杨耀辉1王明明2夏龙浩3
1山东高速集团有限公司创新研究院 山东省济南市 250098
2山东高速建设管理集团有限公司 山东省济南市250014
3山东省高速路桥养护有限公司 山东省济南市250031
摘要：随着我国经济建设的快速发展和人民生活水平的日益提高，我国汽车保有量幅度大幅增长，国家高速公路网中骨干通道的交通量持续增长，早期修建的高速公路逐渐饱和，服务水平明显下降，扩容改建的要求越来越高。高速公路改扩建工程不同于新建工程，具有其自身的特点，相较于新建工程，施工难度进一步增大。结合京台高速公路泰安至枣庄改扩建工程，对工程项目的主要特点进行了总结，对项目建设过程中采用的新技术、新材料、新工艺、新设备，依托工程建设中重难点问题立项的科研课题新技术进行了总结，为后续改扩建工程建设提供一定的借鉴和参考。
关键词：京台高速公路；改扩建工程；技术创新；工程特点
CharacteristicsandtechnicalinnovationofthereconstructionandextensionprojectofG3Beijing–TaipeiExpressway
YANGYaohui1WANGMingming2XIALonghao3
1ShandongHi-SpeedGroupInnovationResearchInstitute,Jinan250098,China
2ShandongHi-SpeedConstructionManagementGroupCO.,LTD.,Jinan250014,China
3ShandongHi-SpeedRoad&BridgeMaintenance.,LTD.,Jinan250031,China
Abstract:WiththerapiddevelopmentofChina'seconomicconstructionandtheincreasingimprovementofpeople'slivingstandards,thenumberofautomobilesinChinahasincreasedbyalargemargin,andthetrafficvolumeofthebackbonepassagewaysinthenationalhighwaynetworkhascontinuedtogrow,theearlyconstructionofthehighwaygraduallysaturated,theserviceleveldeclinedsignificantly,theexpansionoftherequirementsofthereconstructionisincreasinglyhigh.ExpresswayReconstructionandextensionprojectisdifferentfromthenewconstructionproject,andhasitsowncharacteristics.Comparedwiththenewconstructionproject,theconstructiondifficultyisfurtherincreased.InthelightofthereconstructionandextensionprojectfromTaiantoZaozhuang,themainfeaturesoftheprojectaresummarized,andthenewtechnologies,newmaterials,newprocessesandnewequipmentusedintheconstructionoftheproject,basedonthescientificresearchontheimportantanddifficultproblemsintheconstructionoftheproject,thispapergivessomereferencesforthefollow-uplarge-scaleHighwayReconstructionandextensionproject.
Keywords:G3Beijing–Taipeiexpressway;reconstructionandextensionproject;technologicalinnovation;engineeringcharacteristics
1.工程概况
