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沈大高速公路(三标段)拓宽工程施工组织设计

浅谈沪杭甬高速公路拓宽工程施工

随着公路建设的发展和交通流量的剧增，如何对早期建设的高速公路进行拓宽改造是我们面临的新课题。本文结合沪杭甬高速公路拓宽工程中遇到的施工实际问题，简述了在高速公路拓宽工程施工中的一些做法和心得体会，以期能为今后高速公路拓宽工程提供借鉴。

本拓宽工程第一期始于萧山红垦枢纽(K16+800)GB／T 11944-2012 中空玻璃，终于上虞沽渚枢纽(K60+600)，全长43.8km。设计由双向四车道拓宽为双向六车道。工程于2000年10月18日开工，工期为48个月。正当施工进行中，省政府办公会议于2003年3月再次提出并经专家论证将原设计变更为带应急停车带的双向八车道，工程在保证通车的前提下对全路段采用两侧对称加宽的方法进行拓宽，整个工程要求在2003年12月28日竣工通车，缩短工期10个月。

本施工路段地处杭州湾南岸，区内的构造格架主要为华夏系。地层上部为1.9~3.0m厚的灰黄色软塑状亚粘土，中部为30~40m厚的灰色流塑状淤泥质亚粘土，局部夹粉砂层，下部为10~20m厚的灰色软流塑状粘土，底部为中密砂砾层，局部为灰绿色软偏硬塑状粘土。

本路段内经过两处低山丘陵区，其中K36+000南侧的金白山，最高峰高程103.2m，K40+300北侧的驼峰山和玉屏山，最高峰高程分别为226.5m和86.3m，路线均在山脚通过。

路线平面与原高速公路(以下简称老路)设计线保持一致，不另设左、右加宽路基设计线。

路线纵面设计，初期施工时按与老路面实际标高、路拱坡接顺为原则，完工后待新老路基沉降稳定之后重新设计纵面竖曲线，然后进行路面加铺工作。

路线起点K16+800(红垦枢纽)至K33+400、K36+600至K39+800、K44+200至终点K60+600(沽渚枢纽)等路段采用35m宽路基(即老路两侧各加宽4.5m)，其余受构造物及挖方限制的特殊路段采用33.5m宽路基(即老路两侧各加宽3.75m)，路基渐变长度不小于100m。取消硬路肩，将6车道改为带应急停车带的8车道，每隔300~500m增设应急停车带(如图1所示)。

桥涵与路基同宽。桥梁设计荷载为汽—超20级，挂—120

①上部结构:6~10m跨径桥梁采用钢筋砼空心板，13~30m跨径桥梁采用后张预应力砼空心板。

②下部结构:拼宽桥墩采用独柱式墩，新老桥墩之间采用型钢固定连接。作为拼宽结构物特别是桥梁，其纵向拼接的处理是关键。

桥面铺装:采用刚性连接，即拆除老桥护栏并凿除拼接处30cm宽范围的原铺装(凿除原铺装使钢筋外露)，与新拼桥面铺装用钢筋网连接，新老桥之间粘贴钢板后用钢纤维混凝土浇筑成整体形成刚性连接砼。

1.2.4软土地基处理

本拓宽工程针对不同的软土地基路段，采用了多种处理方式:

①一般预压:路基填筑至路槽底面，经一定的预压期后，方修建路面，用于一般路段填筑。

②等载预压:路基填筑至路面设计标高进行预压，用于桥梁等结构物部位，以及沉降量较大的路段。

③塑料排水板结合等载预压:在硬土层较薄、软土层较厚的软土路段，为了控制工后沉降、保持新老路面变形协调，除铺设一层50cm厚砂砾垫层，然后打塑料排水板进行处理外，还必须结合等载预压。

④粉喷桩:用于软土层较薄的桥头、通道等部位路段，以及高填土路段。

⑤路堤桩结合土工格栅:在深厚软土层的桥头、通道部位路段，采用路堤桩加土工格栅方法进行处理。

⑥土工格栅:与下面三种处理方式配合使用:

在填土高度较大的路段，结合粉喷桩或路堤桩进行处理;

结合塑料排水板处理，铺设在砂砾垫层中;

为控制新老路之间不均匀变形，在路面底基层与路基之间或路堤开挖台阶上铺设土工格栅。

本拓宽路段共有互通式立交3处，主线上跨分离式立交5处，主线下穿分离式立交4处。因老路设计时上跨主线的桥梁，其跨径仅能满足四车道，没有考虑预留今后拓宽成六车道的要求，因而给本次拓宽改造带来了很大的困难。

