既有道路功能提升技术研究.pdf

-74-既有道路功能提升技术研究李 帅1，魏 琨2，夏增选1，娄文杰3（1.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250101；2.山东高速股份有限公司，山东 济南 250014；3.山东高速工程建设集团有限公司，山东 济南 250100）摘要：以京台高速济南至泰安段改扩建项目为工程背景，在对现有道路问题进行全面调查的基础上，进行既有道路功能提升技术研究，总结出我国公路常见的功能缺失问题。项目建设过程采用了业内先进的设计理念，最大限度提升道路功能的同时节约工程材料，对此进行了理论分析与总结，对国内类似公路改扩建工程具有借鉴意义。关键词：高速公路改扩建；功能性提升；调查分析；既有道路中图分类号：U411文献标识码：BResearch on upgrading technology of existing road engineeringLI Shuai1,WEI Kun2,XIA Zengxuan1,LOU Wenjie3（1.Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute Group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250101 China;2.Shandong Hi-speed Company Limited,Shandong Jinan 250014 China;3.Shandong Expressway Engineering Construction Group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250100 China）Abstract:CombinedwiththereconstructionandexpansionprojectofBeijing-TaipeiexpresswayfromJinantoTaiansectionastheengineeringbackground,basedonacomprehensiveinvestigationoftheexistingroadproblems,thepaperstudiestheexistingroadfunctionimprovementtechnology,andsummarizesthecommonproblemsoffunctionaldeficiencyofChinashighways.Theconstructionprocessoftheprojectadoptstheadvanceddesignconceptintheindustry,whichmaximizestheroadfunctionandsavesengineeringmaterials.Thispapercarriesonthetheoreticalanalysisandsummary,whichcanbeusedforreferenceforsimilarhighwayreconstructionandexpansionprojectsinChina.Key words:expresswayreconstructionandexpansion;functionalimprovement;investigationandanalysis;existingroad引言京台高速公路济南至泰安段改扩建工程，穿越济南市、泰安市，随着国内经济和技术水平的发展与相关法律法规和标准的完善，本项目通行能力已无法满足日益增长的交通需求，且既有道路部分桥梁原设计指标已不满足公路桥涵设计通用规范（JTGD602015）及公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG33622018）等现行规范要求，加之多年运营，结构性能部分衰退，桥头搭板下存在脱空现象，部分涵洞功能性已完全丧失。受旧路线形与养护条件限制，本项目局部路段存在积水现象，严重威胁到行车安全。