東北平原地區(qū)高速公路通道橋改擴(kuò)建設(shè)計(jì)方案分析

陳連海

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)高速公路建設(shè)日趨完善，交通量的增加對(duì)交通運(yùn)輸能力的需求日益嚴(yán)峻，為保證高速公路的通行和服務(wù)水平，對(duì)高速公路進(jìn)行加寬改擴(kuò)建是非常重要和行之有效的方式。

通道橋是高速公路與低等級(jí)公路、鄉(xiāng)村道路、機(jī)耕道相交的立體交叉方式，平原地區(qū)的路網(wǎng)密集、發(fā)達(dá)，通道橋所占比重較多，每公里可達(dá)2～3座，因此通道橋的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)對(duì)沿線居民出行有著巨大影響。作者結(jié)合自身在設(shè)計(jì)過(guò)程中的體驗(yàn)和理解，對(duì)東北平原地區(qū)高速公路改擴(kuò)建中的通道橋設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析介紹，以便提供參考。

2 既有通道橋改擴(kuò)建方案介紹

通道橋改擴(kuò)建方案主要考慮橋梁技術(shù)狀況評(píng)價(jià)，以及通行現(xiàn)狀與功能適應(yīng)性方面。并應(yīng)在調(diào)查、評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合改擴(kuò)建需求，予以充分利用[1]。技術(shù)狀況評(píng)價(jià)可通過(guò)對(duì)橋梁的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、計(jì)算分析等工作確定。通過(guò)幾個(gè)改擴(kuò)建項(xiàng)目的工作體會(huì)，作者認(rèn)為技術(shù)狀況評(píng)價(jià)是橋梁改擴(kuò)建方案的重要因素，這方面工作是必不可少的，在設(shè)計(jì)中，通道橋的通行現(xiàn)狀和功能要求會(huì)影響到每座橋梁的具體加寬改造方案，下面主要針對(duì)這方面工作進(jìn)行分析介紹。

2.1 針對(duì)原橋的現(xiàn)狀和功能要求方面，通道橋改擴(kuò)建設(shè)計(jì)應(yīng)符合的原則

(1)既有橋梁應(yīng)本著“節(jié)約資源、避免污染、節(jié)省投資”的原則盡量考慮利用。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有地方路網(wǎng)情況、城鎮(zhèn)規(guī)劃情況、施工期地方路網(wǎng)保通方案、縱斷擬合設(shè)計(jì)等因素綜合考慮。對(duì)被交叉公路盡量不改變現(xiàn)有的位置，必須改造的盡量做到直捷、 順適，同時(shí)滿足交叉角度的要求，避免大的彎曲和起伏。

(3)通道設(shè)置應(yīng)根據(jù)沿線村屯和原有路網(wǎng)的分布，按照“以人為本”的指導(dǎo)思想，最大限度地減少對(duì)沿線居民出行的影響。

(4)對(duì)于橋下積水的通道，應(yīng)采用措施加強(qiáng)橋下防排水。

(5)對(duì)于橋下凈寬、凈空不滿足使用要求且路線縱斷抬高不大的通道橋，可考慮采用維持甚至降低既有通道標(biāo)準(zhǔn)并增設(shè)天橋的設(shè)計(jì)方案，必要時(shí)原橋也可加大孔徑拆除重建。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，平原區(qū)高速公路通道橋普遍存在橋下易積水、淤積嚴(yán)重、通行凈空受限等問(wèn)題。這些問(wèn)題與原橋設(shè)計(jì)理念有一定關(guān)系，由于這些高速公路沿線地形平緩，多為基本農(nóng)田，路基高度受占地、取土等限制填高一般較低，這就制約了通道橋底高程和通行凈空的設(shè)置，據(jù)調(diào)查既有通道中很多橋梁采用下挖被交道方案，橋下凈空普遍沒(méi)有預(yù)留提升空間。而且橋梁加寬時(shí)由于橋面橫向坡度順延，還有上部結(jié)構(gòu)拆除新建后建筑高度增加的影響，橋下凈空將進(jìn)一步被壓縮，橋梁的通行能力更加降低。另外隨著沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展，路網(wǎng)逐步完善，現(xiàn)有通道橋凈空和跨徑也有很多不能滿足地方路網(wǎng)的發(fā)展要求。

2.2 針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，通道橋的加寬改造設(shè)計(jì)可采用的方案

(1)方案一。原橋完全利用或完全擬合既有標(biāo)高拼寬改造方案。當(dāng)通道橋凈空滿足要求僅需處理通道積水時(shí)，首先應(yīng)改善通行條件，重新設(shè)置鋪砌；對(duì)存在少量積水的通道為方便行人通行可設(shè)置人行平臺(tái)；對(duì)排水困難積水嚴(yán)重的通道除改善鋪砌外，還可采取加深邊溝兼做蒸發(fā)池方式；對(duì)于橋址處地下水位較深且地下有良好滲水土層時(shí)，也可設(shè)置滲井將雨水引入地下滲水層排出[2]。

