高速公路改扩建工程四新技术应用

胡丰玲

(中设设计集团，江苏 南京 210005)

1 引 言

截至2018年年底，国内高速公路通车总里程已达14.26万km，位居全球第一。随着社会经济的快速增长，汽车保有量逐年增加，部分早期建成的高速公路，有些路段拥堵严重，已无法满足日益增长的交通需求和沿线经济发展需求。自1999年广佛高速公路完成拓宽改造后，国内陆续有沪杭甬、沈大、沪宁、京港澳等高速公路进行了拓宽改造。可以预见，随着我国经济社会的快速发展，高速公路改扩建工程建设将在今后一段时期内，成为交通基础设施建设主要工程内容之一。

高速公路改扩建工程较新建工程要复杂很多，受制约的因素更多。不仅需要处理好与沿线地形地貌、国土规划、生态红线等关系，还需协调好新老路间的关系，处理好工程方案与施工组织及交通组织的关系。本文以京沪高速公路改扩建工程沂淮江段为例，针对改扩建工程出现的新问题、新困难，总结介绍了四新技术在改扩建工程中的具体应用。

2 项目概况

京沪高速公路沂淮江段是京沪高速公路重要组成路段，是江苏省“五纵九横五联”高速公路网的重要组成部分。改扩建工程起自京沪高速公路苏鲁省界，止于京沪高速公路正谊枢纽北侧，全长约259.6 km。现状道路为双向四车道，道路宽度为28 m，2000年建成通车。全线按双向八车道高速公路标准扩建，采用沿既有公路两侧拼宽为主、局部分离为辅的总体扩建方案，设计时速为120 km/h。整体式路基宽度为42 m，双侧分离式加宽段新建分离式路基单侧宽度为13.25 m。项目路途经徐州、宿迁、淮安、扬州四市，地质情况变化大，跨越多个地震烈度区，需跨越多条重要河道、航道、铁路及公路，控制因素多，建设条件复杂；交通量大、重载车多，工程方案复杂，建设期施工组织、交通组织难度大。

3 四新技术应用

随着社会经济和科技的发展，一些新技术、新材料在实体工程中得到尝试应用和不断改进。高速公路改扩建工程相对于新建项目，需面对一些新的问题和困难，可以借助四新技术很好的解决，新技术如对正常运营老路进行快速高精度测量技术、对老路路基路面及构造物进行无损检测技术、老路拆除料再生利用技术、BIM技术、VR技术等，新材料如泡沫轻质土、岩沥青、高模量沥青、不粘轮沥青、劲性桩等。

3.1 工程测量新技术

相对于新建高速公路，改扩建工程需拟合老路平面及纵断面线形、对既有构造物进行拼接，因此需补充老路路面测量、既有构造物细部测量等内容。该部分测量工作精度要求高，测量时对老路通行影响要小，作业安全还应有保障。采用传统常规测量手段，很难满足上述要求，因此可借助机载激光雷达航空测量、车载移动激光扫描测量等新技术。

机载激光雷达航测技术可准确获取地形三维信息、影像数据，快速制作大比例尺数字线划图、数字正射影像及数字高程模型。车载移动激光扫描测量技术是集激光扫描、全球定位系统、惯性导航系统、摄影测量、计算机等技术于一体的一种新型道路测绘数据采集技术，改扩建工程可用其测量老路路面。测量时对老路干扰小、安全性高，老路路面测量数据平面精度可优于±5 cm、高程精度优于±2 cm。根据车载测量数据对机载点云数据进行修正，并与之融合，可生成高精度的数字高程模型(图1)，方便设计人员获取道路全断面数据，大大提高了效率。

图1 数字高程模型(DEM)

3.2 基于BIM技术的可互动式交通组织设计

对日益繁忙的高速公路进行改扩建，需在保持运营状态下实施。施工路段保通方案，应与各专业改扩建方案密切结合，而改扩建工程方案非常复杂，具体有主线一般路段、主线特殊路段(如路基改桥、桥梁拆除重建、纵断面抬升等)、出入型互通式立交路段、枢纽型互通式立交路段、服务区路段、支线上跨桥拆除新建路段等多种情况，不同路段、不同施工阶段交通组织方案不同，但均需要获得路政、交警的认可，实施时建设单位也需与路政、交警等多部门联合办公进行保障，因此过程中需要与他们多次沟通协调。

针对施工期交通组织涉及部门广、协调多、沟通难等问题，项目路自主研发了可互动式交通组织设计软件，在BIM模型上直接进行施工期交通组织设计。不仅非常直观的表达出不同施工阶段、不同路段的交通组织方案，方便路政、交警等管理人员更好的理解方案；而且沟通时针对路政、交警等提出的调整建议，可实现“随时修改即时展示”的功能，大幅提高了沟通和决策效率。

