（交通运输工程专业论文）高速公路改扩建工程设计研究.pdf

摘要 论文在收集分析我国高速公路改扩建建设项目资料的基础上，研究了高速公路改扩 建设计的方法和标准，提出了高速公路改扩建设计的技术要求。通过交通量分析和预测、 通行能力计算以及服务水平来确定改扩建的工程规模和技术标准；并提出了高速公路改 扩建工程总体设计应该包含的内容。在研究高速公路改扩建工程中路基、路面的设计与 施工方法的基础上，提出了高速公路改扩建工程中路基拓宽可以采用的两种方法和路基 基底处理方法、路基填筑材料选择方案。在对老路的现状进行调查分析的基础上，论述 了路线平面、纵断面、桥涵、互通立交的改造方案和设计标准，提出了高速公路改扩建 工程中对原有桥涵的处理方法和原则。探讨了平、纵拟合设计的方法和原则，并提出了 一种较适合改扩建工程平纵面拟合设计的方法。 关键词：高速公路、改扩建、总体设计、设计方法、设计标准、拟合设计 a b s t r a c t t h em e t h o da n dt h ed e s i g no nt h er e c o n s t r u c t i o no fe x p r e s s w a y sw e r es t u d i e db y c o l l e c t i n ga n da n a l y z i n gt h ei n f o r m a t i o no ft h er e c o n s t r u c t i o ni t e m si nc h i n a t h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n tf o rt h er e c o n s t r u c t i o nw a sp r o p o s e d t h ec o n s t r u c t i o ns c a l ea n dt h et e c h n i c a l s t a n d a r dw e r ed e t e r m i n e db ya n a l y z i n ga n dp r e d i c t i n gt h et r a f f i cv o l u m e ，o p e r a t i o nc a p a b i l i t y , a n dt h es e r v i c es t a n d a r d t h ec o n t e n t st h a tw e r ei n v o l v e di nt h eo v e r a l ld e s i g no ft h e r e c o n s t r u c t i o no fe x p r e s s w a y sw e r es u g g e s t e d t w om e t h o d so nw i d e n i n gt h es u b g r a d ea n d t h o s eo nt h es u b b a s et r e a t m e n ta n dt h ec h o i c eo ft h em a t e r i a l so nt h es u b g r a d ef i l lw e r e a d v o c a t e do nt h eb a s i so ft h ec o n s t r u c t i o nm e t h o do fs u b g r a d ea n dp a v e m e n t t h e r e c o n s t r u c t i o np a t t e r na n dt h ed e s i g ns t a n d a r do nt h er o a dp l a n e ，t h el o n g i t u d i n a ls e c t i o n ， b r i d g e sa n dc u l v e r t s ，a n di n t e r c h a n g e sw e r ed i s c u s s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no ft h ee x i s t i n g r o a d s t h et r e a t m e n tw a ya n dt h ep r i n c i p l eo nt h ee x i s t i n gr o a d sw e r ep r o p o s e dd u r i n gt h e r e c o n s t r u c t i o n t h em e t h o da n dt h ep r i n c i p l eo nt h ep l a n ea n dl o n g i t u d i n a la g r e e a b l ed e s i g n w e r ed i s c u s s e da n da na p p r o p r i a t ed e s i g nw a ss u g g e s t e d