當(dāng)拼寬通道橋凈空不滿足要求時(shí)，應(yīng)采取原橋下挖至設(shè)計(jì)高程的方案。該方案需要先挖除舊橋鋪砌再降至設(shè)計(jì)標(biāo)高，如果下挖較多則需切除原橋外露的支撐梁等基礎(chǔ)部分，然后重新鋪設(shè)混凝土鋪砌，通道鋪砌形成支撐板并配置受力鋼筋兼做支撐梁作用見(jiàn)圖1，同時(shí)應(yīng)參照上述原則處理好通道積水。

圖1 舊橋鋪砌和支撐梁拆除并設(shè)置支撐板

(2)方案二。原橋拆除新建、或上部結(jié)構(gòu)通過(guò)頂升和拆除新建的方式抬高橋面標(biāo)高方案。本著“原橋盡量利用”的原則，對(duì)原橋是否拆除新建或部分拆除應(yīng)慎重確定，如舊橋利用價(jià)值很低或無(wú)法利用時(shí)采用拆除新建方案為宜。頂升方案對(duì)舊橋利用率高、施工工期短、可節(jié)省投資，但對(duì)舊橋自身結(jié)構(gòu)能否經(jīng)得起頂升過(guò)程有很大不確定性，需要進(jìn)行現(xiàn)狀檢測(cè)評(píng)價(jià)和荷載試驗(yàn)。通過(guò)橋面標(biāo)高抬高，橋下在滿足凈空要求的同時(shí)橋底高程也可合理抬高，原橋下鋪砌拆除新建，以改善道路通行條件，必要時(shí)還可設(shè)置橋下排水溝，避免橋下出現(xiàn)積水問(wèn)題。

(3)方案三。既有通道橋維持現(xiàn)狀或降低功能標(biāo)準(zhǔn)，在臨近位置增加天橋方案。高速公路改擴(kuò)建中的路線縱斷設(shè)計(jì)雖然原則上應(yīng)遵守“寧填勿挖”設(shè)計(jì)理念，但過(guò)大的縱斷抬高調(diào)整不利于舊路利用，增加了占地面積和土石方工程量，還會(huì)影響施工組織設(shè)計(jì)，增加施工期交通組織的難度，所以設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量考慮縱斷擬合舊路，減少縱斷抬高段落。當(dāng)縱斷無(wú)法抬高，原橋仍需提升通行條件時(shí)，可考慮原橋利用舊橋擬合標(biāo)高加寬，橋下凈空和積水問(wèn)題適度處理，對(duì)橋下鋪砌適當(dāng)改善即可，該方案重點(diǎn)在于合理確定天橋位置，合理布設(shè)天橋引線等。

通道橋改擴(kuò)建須根據(jù)被交道路通行等級(jí)和規(guī)劃要求，并結(jié)合路線縱斷線擬合、調(diào)整情況采用合理的設(shè)計(jì)方案。

方案一適用于既有通道橋凈空滿足要求或縱斷設(shè)計(jì)只擬合舊路的情況，該方案在節(jié)省造價(jià)、節(jié)約占地、充分利用舊橋方面有一定優(yōu)勢(shì)，但該方案對(duì)橋下通行狀況改善不足，平原地區(qū)本身排水困難，為滿足凈空要求原橋繼續(xù)下挖，更容易造成橋下積水，即便采取排水措施，也只能起到緩解作用，如果現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)不符或措施處理不當(dāng)，對(duì)沿線群眾的生產(chǎn)生活影響很大。另外東北屬于季凍地區(qū)，基礎(chǔ)埋深需要考慮地基凍脹影響，埋深一般控制在1.5～1.8m左右，對(duì)于遼寧南部埋深不小于1.0m，而黑龍江可達(dá)2.0m以上，這也制約了舊橋下挖空間。而且積水在冬季結(jié)冰后更不利于通行，也降低了凈空標(biāo)準(zhǔn)。所以采用方案一應(yīng)考慮通道橋現(xiàn)狀與路網(wǎng)規(guī)劃要求的適應(yīng)程度，并做好防排水設(shè)計(jì)。