1.2.6港湾式应急停车带

将6车道改造为带应急停车带的8车道，间隔300~500m左右设置净宽3m，有效长度30m~50m的应急停车带，渐变段长度2×20m。其布置见图1所示。

沪杭甬高速公路拓宽工程要在日交通量五万余辆的高速公路上由四车道向两边各拓宽二个车道形成八车道，施工过程中，既要确保高速公路畅通、又要确保安全、同时还要确保质量及工期，施工难度非常大。其主要有以下一些困难:

拓宽工程是一个特殊的工程，尤其对沪杭甬高速公路拓宽来说更是如此，两边各拓宽4.5m，形象的说是在高速公路两边各加一条机耕路。工程作业面小，材料、机具设备、人员进出都非常困难，设备搬运麻烦，大型设备无法开展工作，设备利用率很低，左右幅要设置两条便道，且无同类拓宽工程施工经验可以借鉴。

我们在三年的拓宽施工中体会到，拓宽工程首先要抓施工材料、设备的进出问题，也即首先要抓住施工便道便桥的修筑，使人员、设备、材料能及时进入施工点。全线43.8km长的拓宽施工中，互通式立交3处、大桥2座、中桥31座、小桥25座、分离立交9座、通道73道，除了若干条村道以外，无路可走。如果便道便桥不打通，材料、设备进不去，什么工作都不能展开。因此，我们在头三个月，将精力主要放在便道修筑和便桥的架设上。

路线经过宁绍平原，软基深厚，全线软土地基共有21.4km，软基处理是本工程的一个重点。其处理难点在于处理过程中应尽量减少对老路路基的扰动。

二、三合同段大部分路段为软土地基。桥头软基处理采用粉喷桩及预应力管桩处理;一般路段采用塑料排水板处理。这些路段在软基处理未完成之前无法进行路基宕渣填筑，因此，在便道便桥完成一部分之后，就要抓紧安排软基处理的施工。由于软基处理的施工机具比较高大，而且本拓宽工程需处理的软基路线长，宽度窄(只处理4.5m宽)，给施工安排及设备配置带来较大的麻烦。比如一座桥的软基处理，数量很少，但要处理四个桥头，桩机需频繁移位，效率很低，因此，需要根据实际情况合理安排施工设备。我们根据施工总量，详细测定软基处理的机械效率，区分不同路段对路基填筑时间的要求，安排足够的施工机具和人员，按期完成了软基处理任务。

新老路基的拼接质量是确保整个拓宽工程质量的重要一环。在与老路基的拼接施工中，应将老路堤边坡开挖成台阶，台阶高度控制在80cm左右，并在路基顶面铺设一层土工格栅。

在施工中若发现老路基有渗水现象或其他不良状况时应采取增设盲沟等结构及时进行处理，但应注意尽量减少对老路基的扰动，确保新老路基拼接的质量。

2.4新老路面拼接与硬路肩处理

路基拓宽后，原硬路肩处将变成主车道，由于原硬路肩没有设置底基层，其承载力可能不够，故拓宽设计时考虑将原硬路肩处的路面结构层挖除后按主车道路面结构重新铺筑。采用此设计方案，施工时必须封闭一个车道，开挖工程量大，废弃的沥青混凝土对环境污染大，工程建设费用高，路面结构层施工的工期也将延长。施工中考虑大部分硬路肩面层经多次罩面，其沥青砼面层厚度在22cm以上，其路面结构已与拓宽工程路面结构强度相当或接近;而未罩面的路段，其沥青砼面层厚度在16~18cm左右，但这些路段将在拓宽工程路面施工之前予以调整，整修中将对原硬路肩存在的病害进行处理，并予以罩面，其罩面厚度不小于4cm，经罩面后原硬路肩的路面结构强度也将与拓宽工程路面结构强度相当或接近。因此决定对原硬路肩原则上不再作挖除处理(如图2所示)。但考虑老路面已经多年行车碾压而其硬路肩相对缺少行车碾压，且每段路面加铺情况都不一样，因此在施工中应详细调查路面的加铺情况，并逐段提出处理方案。

本工程山体爆破主要集中在二合同的驼峰山和四角山，由于爆破位置离行车道很近，且是在高速公路正常通车的情况下进行路边岩面爆破，具有很大的风险性和难度，需精心组织，精心施工，做好防护工作，确保万无一失。