k e y w o r d s ：e x p r e s s w a y ；r e c o n s t r u c t i o n ；o v e r a l ld e s i g n ；d e s i g nm e t h o d ；d e s i g ns t a n d a r d ； a g r e e a b l ed e s i g n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 1 ，1 毽 川年弓月f7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：11 芯 导师签名：艇泛 如呦 年乡月, 1 日 邡年弓月夕日 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论弟一早三百 t 匕 随着我国经济的迅速发展，国家政治经济方针向基础建设方面的倾斜及“西部大开 发”的需要，我国公路建设近年来迅猛发展，取得了很大成就，高速公路建成里程也在 飞速增长。早期修建的高速公路( 如沈大高速、沪宁高速等) 或者因为长期使用导致服 务性能下降而面临大修，或者因为沿线交通量快速增长而急需拓宽扩建。 在8 0 年代末及9 0 年代初，我国的高等级公路建设处于初始阶段，有关技术标准和 规范不够完善，工程监理和管理经验不足，一些路基路面的施工存在一定质量问题。随 着国民经济的增长，交通量迅速提高，汽车载重日益重型化，导致道路服务水平逐年下 降，路基路面的损坏日趋严重，已影响了道路的正常使用。在经济发达地区，高速公路 的建设已经形成了完善的骨架网，这些高速公路担负着重要的交通运输任务，但由于近 几年来我国的社会国民经济是呈加速度发展的，高速公路交通量的增长速率很难准确预 测。如沈大高速公路由于车流量的饱和道路服务水平的降低正在进行拓宽方案论证；沪 宁高速公路在通车四年后车流量已基本达到饱和，也进行了拓宽改造；1 9 9 6 年完成设计 的广穗高速公路，施工还没开始，在1 9 9 9 年底就又要进行六车道高速公路的变更设计 工作。公路建设己由原来的“遍地开花”逐步转变为“上等级、出精品”的发展方针。现正 在修建的部分四车道高速公路，将来也可能面临着扩建成六车道、八车道高速公路的问 题，其他如一、二级公路的高速化改造也将出现。近年来，高速公路建设主要以新建为 主，但用发展和长远的眼光看，高速公路的改扩建工程将是我国本世纪初公路建设所面 临的重要问题。 我国的高速公路建设基本上是“从无到有”，通过多年的实践和探索，以及借鉴国外 先进国家的建设经验，我国目前在新建高速公路工程上形成了一条较为完善的设计、施 工体系，建设技术已日趋完善，有关的规范和法规较为完备。但对于高速公路改扩建工 程，从设计到施工，相关的规范、规程不多，没有一个完整的理论体系，从业人员的经 验也有所欠缺。因此，高速公路的改扩建，对大多数建设者而言是一个较新的课题。高 速公路改扩建的约束条件多，用新建工程的思路和设计方法不能完全解决好改扩建问 题，因此对高速公路改扩建的规模和技术标准进行研究必要的。 高速公路改扩建包含两个方面的意思：一是对现有的非高速公路进行改扩建，提高 长安大学硕上论文 原有公路的等级，通过提高原有路线的线形指标和技术标准，来改善行车条件；二是对 现有高速公路进行扩容，提高设计速度或增加车道，通过拓宽改造提高通行能力的方法 来缓解交通增长带来的压力。 1 2 国内主要高速公路改扩建现状 我国的高速公路建设，经历了十多年的发展，已经取得了很大的成就，但相当一部 分早期建成的高速公路因为达到和接近设计使用年限，需要扩建改造，以适应目前和将 来交通量发展的需求。从近年来的情况看，现在国内绝大多数的高速公路均为新建，改 扩建的情况不多，但早期修建的高速公路已经进入了改建时期。如沈阳至大连高速公路 是我国最早修建的高速公路，于1 9 9 0 年9 月全线通车。2 0 0 1 年辽宁省交通厅决定对沈 大高速公路的老路面进行大修，同时对路基进行拓宽，将原来的四车道高速公路改造为 标准八车道高速公路。沪宁高速公路改扩建工程自2 0 0 3 年7 月开始动工，到2 0 0 5 年1 0 月竣工通车，旧路宽2 6 m ，全部为沥青混凝土路面，采用两侧拼宽局部分离的加宽方式， 扩建后路面宽4 2 5 m ；拼接路面采用沥青混凝土路面，对原旧路进行铣包i 。改建。南 京绕城公路改扩建工程自2 0 0 1 年到2 0 0 3 年实施改建，旧路宽2 4 5 m ，原路面结构有沥 青混凝土路面和水泥混凝土路面两种面层类型，采用两侧拼宽的加宽方式，扩建后路面 宽3 5 m 。除此以外还有河南的郑开高速、江苏宁连高速、安徽合宁高速、湖北武黄高速、 湖南常永高速也在近几年进行了改建。随着高速公路改扩建项目的不断增多，人们对高 速公路改扩建的认识不但深入，高速公路改扩建已经成为公路建设者们不可忽视的一个 重要内容。根据有关部门的预测，从现在起，全国每年有1 0 的高等级公路需要改造、 扩建，l o 年以后，将有3 5 万k m 的高速公路和大量的一级公路需要改扩建。 