當(dāng)橋下道路現(xiàn)狀很差、橋下凈空嚴(yán)重不足時(shí)，宜考慮采用方案二或方案三。方案二更適用于凈空需要提高較多，或原橋孔徑不滿足規(guī)劃要求，且路線縱斷可抬高的情況。該方案可有效改善通道橋的通行狀況，對(duì)橋下道路改善可達(dá)到最大化處理。方案三適用于路線縱斷無(wú)法抬高，且現(xiàn)場(chǎng)有條件設(shè)置天橋，以改善地方路網(wǎng)的情況。該方案雖然對(duì)通道橋功能沒(méi)有改善甚至?xí)兴档停ㄟ^(guò)設(shè)置天橋，將橋下道路改為上跨高速公路，最大程度地回避了舊橋凈空和跨徑不足，以及橋下積水問(wèn)題。

3 改擴(kuò)建案例分析

上述三種方案適用條件不同也各具優(yōu)勢(shì)，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析選取。方案比選時(shí)應(yīng)從定性分析和定量分析兩方面考慮。定性分析主要是考慮方案的可行性，定量分析主要是考慮方案的造價(jià)、占地、工程量、施工難度以及工期影響等方面。以東北某高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，原路通道橋孔徑為1-10m，現(xiàn)狀凈空為3.0m，橋下積水嚴(yán)重且鋪砌已破損。經(jīng)調(diào)查，該通道橋?yàn)榇迕裰饕ㄐ械缆?，根?jù)地方路網(wǎng)規(guī)劃該路規(guī)劃為鄉(xiāng)道，凈高要求為4.5m，并且地方要求橋下鋪砌應(yīng)抬高來(lái)解決橋下積水問(wèn)題。

該通道橋如果采用前述舊橋下挖方案(即方案一)設(shè)計(jì)，為滿足規(guī)劃凈空要求并考慮橋面橫坡對(duì)加寬的影響，原橋則需要下挖2.0m左右。采用該方式會(huì)造成原橋基礎(chǔ)、支撐梁等完全外露(原橋埋深1.8m)，將給橋梁結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患，而且由于下挖深度較大橋下積水問(wèn)題無(wú)法解決，還可能給居民出行帶來(lái)更大不便。通過(guò)分析，該通道橋改擴(kuò)建設(shè)計(jì)不宜采用下挖方式，所以設(shè)計(jì)時(shí)主要針對(duì)另外兩個(gè)方案進(jìn)行了比較，以確定更加經(jīng)濟(jì)、合理的方案，具體比較情況如下：

方案A(見(jiàn)圖2)：增設(shè)天橋方案，即原通道保留(即方案三)，原橋僅滿足機(jī)耕道的通行能力，同時(shí)橋下鋪砌適當(dāng)抬高，改善橋下排水條件，凈高調(diào)整為2.7m。并在主線合適位置增設(shè)天橋，以滿足地方規(guī)劃要求。天橋引線設(shè)置原則應(yīng)遵循與原地方路順接，且縱坡滿足規(guī)范要求(縱坡不大于3%為宜)，同時(shí)也盡可能減少村民繞行距離。經(jīng)詳細(xì)核查，天橋位置確定距離原通道約380m處。

圖2 方案A平面示意

方案B(見(jiàn)圖3)：原通道縱斷抬高(即方案二)，通道凈高按4.5m控制，并抬高橋下鋪砌避免橋下積水，為滿足要求，經(jīng)核實(shí)縱斷最大需要抬高2.1m，涉及主線長(zhǎng)度2.2km。

圖3 方案B通道縱斷圖

兩個(gè)方案的主要工程量和概算造價(jià)比較見(jiàn)表1。

從表1中可以看出：方案A與方案B相比土方基本相同，舊路加鋪面積增加2091m2，新建路面面積減少20910m2，征地面積多1.619公頃，雖然增加天橋一座，但總概算造價(jià)減少約110萬(wàn)元。

表1 路線方案比較表

另外，若抬高通道處縱斷，需抬高2.2km主線縱斷，最大抬高2.1m，造成施工工期增長(zhǎng)。由于項(xiàng)目工期安排緊湊，施工期間采用半幅封閉半幅通車的施工組織方案，而抬高主線縱斷不利于施工期的保通安全和工期安排，因此應(yīng)盡量避免大段落的縱斷抬高，故經(jīng)綜合比較設(shè)計(jì)推薦采用方案A。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，方案選取需要結(jié)合通行現(xiàn)狀、路網(wǎng)規(guī)劃要求和路線縱斷設(shè)計(jì)情況。設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮方案一的可行性，盡量考慮原橋利用。當(dāng)舊橋現(xiàn)狀與預(yù)期的功能要求差距較大，方案一不能滿足時(shí)，應(yīng)分別考慮方案二和方案三的適應(yīng)性。

無(wú)論采用何種方案，對(duì)通道橋下積水的情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮采用加強(qiáng)縱橫向排水、抬高被交路標(biāo)高、設(shè)置大邊溝蒸發(fā)池等相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改善。