个别服务区建设年代较早，自建成使用后未进行过升级改造，设施陈旧老化，场区硬化路面病害严重。为提高京台高速济南至泰安段整体通行能力和服务水平，提升道路安全保障能力，改善交通出行条件和投资环境，适应交通量不断增长，促进区域经济社会发展，亟需实施京台高速济南至泰安段改扩建工程。1 工程概况京台高速公路济南至泰安段是连接济南市、泰安市及周边地区的干线公路，自1999年建成通车以来交通量增长迅速，2019 年京台高速济南（殷家林枢纽）至泰安（泰山枢纽）段平均交通量为88471pcu/d（大型货车约占27.5%）。预计到2043年，殷家林枢纽至张夏枢纽段交通量将达到85350pcu/d，张夏枢纽至泰山枢纽段将达到99333Pcu/d。部分路段交通量现已超过通行能力上限，道路拥堵现象严重，且2002年以来年均增长约4.5，服务水平已明显下降，既有六车道标准与其承担的交通运输任务和在路网中的作用不相匹配，且随着前后衔接路段扩建为八车道后，该段的瓶颈问题将愈发突出。收稿日期：2022-10-12作者信息：李帅（1985），男，山东济南人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为公路路基路面。2023 年第 3 期山东交通科技-75-2 现状道路功能调查2.1 旧路路线指标情况（1）平面：平面指标总体较好，最小平曲线半径2200m。（2）纵断面：主线纵坡3%的路段共8处，最大纵坡3.764%；互通立交和服务区路段有4处纵坡超过2%；泰安服务区凸形竖曲线半径20000m，不满足识别视距。平纵面组合良好。2.2 互通服务水平泰安服务区东区建设年代较久，自项目建成通车后未进行过升级改造，设施陈旧老化，场区混凝土路面出现塌陷、裂缝、板角断裂、破损、坑槽、麻面等病害，现有建筑面积4104m2。2.3 排水功能既有道路超高段低侧及挖方边坡遇强降雨时积水严重，影响行车安全。2.3.1 路面排水（1）老路超高段中分带排水沟位于中分带超高侧，排水沟尺寸较小，排水能力有限，遇强降雨时，中分带超高低侧积水严重，影响行车安全。（2）路面边缘排水：老路无路面边部排水设计。2.3.2 路基排水老路的路堑边坡急流槽排水口直接排至边沟，无集水井，当急流槽水量过大、过急时，雨水无法及时进入边沟，多喷涌至路面，引起路面积水。2.4 桥涵功能（1）桥下净空不满足要求。随着国内经济、技术水平的发展与相关法律法规和标准的完善，既有部分桥梁原设计指标已不满足现行规范要求。（2）空心板病害普遍，影响结构安全。空心板的表层缺陷主要表现为蜂窝、麻面、渗水、混凝土脱落、露筋，表面腐蚀、老化、裂缝等；内部隐蔽缺陷主要表现为混凝土不密实、孔洞、钢筋锈蚀、保护层较薄；空心板单板受力现象突出，桥涵上部结构病害以板底混凝土脱落和板底渗水两种病害较为常见；铰缝混凝土的松散、脱落、甚至失效，影响了桥梁结构的整体受力，板底铰缝处混凝土脱落，挠度较大，板底铰缝处渗水。（3）现浇连续板病害严重。梁底板跨中附近横向裂缝以及腹板竖向裂缝、L形裂缝，梁底板桥墩附近出现横向裂缝，腹板斜向裂缝主要分布于梁端至L/4区域，梁翼板横向裂缝等。（4）桥梁支座的主要病害表现为支座局部脱空、剪切变形、部分支座钢板锈蚀、部分支座橡胶老化开裂。（5）桥台搭板尾部沉降横向裂缝，桥头跳车，部分搭板偏短。本病害主要由于台后填土不密实、搭板设置过短等因素造成。3 道路功能提升方案3.1 路线纵断指标优化该路段主要采用纵断面下挖的方式，将纵坡进一步减缓，最大纵坡由3.764%降低到3%，平均纵坡由3.381%降低为2.48%，通过减缓纵坡的方式，降低了大小车辆的运行速度差，提升了该路段的安全性。3.2 排水功能提升设计3.2.1 路面排水改扩建将老路中分带排水沟挪至中分带中央，尺寸加大。既不影响行车安全，又将有效缓解超高路段的中分带排水。完善路面边部排水，有利于路面结构层排水，可有效延长路面使用寿命，防止路面因内部积水引起病害。3.2.2 路基排水急流槽出水口处增设集水井，且距边沟有约1m的消能区，有效缓解因水量大、流速急造成喷涌至路面的情况。3.3 桥涵功能提升设计针对现状桥涵的功能缺失问题，开展了针对性设计，主要措施：（1）通过路基改桥、桥梁扩孔、被交路下挖等措施，满足地方道路通行、河道行洪等要求。