2.6盖梁及梁板的拼接

由于桥梁拼宽部分下部结构均采用不对称单根桩柱结构，受力不甚理想，故对新老桥梁下部结构盖梁采用角钢与螺栓固定连接的刚性连接方式(如图3所示)。在盖梁拼接施工中首先要确保种植螺栓不能损伤盖梁的钢筋，其次要确保钢板与盖梁砼粘接牢固，另外还要确保连接钢板的防锈处理。

拼宽的另一种方式是将新老桥行车道板(包括铺装层)直接用刚性形式联接起来，使老桥侧承受的荷载能传递到拼宽的新桥侧。但是，采用这种拼接方式最大问题是如何确保在日交通量五万余辆不被中断的情况下保证纵向接缝的拼接施工质量。通常情况下需要封闭交通，即在拓宽施工及砼养生期间需将行驶车辆引至中央分隔带的另一侧，施工的一侧封闭交通，待施工完成且浇筑的砼达到所需的强度后方可恢复交通。由于双向车辆都在同一侧通行，因而在大交通量的情况下极易引起阻车，而且高速公路不允许长时间双向车辆在同一侧通行。

为避免双向车辆在同一侧通行，我们考虑在施工的一侧对行车进行交通控制，用隔离墩分隔，路幅一部分隔离、另一部分保持通车，不施工的另一侧则保持正常行车不受影响。另外要考虑的重要问题是，在大交通流量通行的情况下，如何保证所浇筑的纵向拼接缝的砼质量。我们设想:采取一种办法使接缝处新老桥梁板之间保持一种刚性变化，也就是使新老梁板之间变形连接，即接缝处新老桥梁板之间竖向没有相对位移，那么在浇筑纵缝砼时及新浇砼在硬化过程中均不会有相对位移，则砼的强度将不会有大的影响。根据这一思路，我们进行了理论分析计算，并进行试验验证。

我们实地选择了一孔10m板桥进行试验验证，采用10根2.4m长的I22工字钢组成5组夹具，将新老桥的10m板上下夹住(夹具布置如图4所示)，当车辆通过时，用百分表测量用夹具固定后梁板的变形情况，经检测证明接缝处新老梁板之间较好地进行了刚性传递，竖向无相对位移。随后，我们用钢纤维砼完成拼接缝浇筑。

为考察在车辆通行情况下经夹具固定后浇筑的拼接缝砼强度质量，我们在接缝砼浇筑时，除制作试块并按标准养护外，还在现场留有试块进行同体养护，使试块与实际砼处于同样条件。当砼达到规定龄期时，除将标准养护试块和同体养护试块进行试验对比外，又从现浇接缝中钻取芯样试块，同时在标准养护的试块中也钻取同样大小的芯样试件，进行抗压强度试验，其试验结果如表1。

标养试件强度(Mpa)

现场同体养护试件强度(Mpa)

标养试件取芯强度(Mpa)

现场砼取芯强度(Mpa)

经对试验结果分析对比，砼强度没有明显差异。拆除工字钢夹具后，从纵缝砼底部情况看，砼平整密实，没有发现裂缝，新老砼结合良好。

根据理论分析和现场实地试验验证、分析对比，我们认为:采用这种刚性联接的方法处理桥梁拓宽是可行而且是有效的，既可使施工期间正常交通不受太大影响，又保证了拼接缝砼的施工质量，使得新老桥联成一体共同受力，较好的解决了大交通流量车辆畅通与确保施工质量的矛盾。

施工中要求:一要保证夹具牢固地将梁板固定住，工字钢与梁板之间应该紧密接触，固定螺栓必须拧紧;二是砼浇筑时要确保砼浇筑质量，新老梁板的结合面一定要密贴，保证相互衔接良好;三是螺杆穿过纵缝砼的部分应用PVC管与纵缝砼隔离。

整个拓宽工程桥梁纵向拼接缝施工都是采用这一方法进行，取得了良好的效果。

2.7互通区上跨桥施工

互通区上跨桥及匝道的施工是本工程的又一难点，原先决定封闭上跨线交通再进行桥梁施工，但考虑到互通区车流量较大，容易造成交通堵塞，后经与业主、交警共同协商，采取半幅施工，另半幅维持双向通车的办法。施工现场管理中为保证高速公路车辆正常运行，以及施工安全，我们根据工程实际采取了强化管理措施:①邀请交警积极配合，加强交通管理;②设立临时隔离桩，严格控制桥上车辆行车速度(在5~10km/h以下);③合理安排施工，集中投入设备和人力，如桥面铺装层凿除时，要求空压机不得少于7台，日夜不停作业，保证15天内拆除完毕。实践证明互通区上跨立交桥改造施工时，不封闭上跨线及匝道，保持车辆正常运行，采取在桥上设置临时护栏，重新划分车道，维持半幅双向通车的办法是可行的。