高速公路改扩建的原因主要有两个方面：一是项目立项初期，在制定工程规模和工 程技术标准时，一般是按满足工程完成后2 0 年内的预测交通量要求来确定的。但是由 于交通量发展的不确定因素较多，偏差往往很大，尤其对于经济热点地区和经济高速发 展时期的交通量增长估计不足；二是由于交通量的迅速增长，重车超载以及路面设计、 施工方面存在的缺陷，致使一些公路路面在未达到设计使用年限时就提前破坏了。 1 3 高速公路改扩建工程中的技术问题 在高速公路加宽改造工程实施之前除了作出大量调查、分析、论证、研究、评价的 工作外，还必须进行与研究方案相关的试验研究。高速公路改扩建工程中需要研究以下 2 第一章绪论 几方面的问题： ( 1 ) 科学确定改扩建规模 在确定高速公路改扩建规模之前，必须对现有道路进行详细的技术调查，通过对现 有道路的交通现状、建设规模、使用及维护过程的调查分析，了解拟改建道路存在的问 题、病害类型及防治方法，从而确定正确的改扩建规模。 ( 2 ) 合理采用技术标准 高速公路改扩建不单纯是对路面等级的改造，还需要对原有公路线形进行改造，高 速公路改扩建的合理的技术标准需要分析论证。 ( 3 ) 新旧路基处理问题 新旧路基处理问题包括原有路基部分的加固处理、新建部分路基的处理、新旧路基 的衔接处理等。改扩建工程中对新旧路基的处理问题的核心问题是保证新旧路基之间变 形差异不过大，减少因新旧路基不均匀变形而导致的路面破坏问题。 ( 4 ) 改扩建路面结构类型和路面材料的选择 高速公路改扩建路面结构类型和路面材料选择是否得当，直接影响道路使用寿命和 工程造价大小。这也是改扩建工程中一个重要的研究内容。 1 4 研究的主要内容 目前我国高速公路的改扩建刚刚兴起，国内绝大多数的高速公路均为新建，改扩建 的高速公路不多，可借鉴的经验较少，国家还没有专门的相关改扩建方面的标准和规范， 大部分高速公路改扩建还处于探索和方案论证阶段。本文将探讨高速公路的改扩建方 法，由点及面，讨论研究高速公路改扩建工程线形的设计思路，对高速公路的改建工程 线形设计的方法作一些回顾和总结并展开研究，探索出一条符合我国国情的改扩建的有 效途径。 改扩建工程与新建工程的最大区别在于存在一条己建公路，其设计的主要任务是对 其进行优化和改造提高。改扩建工程要力求达到在满足公路标准和规范及行车要求的前 提下，尽可能利用已建工程，以节省投资，减少资源的浪费。 由于很多公路既有扩建，又有改建，而且方方面面存在很多问题，本课题主要就改 扩建工程设计和施工中遇到的主要问题，结合相关改扩建工程资料，抓住“新老路之间 的衔接”展开研究，分别从高速公路改扩建的总体设计、路基拓宽设计、路线平、纵等 几个方面进行讨论。 3 长安人学硕上论文 由于改扩建工程的路线走向大致已定，不存在平面上的路线方案比选的问题，但局 部必须进行优化拟合。因此，相对于新建工程，改扩建工程的平面约束条件更多，要求 设计人员灵活合理地利用曲线调整平面线形，使之既符合标准、规范，又节约投资，为 纵断面和横断面的拟合提供良好的基础。纵断面拟合设计主要包括纵坡的拟合与优化、 路基纵向不均匀沉降的处理、构造物的沉陷与处理等，要求在充分利用构造物的基础上 优化纵坡。对于改扩建工程中采用新的路线走廊带的方法，与新建公路没有太多的差异， 本文不进行论述。 综上所述，本文研究的主要内容有： ( 1 ) 高速公路改扩建工程总体设计； ( 2 ) 高速公路改建规模与技术标准； ( 3 ) 高速公路改扩建工程路基设计； ( 4 ) 高速公路改扩建平面设计； ( 5 ) 高速公路改扩建纵断面设计； ( 6 ) 桥涵构造物、立交改造方案研究。 1 5 研究的技术路线 高速公路的改扩建工程是一个综合性的设计过程，涉及到区域规划、经济布局、交 通量的分布和投资渠道等诸多方面的内容，研究技术路线见图1 1 。 4 第一章绪论 图1 1 研究的技术路线图 5 长安大学硕卜论文 第二章高速公路改建规模与技术标准 对于高速公路的改扩建，首先要了解旧路设计之初交通量预测的方法和结论，再根 据目前的经济发展情况和区域交通现状对旧路设计之初交通量预测的方法和结论作出 评估，采用合理有效的预测方法得出新的交通量预测结果，对旧路的交通现状及道路的 使用状况做出调查分析，通过对通行能力的计算和服务水平的评定，确定旧路改扩建的 规模。 旧路改扩建规模中最重要的是确定改扩建后路基宽度、各部分组成，而改扩建后的 车道数直接影响改扩建后道路通行能力。因此确定旧路改扩建规模的首要任务是进行交 通量分析。 2 1 交通量分析及通行能力计算 2 1 1 交通量调查 交通量调查的主要目的，是通过对调查区域过去及现在的交通状况的分析研究，了 解和掌握项目区域内路网交通量的变化趋势，交通流的组成、分布、运行特征等情况， 为预测改建项目远景交通量提供基础资料，并为确定经济评价的某些参数提供依据，最 终为确定改扩建后的规模提供参考。 2 1 2 交通量预测 ( 1 ) 交通量预测总体思路 旧路交通量预测与新建公路的交通量预测方法相同，可采用“四阶段预测法”进行交 通量预测。在预测过程中采用多种方法进行，其总体思路为：在机动车o d 调查的基础 上，通过分析社会经济与交通运输发展之间的相关性，把握未来交通量的发展趋势，研 究区域未来的交通生成、交通分布、客货流量及其特性等。 ( 2 ) 远景交通量构成 远景交通量的预测中需要考虑以下三个部分的交通量组成的变化趋势： 正常交通量 诱增交通量 转移交通量。 ( 3 ) 交通量预测的方法和步骤 6 第- 二章高速公路改建规模与技术标准 交通量预测采用定量计算与定性分析相结合的思路进行。根据项目的特点和远景交 通量的构成，交通量预测的步骤为： 采用四阶段预测法推算旧路改扩建后趋势型交通量和诱增型交通量，其中经济与 交通的关系采用国内生产总值和道路交通量的相关关系； 分析其他运输方式可能转移到本路段上的交通量； 定性分析因家用小车、产业结构调整、道路收费等因素的影响对新建道路和旧路 远景汽车交通量的影响； 根据远景交通量的构成，分析、比较上述各步骤的计算值，计算新、旧路远景交 通量； 确定旧路推荐的交通量。 2 1 3 通行能力及服务水平计算 根据交通量预测结果，参照交通工程手册和公路工程技术标准( j t g b 0 1 - - 2 0 0 3 ) 计算基本路段通行能力及服务水平。 ( 1 ) 实际通行能力 每个车道的实际通行能力： s f = c 6 奎无木无毒厶r ( 2 1 ) 式中：g 一每个车道理想条件下的通行能力，即基本通行能力，见表2 1 一驾驶员的条件系数，取= o 9 1 ； 一车道宽度及侧向净宽修正系数，分别按表2 2 和表2 3 选取； 厶y 一大型车影响修正系数，根据纵坡及大型车的混入率进行修正。厶p 可按 下式计算求得； 岛2 f 丽1 式中：p 车型f 的交通量占总交通量的百分比； e 车型f 的车辆折算系数，见表2 4 。 表2 1我国高速公路的基本通行能力 ( 2 2 ) 设计速度( k m h ) 1 2 01 0 0 8 0 基本通行能力( p c u h l n ) 2 2 0 0 2 1 0 0 2 0 0 0 7 长安大学硕j ：论文 车道宽度( m )修止系数办矽 3 7 51 o o 3 5 00 9 6 3 2 5 0 9 0 表2 3 侧向净空修正系数兀 左侧路缘带宽度右侧硬路肩宽度 侧向净空 0 7 50 50 2 51 51 2 51 0o 7 50 5 修正系数 1 o0 9 80 9 51 00 9 90 9 80 9 70 9 5 表2 4汽车代表车型与车辆折算系数 车型编号代表车型折算系数车型说明 1 小客车 1 0 1 9 库的客车和载质量 1 9 座的客下和载质量 2 t 7 t 的货车 3大型车2 0载质量 7 t 1 4 t 的货车 4 拖挂车3 o载质量 1 4 t 的货车 ( 2 ) 设计通行能力 c d = c ，宰( v c ) ( 2 3 ) 式中：o 一单车道设计通行能力； 矿c 一与f 级服务水平相应的服务交通量与通行能力之比( i = 1 4 ) 。 2 2 改扩建规模的确定 2 2 1 改扩建车道数的确定 根据单车道的设计通行能力和预测得到的规划年限设计年平均日交通量，可以按下 式确定改扩建高速公路的车道数： n ：a a d t x k x d ( 2 4 ) c d 式中：单向车道数； 州d 丁规划年限的设计年平均日交通量( p c u d ) ： c d 单车道设计通行能力( p c u h l n ) ； d 方向不均匀系数，一般取d = 0 5 - - 0 6 ； 8 第二章高速公路改建规模弓技术标准 k 设计小时交通量系数( ) 。无资料时可根据气候分区按表2 5 取值。 当式( 2 3 ) 中的( 缶) 。为与f 级服务水平相应的服务流率与通行能力之比时，确定 乙 高速公路的车道数则按下式计算： n ：a a d tx k xd c j ) 脚 ( 2 5 ) 式中：尸胛高峰小时系数。 在应用公式( 2 4 ) 或( 2 5 ) 确定车道数时，应注意下列问题： 由于几何构造、交通条件的变化，相邻路段的值可能不同，甚至同一路段两 个方向所需的也可能不一样( 特定上坡路段) ，故设计分析计算时应特别注意。 考虑特定上坡路段的设计小时交通量超过其路段设计通行能力时，需考虑设置爬 坡车道。 计算出来的值通常是非整数，决定用较其大的整数还是较其小的整数，是一 个复杂的问题。这不仅要看小数值的大小，还要考虑经济和其他一些因素，并且在决定 所采用的( 整数) 之前，还要进行运行分析，以便对服务水平作出比较。 在最后确定车道数时，必须要符合基本车道数的要求。 表2 5设计小时交通量系数( ) 华北东北华东中南西南西北 沪、苏、浙、 豫、湘、鄂、川、滇、黔、陕、甘、青、 公路环境及分类 京、津、冀、 辽、吉、黑 皖、闽、赣、 晋、蒙 粤、桂、琼藏宁、新 鲁 高速公路 8 09 58 58 59 09 5 近 郊 一级公路9 511 o1 0 o1 0 01 0 51 1 o 双下道公路 1 1 51 3 51 2 o1 2 51 3 01 3 5 高速公路 1 2 01 3 51 2 51 2 51 3 01 3 5 城 间 一级公路1 3 51 5 0 1 4 0 1 4 o 1 4 5 1 5 o 舣车道公路 1 5 51 7 51 6 o1 6 51 7 01 7 5 2 2 2 改扩建规模的确定 确定了高速公路改扩建的车道数后，其改扩建规模基本确定了。