京台高速公路（G3）泰安至枣庄（苏鲁界）段改扩建工程起自京台高速与青兰高速交叉的泰山枢纽，向南经泰安市、济宁市、枣庄市，止于鲁苏两省交界的张山子镇南。主线采用双向八车道高速公路技术标准，设计速度120公里/小时,采用两侧拼宽方式扩建段的路基宽度42.0米，采用单侧拼宽方式扩建段的路基宽度28.0+L+19.5米（新建一幅宽度19.5米，利用既有公路一幅宽度维持28.0米）；微山湖互通立交连接线3.06公里，采用双向两车道二级公路技术标准，设计速度80公里/小时，路基宽度12.0米。新建及拼宽桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级，其余技术指标按《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）执行。采用“两侧拼宽为主，局部受限路段采用单侧拼宽、高架桥为辅”的加宽方式。
2.工程特点
高速公路改扩建工程与新建工程不同，改扩建工程存在新旧结构的拼接[1]、边通车、边施工、新旧规范之间的差异[2]、废旧材料高值化利用[3]等问题。本节内容总结了改扩建工程的主要施工特点。
2.1改扩建期间车辆正常通行，施工难度大。
新建工程与改扩建工程两者之间具有较大的差异，改扩建工程需要“边通车，边施工”[4,5]。施工过程中车辆正常畅行，因此在高速公路改扩建工程中需注意交通车辆和施工车辆的交通组织，设置科学合理的交通通行流量、速度、临时交安设施[6]，采取有效的施工交通组织可避免交通通行能力低，道路堵塞情况的发生[7,8]。京台高速公路是山东省南北运输大通道的主轴，路线里程长，交通量大，同时，山东省境内与本项目走向“平行”的高等级道路可作为主要分流路径的条件有限。因此，在施工期间保持双向四车道通行，交通组织复杂，施工难度大。
2.2改扩建工程中废弃材料再生利用问题突出。
为保证新旧路基的变形协调性和整体稳定性，在新旧路基结合处，采取对旧路面进行铣刨，开挖台阶，新旧路基错台搭接的措施，产生了大量的路面铣刨料，如何实现路面材料的高值化利用[9]是本工程面临的严峻问题。
最大程度利用既有板梁桥，是节省工程投资，加快施工进度，缩短工期[12]的有效方法。但依据现行荷载标准规范，通过简化的计算方法，多数桥梁不能满足承载力要求，需拆除重建。实际情况是大部分桥梁工作状况处于良好状态，能够满足当前承载力要求，如何对既有板梁桥运行状况进行准确评价，是解决本问题的关键。
废旧交安设施的利用也是改扩建工程面临的一大难题，青银高速（山东段）改扩建工程取得了一定的研究进展和应用成果[13]。目前，既有道路交安设施和护栏不能满足JTGD81-2017现行规范的标准，原有交安设施不能直接利用，但加固翻新、往来运输成本较高，再利用的价值有待商榷，需探索更经济的途径。
3.创新成果应用
3.1沥青路面铣刨料大掺量温拌再生利用技术
沥青路面铣刨料（RAP）的再生利用既能保护环境，又能节约沥青、砂石材料等不可再生资源，是一项符合可持续发展的重要技术。但由于生产工艺的限制，RAP掺配比例较低（旧料掺量仅为20%~30%），大规模再生利用难度较大；就地热再生废旧料利用率高，但只能做路面表层修复，耐久性也明显不足，对于解决路面结构性损伤等问题并不适用；冷再生工艺中，无论是乳化沥青再生还是泡沫沥青再生，均将含有沥青的铣刨料当作黑色集料来处理，对价值更高的沥青资源回收利用不够彻底，只能依靠水泥形成结构强度，适用层位较低且应用效果欠佳。
本工程推广的沥青路面温拌再生技术是一种节能、低碳、绿色、可循环的再生维修技术，可在90℃~110℃温度下拌和施工，减少混合料生产过程中用于加热原材料的燃油消耗，降低有毒沥青烟气及碳的排放。采用自主研发的沥青温再生剂配制的再生沥青，对铣刨料中的废旧老化沥青具有很好的渗透和软化能力，其活性成分可以使老化沥青得到很大程度的恢复，达到新老沥青的完全混合状态，实现废旧矿料和废旧沥青的双重回收利用。同时能够大大提高RAP的回收利用率，使RAP回收利用率达到70%以上，真正做到高值化利用。
3.2既有板梁桥综合利用技术