3.3 泡沫轻质土的应用

在高速公路改扩建工程中，为减小新老地基不均匀沉降、降低工程造价、减少拆迁，在纵断面抬升路段、深厚软土路段、高填方但无软土或硬壳层较厚路段、临塘或邻近厂房路段，可考虑采用泡沫轻质土。

泡沫轻质土作为一种新型路基填筑材料，具有容重小、施工便捷、固化后自立性好等优点。在工程中其容重一般控制在500～800 KN/m3，约为常规路基填料的1/3，大幅降低了填土荷载、减小地基附加应力。浇筑后具有高流动性和填充自密实特性，施工作业面小、施工时不需机械碾压和振捣，故施工便捷，适合改扩建工程空间受限或工期受限等段落；浇筑固化后具有自立性，因此当路侧临近有建筑物时可减少用地及拆迁。

泡沫轻质土浇筑时应根据设备产能合理划分浇筑区，浇筑区内单个浇筑层可在初凝时间内浇筑完毕，单个浇筑层浇筑方量不超过200 m3。一般采用水平分层浇注施工，上层浇注层仅当下层浇注层终凝6～8 h时间后方可浇注施工。

3.4 路面新材料——中面层改性剂

近些年，车辙已成为高速公路沥青路面的主要病害之一，与之相关的养护费用占比较高。车辙发生的外部因素主要为高温、重载、长上坡、施工质量等，而内部因素主要为中面层设计，因为沥青路面车辙变形的50%以上来自于路面顶面以下6～12 cm的中间层位。高速公路改扩建后，一般采用分车道运营，三、四车道主要承受重交通甚至特重交通。因此三、四车道中面层的结构组合、材料性质和配合比设计对抑制车辙问题至关重要。

为改善特重交通下三四车道车辙等病害问题，项目路各选取一些典型标段作为路面试验路段，在三、四车道中面层中分别添加了岩沥青和高模量沥青改性剂。

高模量沥青混合料是一种由低标号硬质沥青或用较低标号沥青加高模量外加剂，与连续级配的集料组成的沥青混合料。项目路因路线长，南北环境差异大，故分别选取了一个交通量较大的路段(交通量为92 637 pcu/d、123 752 pcu/d)，掺入高模量外加剂使得沥青的黏度变大、软化点提高、针入度降低，进而提高了沥青混合料的模量。

岩沥青是一种天然的改性剂，它软化点高，可显著提高沥青路面的高温稳定性；含氮量高，可提高沥青路面的抗水损害能力；抗老化性强，耐久性好。用岩沥青中的灰分替代部分矿粉和细集料以及沥青，能充分发挥高灰分作用，着重改善胶浆，增强胶浆的粘附性和高稳定性。项目路选择在地质相对较好、交通量在省内高速公路具有代表性的路段，作为岩沥青路面试验段。

图2 沥青热再生利用 图3 波形梁护栏再利用

3.5 老路拆除料再利用技术

高速公路改扩建工程不可避免会产生大量的拆除旧料废料，如路基工程的削坡土、老路边沟及圬工防护的拆除料、 路面面层及基层的铣刨料、 拆除桥梁的混凝土、老路标志牌、护栏等，应本着“零废弃”的设计理念，积极尝试新技术，尽可能使其高附加值再利用。

路基工程的圬工拆除料，通过合理安排标段内施工工序，可将其再利用于便道填筑、河塘清淤回填、河塘坡面防护、新建路基护脚墙等工程。路基清表土、削坡土，可再利用于互通区地形整治、扩建后中分带及土路肩培土、便道填筑等。老路路面面层铣刨料可通过乳化沥青再生技术或泡沫沥青再生技术，用于新建路面上基层、柔性基层的下基层、底基层等部位；老路路面基层铣刨料一般采用水泥厂拌冷再生技术，用于新建路面的底基层或路床填筑。对于因功能性或结构性不满足要求需拆除的桥梁，可采用混凝土破碎技术，生成混凝土再生骨料，并将其消纳于路面底基层水稳、管桩顶的碎石垫层。老路既有的交安设施，交通标志牌可通过翻新作为永久性标志牌利用或改造为交通组织的临时标志进行使用；老路波形梁护栏，可通过加高加密立柱、护栏板由一层改为上下两层等改造措施，并通过碰撞试验验证满足规范要求后进行利用。

4 结 语

改扩建工程相对于新建高速公路，受限条件较多，需要解决的问题也很多，因此需充分重视专题、专项和科研工作，为科学制定改扩建方案提供可靠的基础资料和技术支撑。同时，也应积极尝试应用新技术、新材料、新工艺，解决好改扩建工程面临的一系列新挑战、新难题，深入贯彻落实“品质工程、绿色公路”建设理念，打造新时期高质量的高速公路改扩建精品工程。