高速公路跨越南水北調工程橋梁布置與設計

張信鵬

（河北省交通規(guī)劃設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

一、工程概況及跨越必要性論證

北京新機場至山東德州高速公路京冀界至津石高速段（以下簡稱“京德高速”）起于河北廊坊市固安縣東北的京冀界，向南經(jīng)固安縣東、永清縣西、霸州市東、文安縣西，終于滄州市任丘梁召鎮(zhèn)與津石高速交叉處，全長約87.256km。

南水北調中線工程是解決京、津和其他華北地區(qū)水資源短缺，優(yōu)化水資源配置的一項戰(zhàn)略性基礎設施，南水北調中線一期工程天津干線（以下簡稱“天津干線”）向天津市和河北省部分城鎮(zhèn)供水，是天津市的生命線。天津干線起點為河北省保定市徐水縣西黑山村，東至天津市外環(huán)河，途經(jīng)河北省保定市的徐水、容城、雄縣、高碑店，廊坊市的固安、霸州、永清、安次和天津市的武清、北辰、西青，共11個區(qū)縣，全長約155km。

京德高速與南水北調天津干線在廊坊市霸州市北莊頭村交叉，交叉位置處的天津干線為現(xiàn)澆混凝土箱涵，內(nèi)部尺寸為3孔4.4m×4.4m，為有壓輸水。交叉處京德高速路線總體為南北走向，位于大廣高速公路以東、京臺高速公路以西的走廊帶，該項目范圍內(nèi)天津干線呈東西走向，因此該項目與天津干線的交叉不可避免。

二、跨越工程布置研究

京德高速于廊坊市霸州市北莊頭村跨越天津干線，采用（34+52+34）m變截面連續(xù)懸澆箱梁結構跨越，交角為79.34°，橋寬34.5m，地面距梁底最小距離10.2m，橋墩承臺與箱涵最小凈距10.6m。

《其他工程穿越跨越鄰接南水北調中線干線工程設計技術要求》[1]第5.1.9條和第5.1.3條規(guī)定，“跨越工程布置應采用一跨跨越中線干線工程管理范圍”“跨越的方式應結合其工程所在地的南水北調中線干線工程相關建筑物布置情況、地形地質條件等，經(jīng)方案比選確定”，交叉處的南水北調天津干線為輸水箱涵，正常通水，場地地形較平坦，屬穩(wěn)定場地，較適宜跨越工程建設。

（一）跨越角度選擇

在京德高速與天津干線交叉處，北側受一座正在運營中的油井制約，無法向東偏移；南側設置霸州東互通，受西側泄水渠影響，互通若向西偏移則布設困難，且路線與前營村、馬興莊村距離變近，對村莊影響較大。綜合以上因素，京德高速與天津干線交叉角度為79.34°。

（二）跨越凈空確定

跨越凈空主要從天津干線日后維護檢修的便捷性考慮，維護檢修按日常巡查、日常維修、工程大修3種工況分析。

日常巡檢主要收集布設的檢測點數(shù)據(jù)，要保證巡檢人員正常通過。日常維修主要包括暗涵上覆土的整治、暗涵周邊監(jiān)測點布控等維護，需通行小型機械。京德高速跨越天津干線跨徑為52m，暗涵兩側具有通行空間，跨越位置橋梁至地面凈空最小為8.9m，具備巡檢人員和小型機械通行條件。

工程大修主要是在停水時對暗涵進行開挖整治、更換等。在對暗涵開挖時，需根據(jù)暗涵破壞情況進行整修。為避免箱涵大修開挖對高速公路橋梁承臺、樁基造成影響，同時保證天津干線大修機械的作業(yè)空間，在京德高速交叉范圍內(nèi)暗涵兩側設置了兩排防護樁，防護樁強度需能夠抵抗暗涵大修開挖后外側土壓力。防護樁設置位置選擇在暗涵外側8m位置，平行于天津干線暗涵走向布置。

（三）橋梁跨徑選擇

天津干線箱涵寬15.3m，京德高速與天津干線交叉角度為79.34°，京德高速橋梁全寬34.5m。考慮到天津干線大修基坑開挖工況，防護樁與箱涵外側凈距為7.4m，該橋梁斜交正做，考慮橋墩基礎尺寸及相應的承臺施工空間，橋梁跨徑不應小于48m。箱涵兩側各預留2m安全距離，橋梁主跨跨徑選擇52m，配孔選擇34m，即橋梁方案采用（34+52+34）m變截面連續(xù)箱梁結構。