《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）对拼接加宽桥梁中原有桥涵提高了利用要求，对拼接加宽利用的原有桥涵，应进行检测评估并满足原设计荷载标准要求，且其极限承载能力应满足或采取加固措施后满足现行标准的要求。要求施工前必须对旧桥相应数据进行整理分析，再完善相应的施工流程[9]，寻求合理的设计方案和施工工艺[10]。对于小跨径桥梁，按照新的技术标准承载力普遍不满足要求。本工程中涉及到大规模小跨径桥梁的拆除或利用问题，但加固利用方案的确定需要相关研究成果的支撑。因此，基于既有板梁桥利用问题，通过对车辆荷载与既有板梁桥加固利用技术研究，形成了可靠的既有板梁桥评估体系，不仅对当前改扩建工程的既有旧桥拆除和利用的争议能够提供明确解答，对于全国的改扩建工程都有一定的指导意义。
3.3高摩阻超静定土工格栅减小新旧路基差异沉降性能
在高速公路改扩建工程中，新旧路基的不均匀沉降易导致路面开裂甚至垮塌[11,12]。利用土工格栅对路基土体加固已经成为解决该问题的主要手段[13–15]。本工程采用了一种采用新型排扣节点形式的高摩阻超静定土工格栅，提高了格栅节点自身的强度，通过排扣短肋的作用，加强排扣与土体之间的摩阻力作用，同时短肋自身对土体也会产生额外的嵌固作用，达到对土体最优的被动阻抗力。格栅肋条材料采用以聚丙烯为主、添加增强性纤维的复合材料制作，具有较高的抗拉强度、较小的变形和较强的抗腐蚀能力，格栅节点采用高密度聚乙烯同步注塑成形，具有较高的抗剥离能力。能够有效解决新旧路基的不均匀沉降问题。
3.4新旧拼宽及预制装配桥梁的抗裂及抗震技术
全预制混凝土桥梁是将桥面板和梁体等上部结构、盖梁和桥墩等下部结构在预制厂预制，在建造时将诸预制部件通过后张预应力筋、混凝土后浇带及孔道灌浆等连接方式连接成为整体的施工工艺。因此，全预制混凝土桥梁相比于传统现浇桥梁具有建造周期短，施工进度快，受季节和天气影响小，对桥梁沿线生态环境及居民生活环境不良影响小，提高建造效率和经济性高等优点。但受到其本身结构构造特点的限制，该类桥梁结构在使用过程中，也存在一定问题，比如预制构件连接处的开裂问题，全预制桥梁在水平荷载作用下存在受力薄弱区域等。我国绝大部分地区位于抗震设防区，在水平向的地震作用下，预制构件拼接缝的存在将导致其抗震性能降低，且关于该类桥梁抗震性能的研究也正处于起步阶段，尚未形成系统的研究成果，也没有相关规范可以遵循。
因此，为顺利将全预制拼装混凝土桥梁应用于新建桥梁和拓宽既有桥梁，其抗裂问题和抗震问题是必须首先要解决的关键问题。针对新旧拼宽桥梁，项目以典型全预制装配式混凝土桥梁为主要研究对象，从典型裂缝病害调研分析、受力性能优化、新材料、新构造以及新施工方法等几个方面对裂缝控制及抗震性能优化进行系统研究。研发新型低收缩混凝土材料并制定了相关施工技术标准，对预制拼装承台-桥墩-盖梁体系的构造进行了优化，提高其抗震性能，保证了全预制拼装桥梁的顺利实施，推动了全预制桥梁在实际工程中的应用，为顺利推进我国现代桥梁网络的快速化、生态化和智能化建造奠定了基础。
3.5减小桩基工后沉降的灌注桩后注浆技术
灌注桩后注浆技术是指在灌注桩成桩后一定时间，通过预设在桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧处的注浆阀以压力注入水泥浆的一种施工工艺。注浆目的一是通过桩底和桩侧后注浆加固桩底沉渣（虚土）和桩身泥皮，二是对桩底及桩侧一定范围的土体通过渗入（粗颗粒土）、劈裂（细粒土）和压密（非饱和松散土）注浆起到加固作用，从而增大桩侧阻力和桩端阻力，提高单桩承载力，减少桩基沉降。在优化注浆工艺参数的前提下，可使单桩竖向承载力提高40%以上，桩基沉降减小30%左右。
3.6长线法涵节预制施工装备
为满足节段涵节施工精度要求，规避涵节不同节段施工、安装可能存在的接头错台和线性不顺直问题，有针对性的制定了适应于本项目施工的“长线法”施工工装设备，该工装采用固定底模、可移动式液压内模-侧模组合，经对已预制的4.0m×3.0m实体涵节进行检测及施工总结，该工装既提高了施工功效，同时保证了涵节的施工质量。
4.结语
随着交通强国战略的实施，高质量发展理念的全面落实，高速公路改扩建工程已经站在新起点，进入新阶段，改扩建工程已成为交通和社会发展的一部分。随着技术体系标准的不断丰富和发展，改扩建工程在新旧结构拼接、施工期间交通安全和交通能力的发展、四新技术的应用推广、资源集约利用、既有工程利用、材料再生利用推广等将成为改扩建工程的重要发展方向。本文梳理总结期望对今后类似工程建设提供一定的借鉴和参考。
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作者简介：杨耀辉，男，山东安丘人，博士，工程师，主要从事道路工程结构及材料研究等工作。