旧路基间沉降差异会对路面结构下承层和内部受力产生巨大影响，对道路行车安全和舒适性也会产生一定的影响。

另一方面是新旧桥梁的拼接。新桥与旧桥参照的标准规范不同，梁高差别较大，需要选择一个合理的标准。新旧桥梁之间的差异沉降容易造成桥梁之间的接缝出现开裂，由于施工过程中，道路上有车辆正在行驶，因此，新旧桥梁湿接缝浇筑后，车辆通行过程中产生的振动荷载必然会对浇筑的湿接缝产生一定的扰动，导致湿接缝与两侧梁板之间的黏结较差，湿接缝受扰动，自身的强度也会受到影响。

废弃材料再生利用问题突出

改扩建工程由于自身的工程特点，会产生大量的浆砌圬工、沥青路面回收材料、大宗固体工业废弃物、废旧交安护栏等。合理、高效地利用这些废旧材料，是建设绿色工程、实现资源节约、循环低碳的重要举措。资源再生利用主要体现在3个方面。

图3 RAP中新旧沥青的混合状态

图4 路面病害类型复杂

一是沥青路面回收材料（RAP）的高值化再生利用。高值化利用是指将铣刨料作为再生路面材料的骨料。为保证新旧路基的整体性和稳定性的统一，改扩建施工过程中，需要对旧路开挖台阶，铣刨老路面，从而产生大量的路面铣刨料，如果将铣刨料用来修整便道或作为台背回填的材料，则不能实现铣刨料的高值化利用。

据统计，当采用乳化沥青冷再生代替ATB柔性基层时，每生产1吨乳化沥青冷再生混合料可节省石料700千克至900千克，节省沥青15千克，节省能耗133兆焦耳，减少1.1千克等效二氧化碳、0.02千克等效二氧化硫和0.06千克颗粒物排放。然而，现有的铣刨料再生利用技术虽取得了一定的工程应用，但由于需要专门的再生拌和设备，且设备价格较高，施工组织安排不合理。RAP中的旧沥青与新加入沥青的混合效果差，也是沥青路面回收材料高值化利用的一大难题。如图3所示，RAP中的旧沥青与新沥青的混合状态有三类：无混合状态、部分混合状态和完全混合状态。在再生路面材料回收利用过程中，铣刨料中的旧沥青和新加入沥青基本是处于无混合或者部分混合状态，集料与沥青间的黏附性能不佳，所以再生混合料路用性能较差，导致铣刨料的再生利用未能广泛推广应用。

二是既有板梁桥的精准评价与加固利用。改扩建工程中，如果能最大程度利用既有板梁桥，不仅能够节省大量的工程投资，还能很大程度上加快施工进度，缩短工期。按照现行荷载标准规范，通过简化的计算方案，多数桥梁不能满足承载力要求，需拆除重建。大部分桥梁工作状况均处于良好状态，能够满足当前承载能力的要求，因此，需对既有板梁桥的状况进行准确评价并采取适当的加固措施（不可加固过度）后可继续使用，不至于拆除。

三是废旧交安设施与护栏的再利用。济青高速公路改扩建工程取得了一定的研究和应用成果。旧路的交安设施和护栏是按照旧版《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2006）标准执行，经过十多年的发展，旧路交安设施和护栏不能满足现行《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017）标准规定，原有旧设施和护栏不能直接利用，通过加固翻新后再利用的价值有待商榷，加固翻新、往来运输成本较高。

道路病害精确诊断难度大

旧路经过长期运行，沥青路面在高温时产生泛油，在车辆荷载的作用下会出现车辙、拥包，严重时产生坑槽、深陷等病害，如图4所示。温度骤降和路面材料收缩会造成横向裂缝，路基不均匀沉降和施工问题等会造成纵向裂缝。沥青老化和黏附性能变弱会造成麻面现象。多种病害的影响因素多、损坏源复杂、病害差异大、精确诊断难度大，道路病害对症改造难度大。