在钻孔灌注桩的施工中，虽然半幅只有六根桩，但也要求至少两台钻机进场同时作业。按通常施工次序，应先吊除上跨桥的梁板，然后拆除老桥墩，建筑新桥墩。这样的话，施工期较长。为压缩工期，减少对行车的影响，我们采取先施工新桥墩再拆除老梁板的施工次序。但是，由于上部老梁板未拆除，桥下净空高度受限制，钻孔灌注桩无法展开施工，为此，我们采取下挖原地面，增加桥下净空，使钻孔桩施工设备能够正常作业(如图5所示)。通过采取这种施工处理方式，为钻孔桩施工创造了条件，缩短了由于跨线桥改造给行车造成的不便，以最短时间完成了钻孔桩和新桥墩施工，然后拆除老梁板和老桥墩，架设安装新梁板，完成互通区上跨桥拓宽施工。

为保证行车道的宽度，需把整个中央分隔带两侧护栏各内移25cm。在日交通量5万辆的情况下，施工时要特别注意安全。

在高速公路拼宽施工期间既要保证工程质量、进度、施工安全，又要保证高速公路正常的畅通运营，是施工面临的一大难点，因而要求施工单位对安全生产必须高度重视，把安全生产放在很重要的高度，对施工单位自身的管理能力提出了挑战。

在本拓宽工程施工，没有出现重大伤亡事故，有效的保证了本工程的顺利完工。

由于本工程是浙江省内第一条拓宽改造的高速公路，在设计、施工方面没有经验可以借鉴，设计变更多达300多项，主要集中在以下几方面:

①由于部分箱型通道下面的道路是当地百姓进出的唯一通道，且交通流量较大，施工时不能中断交通，为减少对当地的交通影响，采用桥通的形式进行拓宽。

②部分沿河路段原设计采用放坡形式，由于征地工作已经完成，放坡须增加征用土地，后变更为挡土墙的形式。

③在高压电力线穿越路段，由于打塑料排水板等软基处理的施工设备较高大，极易碰到高压电线造成人身和设备危险，后变更采用混凝土灌注桩或粉喷桩处理。

④老路硬路肩原采用挖除处理，后来经过对硬路肩开挖检查PTC预应力管桩施工方案，发现原硬路肩的老路面经多次加铺以及多年车辆行驶碾压，其结构性能良好，故改为加铺处理为主。

拓宽工程施工有自身的特点，照搬一般新建高速公路的施工经验是行不通的。要搞好拓宽工程，在施工管理及施工工艺上必须要有创新精神。

3.1施工技术和工艺创新

对桥头路段软土地基处理，采用路堤桩加土工格栅、粉喷桩加土工格栅的处理方式，能较好的解决新老路基之间的沉降差异问题。

桥梁上部拼接采用刚性连接的施工方法，具有不需要对施工一侧完全封道的特点，避免了在同一侧双向通行问题;同时拼接缝砼质量也能保证。

互通区上跨桥改造通常要封闭交通、中断正常通行。本拓宽工程在进行上跨线改造时，采用设置临时护栏、重新划分车道的方法，以维持跨线桥单幅双向通行，使互通区上跨线及匝道能正常通行不需完全封闭。施工时，先施工新桥墩再拆除旧结构，并下挖原地面，以增加桥下净空高度的方法，缩短了由于跨线桥施工给行车造成的不便，取得了很好的效果。

3.2施工安全维护创新

路面施工时，为确保行车以及施工作业人员、设备的安全江西省某旅游高速公路施工组织设计，我们经反复研究，采用“水马”路障标志进行“软隔离”的方法分隔正常运营区域和路面施工区域。具体办法是:每隔10米左右放置“水马”，再在“水马”上插设标志旗;桥梁护栏拆除后，设置沙袋墙，与“水马”标志配合使用，同时在施工现场设置施工限速标志。用“水马”后高速公路事故率由原先的1.46起/万辆下降到1.28起/万辆。实践证明，在工程施工中，用“水马”路障“软隔离”进行安全维护方法是成功的。