以下为大( 同) 运( 城) 高速公路为例简要说明改扩建规模的确定。 2 2 3 改扩建规模示例 9 长安人学硕上论文 根据大( 同) 运( 城) 高速公路改建的标准，改建后路段的服务水平应保持在二级 或二级以上。从表2 6 中可以看出，如果旧路保持4 车道不变，仅对其高速化改造，二 级服务水平只能维持到2 0 0 5 年；如果改建成6 车道，二级服务水平可以维持到2 0 0 9 年； 如果改建成8 车道，二级服务水平也只能维持到2 0 1 4 年左右。 综上所述，从道路服务水平考虑，旧路可按6 车道高速公路标准扩建，保证旧路能 够保持较长时间的理想的服务水平。 表2 6大运高速公路服务水平表 预测交通4 车道6 车道8 车道 特征年 量( 辆日) | c 服务水平 n c 服务水平 n c 服务水平 2 0 0 4 2 2 1 1 3o 5 9 2 级 0 3 9 1 级 0 3 9 1 级 2 0 0 5 2 5 3 8 3o 6 7 2 级 o 4 5 1 级 o 3 4 】级 2 0 0 62 7 8 7 6o 7 4 3 级 o 4 9 1 级 o 3 7 l 级 2 0 0 73 0 6 1 30 8 l 3 级 o 5 4 2 级 0 4 l 1 级 2 0 0 83 3 6 1 90 8 9 4 级 0 5 92 级o 4 5 l 级 2 0 0 93 6 9 2 1o 9 8 4 级 0 6 52 级o 4 9 1 级 2 0 l o4 0 5 4 7 l0 7 23 级o 5 42 级 2 0 ll4 4 1 5 9 1o 7 83 级0 5 82 级 2 0 1 24 6 6 2 3 10 8 23 级o 6 2 2 级 2 0 1 34 9 2 2 4 10 8 74 级0 6 52 级 2 0 1 45 1 9 7 1 10 9 24 级o 6 92 级 2 0 1 55 4 8 7 0 1o 9 7 4 级 0 7 3 3 级 2 0 1 65 9 6 9 5 l lo 7 9 3 级 2 0 1 76 2 8 9 6 l l0 8 3 3 级 2 0 1 8 6 6 2 6 8 l lo 8 8 4 级 2 0 1 9 6 9 8 2 l 1 1o 9 2 4 级 2 0 2 07 3 5 6 4 1 1o 9 7 4 级 2 0 2 l7 7 4 0 1 1 1 l 2 0 2 2引4 3 8 l 1 1 2 0 2 38 5 6 8 6 l 1 l 2 0 2 49 0 1 5 5 1 l 1 ( 1 ) 大运高速公路工程特性分析比较 现对旧路四车道高速化改造、六车道扩建、八车道两侧加宽及八车道分离式路基扩 1 0 第二章高速公路改建规模j 技术标准 建等改扩建方案，从路线线形、路基工程、交叉工程、桥涵工程、征地拆迁、交通工程 及沿线设施、二级服务水平年限、综合评价等方面进行工程特性比较，具体比较情况见 表2 7 。 根据交通量预测结果，经过通行能力分析计算，并结合出入路网建设规划的实际情 况，方案设计阶段推荐旧路改建工程按6 车道高速公路标准扩建，设计速度1 0 0 k m h ， 路基宽度3 5 m 。 表2 7 工程特性比较表 p q 车道六车道八车道八车道 工程分类 高速化改造扩建两侧加宽扩建分离式路基扩建 l 、路中线保持不变或向 l 、路中线不变，平面左侧偏移o 5 2 5 m ，平1 、旧路平面线形标准 线形标准维持不变；面线形标准基本维持不 1 、路中线不变，平面线形 路线线形2 、纵断面以大中桥、变，伞线有一个小偏角； 标准维持f i 变：2 、纵断面 维持f i 变，纵断面线形标 立交桥等控制拉坡，2 、纵断面以大中桥、立 以大中桥、立交桥等控制 准略有降低；2 、新建部 分半、纵断面线形标准叮 线形标准略有降低。交桥等控制拉坡，线形 拉坡，线形标准略有降低。 适当提高。 标准略有降低。 l 、加宽侧旧路基防护、1 、加宽侧i u 路基防护排水l 、原有路基防护、排水 l 、原有路暴防护、排排水等设施需拆除重等设施需拆除重建；2 、在等设施半幅拆除，半幅利 路基工程 水等设施基本町利用建：2 、在新j f l 路基结合新i u 路基结合部町能出现用；2 、加宽部分需新建 部町能出现纵缝。纵缝。防护、排水等设施 1 、互通均需改移蓖建，由l 、互通均需改移重建， 1 、原有互通匝道可以1 、互通【虹道部分改移、 于大部分被交道路等级由于大部分被交道路等 利用；2 、原有主线下部分利用；2 、主线上跨 高、路皋宽，互通重建工级高，路基宽，互通重建 穿分离式立交以及沿立交桥和通道加宽或接 程造价高、难度人；2 、主工程造价高、难度大：2 、 交叉工程线通道均町利用；3 、长，原桥部分按叠合板 线上跨市交桥和通道需加原有主线上跨立交桥按 原有主线上跨讧交桥或更换桥面板处理：3 、 宽或接长，路基加宽后，叠合板或吏换桥面板处 按叠合板或更换桥面主线下穿的分离式立交 桥下净空大多小能满足理；3 、加宽部分按原自 要求，原桥上构按更换处数量设置立交桥；4 、主 板处理桥需拆除重建。 