图5 目前我国高速公路改扩建工程建设中的共性问题、技术瓶颈亟待厘清。

预制装配化施工要因地制宜统筹安排

实现工厂化预制、装配化施工，应从设计阶段开始谋划。首先，临时性预制装配场站建设费用投入较大，因此要对位置、规模、运输条件、建设标准等做统筹考虑；其次，从工厂化预制的角度来考虑，构件的结构形式和尺寸不宜过多，但考虑到旧桥的情况，改扩建工程中构件的结构形式和尺寸较多，批量化、规模化的预制装配生产和施工，要在设计上统筹考虑；再次，装配式施工技术只有少数人掌握，施工经验缺乏，目前没有专门针对公路桥梁预制装配相关的设计和施工规范标准。上述种种原因阻碍了预制装配技术在高速公路改扩建工程中的推广应用。

智慧公路建设需求高

广大民众对于出行服务品质提出了更高的要求，这对高速公路建设者在智慧高速公路、智慧服务区等方面的建设水平和能力提出了挑战。智慧高速公路建设的含义十分广泛，是基于智能化、信息化、网络化、自动化科技背景下的一种大数据整合利用技术，集智慧、安全、绿色、高效于一体。改扩建是提高道路通行能力和服务水平的最有利时机。

现阶段实现的智慧高速公路建设并不是指车路协同网联条件下的自动驾驶，而应是指基于当前交通车辆条件下能够让驾乘人员有更直接、更实用、更便捷的智能化出行体验。短期内自动驾驶技术无法实现全车道、全路段内正常行驶。智慧高速公路建设需确立合理、可靠、明确的目标和定位，在改扩建过程中可按照立足于解决现实问题、运管高度智能、标准适度超前、瞄准行业前沿的原则，分阶段渐进式推进，以取得实效为基础，探索前沿技术。

对策与措施

在高速公路改扩建面对新的技术需求和时代需求下，打造“百年平安品质工程”，首先要确立明确的建设目标，起点高，终点才能高。有了明确的目标，全体建设者才会共同朝该目标去努力争取，并且牢固树立质量第一的工作原则。相关技术领域的具体需求和措施，如图6所示。

面向公众的施工期交通动态组织与车道级导改关键技术

针对高速公路改扩建工程中强化施工安全管理和提高车辆通行效率的需求，综合运用电子高精度地图采集、北斗数字差分定位、多源异构大数据融合、轻量化图形数据分发等新兴技术，攻克分米级道路基础设施快速数字化、网联环境下交通状态规模化感知、车道级交通流智能调度组织，以及车辆通行诱导信息发布标准化等技术难题，构建多源异构大数据库，开发智能交通诱导监控信息平台，通过GIS技术、数据库技术、数据挖掘技术实现交通数据处理、参数预测、状态分级、拥堵可视化、交通诱导等功能，形成高速公路改扩建工程智能交通诱导一体化解决方案，提高高速公路改扩建工程运营安全管理智能化、信息化、精细化、标准化建设水平，保障高速公路改扩建过程中运营安全与通行效率。

图6 百年平安品质工程需求与措施

新旧路基差异沉降控制技术

新旧路基不均匀沉降会影响道路行车舒适性和安全性。面对新旧路基不均匀沉降的问题，应采取全过程施工质量控制解决差异沉降。路基处置深度是控制新旧路基差异沉降的关键因素之一，基底处理采用冲击碾冲击压实，然后利用碎石换填，换填厚度不小于30厘米，以利于地表水排出，提高路基的水稳定性。路基填筑采用分层碾压的施工工艺，提高路基填筑的压实度，路床部分采用3%至4%水泥土压实养生处理，并铺设不少于两层的高强度土工格栅，提高路基的整体稳定性，水稳层水泥胶凝材料掺量不宜过高，在满足最低强度要求的情况下，尽量降低水泥掺量，防止水稳层开裂造成路面层的反射裂缝。新旧路基搭接处应开挖台阶，进行错台搭接，加强新旧部分的整体结构性和变形协调性。