（四）橋梁施工方案比選

對于變截面連續(xù)箱梁橋，常見的施工方法有：滿堂支架法、懸臂施工法等。

方案一為滿堂支架法施工。施工期間禁止在暗涵上方搭設支架，因此在距離箱涵外側邊緣8m位置搭設貝雷梁，跨徑為29m。在貝雷梁兩側位置及基礎兩側至橋墩位置鋪設厚度為0.5m的C30混凝土作為支架基礎，待混凝土具備強度后搭設滿堂支架。

方案二為懸臂澆筑法施工。懸澆方案是指主梁施工從橋中間墩處開始，按對稱方式逐步接長，直至懸出梁段合龍的方法[2]。其優(yōu)點是施工支架和臨時設備少，施工時對橋下的影響較小。

該項目橋下暗涵為有壓輸水箱涵，方案一考慮采用大跨徑貝雷梁頂搭設支架減小對暗涵的影響，但橋梁上部結構施工澆筑混凝土荷載較大，支架對暗涵的影響存在不確定性，且支架搭設過程中存在一定風險；方案二施工工期較長，但掛籃施工方案對暗涵的影響相對較小，綜合以上分析，采用懸臂澆筑施工方案。

三、橋梁與箱涵防護設計要點

（一）橋梁結構設計

京德高速上部結構采用（34+52+34）m變截面連續(xù)箱梁結構，橋梁箱梁除墩頂0、1號塊外，各單T箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工，分7對梁段，按5×3m+2×4m進行對稱懸臂澆筑。橋墩墩頂塊件長4m，中孔合龍段長2m，邊孔現(xiàn)澆段長8.9m，邊孔合龍段長2m。下部結構主墩為薄壁墩、樁基礎，承臺與暗涵最小凈距為10.6m，地面至梁底距離為10.2m，滿足規(guī)范要求。

（二）橋面排水設計

為避免橋面排水（危險化學品泄露等）對輸水箱涵產(chǎn)生不利影響，該橋設置集中排水系統(tǒng)將橋面污水（雨水）引至較低側事故池中。交叉位置處，橋面縱坡-2.211%，其中跨越天津干線52m主孔橋面范圍內(nèi)不設置泄水孔，兩側34m邊孔橋面排水通過豎向泄水管匯至縱向集水管，縱向集水管在橋墩處延伸至地面，匯入事故池中，事故池設置在箱涵保護范圍（50m）以外的橋下征地范圍內(nèi)。

（三）橋梁交安設施設計

橋梁兩側設置SS級墻式防撞護欄，有效地避免了車輛在突發(fā)事故時沖出橋面，降低了公路運輸對南水北調管道的影響。在跨越位置橋梁起終點兩側合適位置，設置禁止停車標志及其他提醒標志，禁止任何超限超載及運載易燃、易爆等危險品的車輛在跨越范圍內(nèi)停留[3]，避免公路運輸事故對天津干線輸水管道的不利影響。

（四）箱涵防護設計

工程大修對暗涵開挖時，考慮耐久性與施工便利性，基坑開挖采用排樁作為防護措施。在交叉位置對箱涵頂部標高進行實測，跨越位置暗涵最大埋深約2.88m，最小埋深約2.72m，暗涵高度為5.6m。箱涵檢修時，基坑開挖至箱涵底部標高，基坑開挖深度為8.48m，結合項目地質情況，防護樁采用鉆孔灌注樁，樁徑1.2m，根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算防護樁嵌固深度。

四、結語

本文以京德高速上跨南水北調天津干線為工程實例，從跨越必要性、工程布置研究、橋梁設計要點等方面綜合分析，得出以下結論：高速公路跨越南水北調工程設計中，應對交叉位置、角度、跨徑、施工方案等進行充分綜合考慮；南水北調工程是一項戰(zhàn)略性基礎設施，高速公路設計時既要考慮橋梁施工對南水北調的影響，又要考慮南水北調箱涵維修維護、事故檢修等設計。