理；3 、主线下穿的分离式线下穿的分离式立交桥 立交桥均拆除重建均拆除重建 l 、原有大桥以及沿线l 、加宽部分按原有数量 涵洞均町利用：2 、原 l 、桥梁和涵洞加宽或接1 、桥梁和涵洞加宽或接 设置桥梁、涵洞；2 、原 桥涵工程 长；2 、原桥部分按叠合长；2 、原桥部分按叠合板 有小桥按叠合板或更桥部分按叠合板或更换 换桥面板处理 板或更换桥面板处理或更换桥面板处理 桥面板处理 征地拆迁不征地不拆迁少量征地拆迁较大数量征地拆迁大量钲地拆迁 交通t 及沿线重新设置交通工沿线蕈新设置交通丁程沿线重新设置交通工程和沿线重新设置交通工程 沿线设施程和其他设施和其他设施其他设施和其他设施 二级服务 26l ll l 水i p 年限 长安大学硕1 ：论文 l 、改造工程量小，实 l 、改造工程量大，实施 施容易，丁程质量隐 较容易，工程质量隐患 l 、改造t 程量巨大，实施 1 、改造工程量巨大，实 患较少；2 、设计年限 较多；2 、能维持较长施十分困难，t 程质量隐 内彳i 能始终保持二级 十分困难，工程质量隐患 综合评价时间的二级服务水平：患较多：2 、设计年限内 服务水平：3 、造价与 3 、造价与- 二级服务水平 多：2 、设计年限内f i 能始 小能始终维持二级服务 二级服务水平年限比 比值较小，说明投资较 终维持_ 二级服务水平 水平 值较大，说明投资较 小，收效较大。 大，收效较小。 备注推荐方案 ( 2 ) 大运高速公路横断面标准 根据公路工程技术标准，大运高速公路改建采用设计速度l o o k m h 的6 车道高 速公路的路基横断面标准，路基宽3 5 m 。标准横断面布置为：行车道2 1 1 2 5 m ，中间 带宽3 5 m ( 中央分隔带2 0 m ，路缘带o 7 5 m ) ，路肩宽4 5 m ( 硬路肩3 7 5 m ，土路肩o 7 5 m ) 现阶段分为6 车道，保留硬路肩，今后根据交通的变化，可以取消硬路肩，划分为8 车 道。 2 3 高速公路改扩建的技术标准 高速公路改扩建不单纯是对路面等级的改造，还需要对原有公路线形进行改造。从 技术角度看，高速公路改扩建应尽量满足技术标准，按规范增大曲线半径，设置缓和曲 线。但从经济角度出发，特别是对公路两侧已经街道化，城市化的路段，可对技术标准 做适当弹性处理。这样征地和拆迁费用便会降低，而且工期比较有保障。所以合理地解 决技术与经济的矛盾是高速公路改扩建的关键。在投资允许的情况下，应按较高的技术 标准设计并适当超前，以满足后期发展的需要。因而对高速公路改扩建的技术标准可以 在“线形基本不变，充分利用旧路，局部加宽改造，提高路面等级，完善排水设施”的原 则基础上，参照标准和规范的规定来确定改扩建后的技术标准。 以下为大运高速公路改扩建采用的技术标准。 大运高速公路采用颁发的公路工程技术标准规定的6 车道高速公路标准来改 扩建，其主要技术标注见表2 8 。 表2 8改造后主要技术指标 序号指标名称单位推荐方案备注 1 一、公路等级高速 2 设计速度 k m h1 0 0 1 2 第二章高速公路改建规模j 技术标准 3二、路线 4 平面线形 5圆曲线最小半径一般值m7 0 0 6圆曲线最小半径极限值m4 0 0 7 不设超高最小圆曲线、仁径 m 4 0 0 0 ( 路拱翌) 5 2 5 0 ( 路拱 2 ) 8 纵断面线形 9 凹形竖曲线最小半径一般值 m 4 5 0 0 1 0 凹形竖曲线最小半径极限值 m 3 0 0 0 1 1 凸形竖曲线最小半径一般值 m1 0 0 0 0 1 2 凸形竖曲线最小半径极限值 m6 5 0 0 1 3 竖曲线最小长度一般值 m2 1 0 1 4 竖曲线最小长度最小值 r n8 5 1 5 三、路基路面 1 6 路基宽度 m3 5 1 7 行车道宽度 m2 3 3 7 5 1 8四、互通式立交匝道 1 9设计速度k m h4 0 2 0行车道宽度 r n 3 5 2 1 匝道圆曲线的最小半径一般值 m6 0 2 2 匝道圆曲线的最小半径极限值 m 5 0 2 3 匝道竖曲线( 凹形) 最小半径一般值 m9 0 0 2 4 匝道竖曲线( 凹形) 最小半径极限值 m4 5 0 2 5 匝道竖曲线( 凸形) 最小半径一般值 ，m9 0 0 2 6匝道竖曲线( 凸形) 最小半径极限值 m4 5 0 2 7五、桥梁涵洞 2 8设计荷载汽一超2 0 ，挂1 2 0 2 9桥面净宽 m2 1 6 1 3 长安人学硕十论文 第三章高速公路改扩建的总体设计 高速公路在路网中的作用及其对行经地带的交通、经济、土地开发、生态环境等的 影响范围比其他等级的公路大，它的工程设施完善、投资较大，而且技术复杂、涉及面 广，一旦建成很难改变，为此，高速公路无论新建还是改扩建工程均强调周密安排，要 求总体设计。 高速公路改扩建总体设计是在综合考虑改扩建建设规模和设计标准的前提下，对全 线总体布局以及各专业设计的配套协调方面做出的综合设计。其内容涵盖了公路自身的 功能要素和大自然的各种因素，对这些要素、因素进行综合分析，使其系统化，最终使 建造的高速公路达到既能满足其自身功能的要求，又能与大自然相融合，达到协调与平 衡的目的。 