（2）对空心板常规病害采用破损修补、裂缝封闭或灌浆、勾缝、钢筋除锈等方式进行修复，对出现结构裂缝的部分板进行更换。对原有桥梁沥青混凝土桥面铺装凿除，同时铣刨原有桥梁混凝土现浇层2cm；新旧拼接处1.5m范围内的旧桥混凝土现浇层全部凿除；对原有桥梁凿除混凝土铺装后的空心板顶板表面进行凿毛处理，并清洗干净，新建预制板做好吊装后，共同新做混凝土铺装和沥青层；加强桥面防水层设计。（3）对病害严重的现浇连续板桥采用拆除上部结构后新做现浇连续箱梁，下部结构加固利用的设计方案。（4）对于横坡调整的旧桥搭板采用在旧搭板上植筋并浇筑混凝土的方案；对旧桥搭板下出现空洞的病害，采用搭板下注浆的加固方案。4 结语既有道路功能提升是改扩建工程的核心内容，设计人员需遵从安全性、经济性原则，并重点落实绿色公路要求，充分考虑项目区地质条件、自然人文特点等方面的因素，在少拆迁、省用地、不破坏生态环境的前提下，对既有道路功能进行充分调查研究，灵活运用平纵线形指标，对功能缺失或不完李 帅，魏 琨，夏增选，娄文杰：既有道路功能提升技术研究-76-善部位进行改造，提升整体使用性能。道路功能提升后通行能力显著提升，服务水平明显改善，促进了区域经济发展，为交通运输提供了更加快速、安全、舒适的环境。参考文献：1 王飞.丘陵区高速公路改扩建设计创新技术研究J.交通世界,2022（12）:107-109.2 高博.改扩建公路路基路面设计优化措施J.交通世界,2022（11）:58-59.3 成威.高速公路改扩建工程中的拼宽桥梁设计J.交通世界,2022（9）:27-28.4 丁之阳.高速公路改扩建工程旧路面处理技术研究J.中国水运（下半月）,2022,22（3）:109-111.5 石巍.公路改扩建工程路基路面拓宽设计研究J.交通世界,2022（8）:50-51.6 张玺.干线高速公路改扩建工程路基优化设计研究J.交通世界,2022（Z2）:124-126.（上接第73页）磨耗值和冻融6d的湿轮磨耗值都逐渐减小，这是由于油分的增多使SBR胶乳改性剂能够充分吸收膨胀，均匀分布在沥青体系中，并与包裹的沥青形成新的网状结构体系，增强整体稳定性，同时油分增大能使混合料弹性恢复率增强，所以抗磨耗性能逐渐增加。冻融情况下的磨耗值由于水分的参与，在冻融循环过程中对整体结构产生较大的破坏，使其磨耗值明显大于正常情况的磨耗值。0200400600800100012006.0%6.5%7.0%7.5%8.0%6 d 湿轮磨耗值/（gm-2）油石比/%6 d 湿轮磨耗值冻融 6 d 湿轮磨耗值图 5 6 d 湿轮磨耗值与油石比的关系1 2001 000 6.0 6.5 7.0 7.5 8.04 结语（1）SBR胶乳掺量的提升能够降低沥青的针入度，同时软化点得到提升，这是由于胶乳改性剂在中高温下相较于沥青更硬，胶乳改性剂掺量的上升，使沥青软质围绕硬质胶乳颗粒形成新的稳定体系，提高了整体的稠度，减小了针入度，提高了沥青的软化点。同时对比四种乳化剂，兼顾针入度与软化点以及对掺量的敏感性，能够得出乳化剂D性能更优。（2）随着油石比的增大，加入SBR胶乳改性剂的乳化沥青的耐磨耗性和水稳定性都有所提升，抗车辙能力先增大后减小。这是由于随着体系中油分的上升，SBR胶乳改性剂颗粒吸收油分发生膨胀，与周围的沥青软质形成了新的网状结构体系，增强了整体结构的稳定性，所以耐磨耗性和水稳定性逐步提升。但过多的油分会破坏体系的平衡甚至导致路面出油，所以抗车辙性能在油石比进一步提升后呈现减小的趋势，最终得出油石比7.0%左右适宜。参考文献：1 卢文银,黄卫东,吕泉,等.改性乳化沥青微表处路用性能影响因素研究J.石油沥青,2020,34（5）:29-33.2 王宏臣.橡胶改性乳化沥青微表处混合料降噪特性与耐久性能J.筑路机械与施工机械化,2017,34（4）:60-65.3 肖晶晶.微表处改性乳化沥青及混合料性能研究D.西安:长安大学,2007.4 吴幸华,袁燕,姜真.微表处用改性乳化沥青中低温指标与路用性能关系研究J.公路交通科技（应用技术版）,2013,9（5）:143-147.