图7 施工转序交通导改

图8 碎石换填与水稳层施工

图9 预制装配桥梁立柱及涵节

图10 智慧高速公路建设思路

图11 2019年，山东高速公路建设里程达到2384公里，其中新建1421公里、改扩建963公里。

预制拼装施工质量控制技术

预制拼装技术在工业与民用建筑领域应用较为广泛，技术也相对成熟，在城市道路桥梁建设中也得了一定的应用推广，上海S3和S7公路、上海轨道交通11号线和17号线、江西南昌洪都大道、新疆乌鲁木齐东进场高架桥等均实现了上下部结构全预制拼装，目前在高速公路改扩建工程建设中的应用还处于初期阶段。首先，从节约工程建设投资方面考虑，建设永久性预制场站是一种经济合理的方式；其次，应从设计阶段统筹谋划，优化构件形式和截面尺寸，减少模板类型；再者，应加强现场预制和施工质量控制标准体系建设，指导现场施工。让预制拼装技术在高速公路改扩建中真正意义上实现标准化设计、装配化施工，专业化管理。

明确智慧高速建设思路

面向未来智慧、安全、绿色、高效的智慧高速公路，短期内要想实现全路段的自动驾驶和车路协同，显然是不现实的，自动驾驶车辆费用较高，真正的自动驾驶必须依靠车辆车载单元的信息接收与决策，自动驾驶车辆无法普及，无论高速公路建设得多么“智慧”，都实现不了自动驾驶的美好愿望。短期内智慧高速公路建设目标应该确定在完全不依赖车的情况下，最大程度为驾乘人员带来更舒适的乘车体验，解决驾乘人员对于道路交通和气象信息，以及危险路段路况信息的及时发布和提醒。笔者认为，目前短期内智慧高速公路建设应确定在以下几个方向。

第一，基于轻型客车专用车道和重载货车专用车道设计的客货分离行驶。目前，在建高速公路改扩建工程多为双向四车道改八车道，车道数量增加后，提出专用车道设计技术，有助于提高道路车辆通行安全性，提升道路通行能力，节省改造投资，降低车辆排放，为未来智能交通和自动驾驶创造条件。

图12 高速公路改扩建工程逐渐成为提高通行能力、提升服务水平、改善出行体验的“钥匙”。

第二，道路交通、气象、导改、封闭信息实时更新发布。通过交通、气象信息等前端信息，采集传感器实时获取道路信息，通过后台内置处理算法预测交通运行环境、运行状态、数据分析与事件。并通过多媒体手段（可变信息情报板、可变信息标志牌、导航软件、电台等）实时对外发布道路交通导改、封闭、路面交通状况等信息，为驾乘人员提供及时可靠的决策信息。

第三，基于未来自动驾驶的基础设施建设。考虑目前的实际情况，适用于自动驾驶的车辆基本处于试验场地测试和示范阶段，未进入量产化生产与销售阶段，因此，现阶段支持自动驾驶车辆行驶的路侧单元设备配置的意义不大。但自动驾驶与车路协同是未来智能交通的发展方向，现阶段高速公路改扩建应瞄准的方向是——在自动驾驶车辆达到一定规模和数量时，高速公路应具备配置相关路侧单元设备的能力。

我国高速公路改扩建工程建设事业正在蓬勃发展，向“交通强国”战略不断迈进。随着交通行业科技水平的不断提升，高速公路改扩建工程建设也会向更高水平迈进。“未来的路”任重道远，因此，我们应该以发展的眼光看待高速公路建设，以更高标准要求自己，高起点谋划、高标准建设、高质量推进，加快推动“百年平安品质工程”在高速公路改扩建中的落地实施。