高速公路改扩建总体设计的主要内容包括：建设条件、路线、路基和路面桥梁和涵 洞、隧道、路线交叉、交通工程及沿线设施、施工方案等方面。 3 1 改扩建的建设条件 高速公路改扩建总体设计中的建设条件主要是对原有公路的等级、标准，使用状况 及存在的主要问题等方面进行调查分析，确定改扩建的建设条件。 旧路改扩建的目的是少占地，少花钱办大事。要通过合理的改建，使路况达到一个 新的标准，要求设计单位从工程可行性研究、初步设计开始就要做大量细致的调查工作， 对原有的线路的建设年代、历年来的大中修及养护情况，每年春融后路面的弯沉数据， 桥梁涵洞、构造物的实际状况以及沿线的建筑材料等做一系列的全面调查。 公路改扩建调查主要包括：经济调查、交通量调查、路线调查、路基调查、路基附 属工程的调查、路面调查、桥涵调查、水文地质条件调查、筑路材料调查、砍树挖根调 查、征地拆迁调查和材料价格调查等。其中对旧路路基路面的强度、整体性与稳定性的 调查是最重要的。应根据实际情况分段进行调查，利用回弹弯沉值进行路基路面强度的评 定，同时详细调查路基的干湿类型、路基病害的形式、规模及产生的原因。路面的外观、 路面的类型、材料、基本尺寸，路面病害的基本形式、规模、形成原因等，为确定工程改 扩建实施方案提供有力的参考，为工程改扩建设计提供全面细致的设计依据。 3 2 路线 1 4 第三章高速公路改扩建的总体设计 路线方面的总体设计主要包括以下5 个方面： ( 1 ) 原有公路平、纵指标的采用原则。 ( 2 ) 根据实测原有公路的坐标、高程拟合的平、纵面线形与原设计的对比情况。 ( 3 ) 根据拟合的平、纵面线形指标，结合路基路面、桥涵、隧道、交叉、沿线设 施的改建方案、说明路线平、纵面设计方案的比选论证情况。 ( 4 ) 平、纵面指标的采用及与原有公路平、纵面指标的对比情况。 ( 5 ) 新的路线走廊带的确定 在原有道路的平纵横指标己不能满足改建后的道路等级要求，或原有路线走廊带内 地形困难，若采用两侧或单侧加宽均会造成工程量巨大，工程投资甚至大于新建，此时 可另外选择新的路线走廊带，重新确定路线平面位置和纵坡设计的方法。优点是改建后 的路线线形更好，完全摆脱了周围附属物的束缚，能够采用较新的设计理念，同时不影 响旧路的通行，在一定程度上缓解旧路改扩建的交通压力。缺点是投资较大，工程规模 庞大，拆迁用地量增加，在与旧路相衔接的部分需要做渠化处理，增加了设计和施工的 难度。 3 3 路基、路面 路基、路面改扩建工程的总体设计需要进行以下几个方面的调查研究： ( 1 ) 原有公路路基标准断面组成、利用原则。 ( 2 ) 原有路基状况及检测的主要结论。 ( 3 ) 原有路基防护、排水的主要形式及其使用状况。 ( 4 ) 原有路面状况及检测的主要结论。 ( 5 ) 改建公路路基、路面及排水的主要形式给予原有公路相应结构之间关系。 ( 6 ) 旧路改扩建的拓宽和路基基础处理方案。 3 5 桥梁、涵洞 改扩建工程的总体设计中对桥梁、涵洞需要进行以下几个方面的研究： ( 1 ) 原有桥梁、涵洞的分布情况。 ( 2 ) 原有桥梁、涵洞与沿线水系、农田水利设施等情况。 ( 3 ) 原有桥梁、涵洞的结构现状及检测的主要结论、利用的原则。 ( 4 ) 采用改扩建后的荷载标准对原有桥梁、涵洞进行结构验算的主要结论。 15 长安人学硕上论文 ( 5 ) 新建桥梁、涵洞与原有桥梁、涵洞连接( 含原有桥梁、涵洞之间的相互联结) 方案的比选与论证。按不同桥梁、涵洞结构形式分类进行方案比选，确定推荐的连接方 案。 ( 6 ) 原有桥梁、涵洞维修加固方案的比选与论证。按不同桥梁、涵洞结构形式分 类进行方案比选，确定维修加固方案( 含全部或部分拆除重建) 。 ( 7 ) 附属构造物的维修、改造方案。 3 6 隧道 改扩建工程的总体设计中对隧道需要进行以下几个方面的调查研究： ( 1 ) 原有隧道的分布情况。 ( 2 ) 原有隧道平纵面线形、建筑界限及内轮廓、支护衬砌结构、防排水措施、洞 门形式、通风、照明、消防、监控及隧道交通工程等设计和使用情况。 ( 3 ) 原有隧道支护衬砌结构现状检测的主要结论。 ( 4 ) 原有隧道的利用情况和原则。 ( 5 ) 改建隧道的设计方案。 ( 6 ) 改建隧道的施工组织方案。 3 7 路线交叉 改扩建工程的总体设计中对路线交叉需要进行以下几个方面的调查研究： ( 1 ) 原有公路路线交叉的设置情况。 ( 2 ) 根据交通量预测结果、路网布局、城镇发展规划、地形地质条件等，结合地 方政府意见对原有及新增互通式立交的设置进行综合论证。 ( 3 ) 全线分离式立交、通道、天桥等路线交叉的设置原则、标准、规模及与原有 交叉结构物的相互关系等。 3 8 交通工程及沿线设施 交通工程及沿线设施方面的总体设计主要包括以下3 个方面： ( 1 ) 原有公路交通工程及沿线设施的基本情况。 ( 2 ) 改扩建公路交通工程的设计原则、标准、工程规模及原有交通工程设施的利 用原则。 16 第三章高速公路改扩建的总体设计 ( 3 ) 施工期间临时交通工程设置方案。 3 9 环境保护 环境保护方面的总体设计主要包括以下2 个方面： ( 1 ) 原有公路环境保护设施及改扩建工程可能引发的环境保护问题及采取的对策。 ( 2 ) 原有建筑材料的利用及废弃情况。 3 1 0 施工方案 总体设计中需要对改扩建施工方案进行研究，提出合理的施工方案，既保证施工的 顺利实施，要保证旧路交通的畅通。包括以下4 个方面的内容。 ( 1 ) 原有公路在路网中的作用分析。 ( 2 ) 改扩建施工中路线、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、交叉等工程的施工对 原有公路交通的影响及保通措施。 ( 3 ) 分离式立交和通道改建对地方道路交通运行的影响及采取的主要措施。 ( 4 ) 施工期原有公路交通限流、分流、封闭及绕行等管制措施的可行性分析，拟 采取的交通组织方案。 17 长安火学硕士论文 第四章高速公路改扩建工程路基、路面设计 4 1 改扩建工程路基拓宽方案 高速公路改扩建路基拓宽方案大体分为为两类：单侧加宽和双侧加宽。下面分别介 绍这两种方式的特点。 4 1 1 单侧加宽 单侧加宽指高速公路扩建中只在原路的某侧加宽路基，另外一侧保持不变，见图 4 1 。这种加宽方式的优点是： 充分利用地形，拆迁量小； 路基一侧的排水防护设施可保留继续使用； 新、旧路基差异沉降不显化； 施工对原路交通干扰小，利于旧路的交通维持通畅： 施工期间临时工程及占地较少； 施工便道和预制场地可沿加宽侧布设。 这种加宽方式的缺点是： 平面线形需重新拟合； 拆除原有中间分隔带，新建中央分隔带；路基加宽侧的防护等设施需要废弃； 新旧路幅横断面不能有效组合： 收费站和加宽侧互通匝道线形调整较大； 上跨桥梁必须拆除重建，造成工程浪费，原主线桥梁分两幅设置，施工困难，对 旧路交通造成干扰。 4 1 2 双侧加宽 图4 1 单侧加宽示意图 1 8 第四章高速公路改扩建工程路基、路面设计 双侧加宽指保持路中线不变在原路两侧分别加出同样的宽度的方法，如图4 2 所示。 这种方案的优点是： 基本保持原有公路的几何线形，路线中心线不调整； 中央分隔带及其排水、通信管道、防护栏等设施可充分利用； 新旧路幅横断面能有效组合，路拱规则，路面排水简单； 互通匝道线形调整较小； 部分上跨桥梁净空( 净高和净宽) 影响不大，主线桥拼宽难度较小，施工较方便。 这种加宽方式的缺点是： 路基两侧的防护、排水沟、防撞护栏等设施须拆除重建； 施工对公路上的交通影响较大( 两侧都干扰) ； 施工期间临时工程量相对较大，占地较多，施工便道、预制场须沿公路两侧布设； 拆迁量相对较大。 图4 2 双侧加宽不慈图 双侧加宽工程规模小，可利用的工程项目多，技术较成熟，在高等级公路改扩建中 具有优势。 另外，在实际的高科技工程中，可以将这两种拓宽方式和改线混合运用，针对具体 路段采用不同的方法，更加方便灵活，更能因地制宜，最大限度的利用旧路，减少拆迁 和用地，满足地方的规划要求。 4 2 改扩建工程路基填筑处理方案 4 2 2 路基填筑中的地基的处理 ( 1 ) 新建部分路基原地面的处理 原地面的沉降在新建路基沉降量中所占的比重加大，特别是高速公路通过软土地基 路段的沉降问题更加突出。在施工前注意清除地表植物、有机土、种植土及不符合强度 长安大学硕j ：论文 要求的原土后按规定进行压实，并进行密实度检验使之符合施工验收规范及验收评定标 准。 对于软土地基须根据道路的性质、软土的厚度及其特性、路堤高度和原路况等情况 确定处理方法，不能一概而论。要从解决好地基的强度入手，彻底解决软基问题做到不 留隐患，目前常采用的方法有复合地基加固、竖向砂井和塑料板排水、基底清淤换填、 土工合成材料加筋垫层、土工织物防渗和排水、改良土高强路堤和轻质路堤、铺设土工 合成材料防裂层等。 低路堤新拓宽路基部分软土地基一般只做透水层处理，可尽量利用原状土结构强度， 不扰动下卧软土层，进一步维持硬壳层的整体作用，如对于路基填土( 旧路和新填路) 高度小于1 5 m 的路段，旱f f j 段填前碾压先填4 0 c m 石渣，水田段填前碾压先填7 0 c m 石 渣，而对於水塘、鱼塘段应先进行抛石挤淤等处理，用石渣或砂砾填至水平面上5 0 c m 后进行碾压，抛石范围应超过坡脚外2 m 。 高路堤新拓宽部分软土地基必须进行软土地基特殊处理和增加路基反压护道等方法 进行综合处理，同时还要控制路基填土质量，加强沉降观测和分析。因此为了确保路基 稳定减少路基工后沉降，对高路堤拓宽可采取粉体搅拌桩、抛石挤淤、砂桩、碎石桩、 塑料排水板等软基处理措施并配合透水性材料。 ( 2 ) 新建路基本身压缩变形的防治 为了保证新旧路基之间不产生过大的变形差，需要对新建部分的路基的压缩变形进 行控制，降低新建部分在使用过程中的变形，可以采用以下方法： 通过采用大吨位振动压路机、冲击式压路机来碾压土体以及增加碾压次数来减少 土体自身孔隙率，增加路基压实度，减少路基自身压缩量； 填筑c b r 值较好的土体材料等； 铺设粉煤灰、石灰处治等轻质路基。 ( 3 ) 新旧路基衔接处理 为了保证新旧路基的结合稳定以及减少由于新旧路基沉降量不同产生的反射裂缝， 在结合部位可以采取以下措施进行处理： 原路基边坡挖成台阶，台阶底面向路中心横坡3 ，台阶一直挖至与原