道路下穿高速公路橋梁關(guān)鍵技術(shù)探究

摘要 根據(jù)武漢市城市總體規(guī)劃，左岸大道以路基的形式下穿武漢繞城高速公路橋梁?？紤]武漢繞城高速遠(yuǎn)期改擴(kuò)建的實(shí)施條件，下穿道路設(shè)計(jì)方案在地上建筑界限及地下管線布設(shè)均應(yīng)滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。另外，設(shè)計(jì)方案還要考慮預(yù)留遠(yuǎn)期繞城高速橋梁擴(kuò)建的實(shí)施條件，項(xiàng)目施工期間繞城高速橋梁結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題也要引起重視。文章通過(guò)優(yōu)化橋下軟基的設(shè)計(jì)方案及施工工藝、局部調(diào)整道路斷面設(shè)計(jì)、完善橋上及橋下安全防護(hù)設(shè)施、優(yōu)化橋下照明設(shè)計(jì)以及進(jìn)行專項(xiàng)安全評(píng)估等方式，保證了繞城高速的運(yùn)營(yíng)安全。

關(guān)鍵詞 路基；下穿；公路；橋梁

中圖分類(lèi)號(hào) U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0103-03

0 引言

作為城市濱江景觀大道，其道路平面、橫斷面設(shè)計(jì)往往根據(jù)地方規(guī)劃進(jìn)行布設(shè)，受高速公路橋下空間制約，橋下道路設(shè)計(jì)需要結(jié)合橋墩布設(shè)進(jìn)行局部調(diào)整。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行平面、橫斷面設(shè)計(jì)的同時(shí)必須滿足城市道路使用功能的需求[1]，包括建筑界限、行車(chē)視距、市政管線布設(shè)、橋下排水、安全防護(hù)設(shè)施等。值得注意的是，橋下道路位于軟基段落，需要進(jìn)行特殊處理，軟基處理[2]方案既要考慮橋下作業(yè)空間，又要確保施工期間高速公路橋梁使用安全。

1 工程概況

左岸大道是以交通功能為主，兼具交通、景觀、游憩綜合功能的濱水快速干道，是武漢經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)沿江綜合發(fā)展軸的交通動(dòng)脈和形象窗口。同時(shí)，也是確保華中科技大學(xué)軍山校區(qū)首期項(xiàng)目于2024年9月建成投入使用的城市主干道。

左岸大道（楓林六路～興七路）項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱“左岸大道大軍山段”）起于楓林六路，止于興七路，平行于長(zhǎng)江，整體呈南北走向，全長(zhǎng)約5.6 km，紅線寬度50～70 m，雙向八車(chē)道，道路等級(jí)為城市主干路，設(shè)計(jì)車(chē)速60 km/h。其中，在樁號(hào)K0+111～K0+153左右下穿京港澳高速軍山長(zhǎng)江大橋西端引橋，與橋梁正交。采用路基形式下武漢穿繞城高速，路基寬度為55 m，與繞城高速正交，交叉樁號(hào)：左岸大道K0+136（繞城高速K175+135），繞城高速上部構(gòu)造為兩孔30 m現(xiàn)澆箱梁，12#橋墩位于左岸大道路基中央分隔帶（8 m），橋墩兩側(cè)設(shè)置波形護(hù)欄防撞，11#、13#橋墩位于道路兩側(cè)紅線外，橋下凈空大于13m，左岸大道效果圖如圖1所示。

2 路基下穿橋梁設(shè)計(jì)理念

2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干路；

（2）設(shè)計(jì)速度：主線60 km/h，輔道40 km/h；

（3）車(chē)道數(shù)：主線雙向八車(chē)道；

（4）通行凈空：主線通行凈空不低于5.0 m，高架橋下輔道及調(diào)頭通行凈空不低于4.5 m，小汽車(chē)掉頭通行凈空不低于3.5 m；

（5）車(chē)道寬度：3.5 m/3.25 m；

（6）停車(chē)視距：70 m；

（7）路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100；

（8）道路交通量達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的設(shè)計(jì)年限：20年；

（9）地震基本烈度：Ⅵ級(jí)；地震動(dòng)峰值加速度a=0.05 g；橋梁抗震設(shè)防分類(lèi)為乙類(lèi)；抗震設(shè)計(jì)方法為C類(lèi)；橋梁抗震措施等級(jí)按七級(jí)設(shè)防。

2.2 制約設(shè)計(jì)方案的主要因素

城市道路設(shè)計(jì)方案首先要滿足城市總體規(guī)劃，道路平縱橫指標(biāo)也要滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，下穿高速節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案也要兼顧施工方面的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)方案要確保施工期間既有高速公路橋梁的結(jié)構(gòu)安全。另外，橋下作業(yè)空間有限，施工方案要具備可實(shí)施性，橋梁上下安全防護(hù)措施要到位，城市道路與繞城高速之間作為獨(dú)立的基礎(chǔ)設(shè)施主體，在設(shè)計(jì)使用期間不能出現(xiàn)相互干擾，橋下視距要開(kāi)闊、通行順暢、安全防護(hù)措施到位。為確保設(shè)計(jì)方案的可實(shí)施性，設(shè)計(jì)方案需要經(jīng)繞城高速主管部門(mén)的書(shū)面批準(zhǔn)，施工圖設(shè)計(jì)前需要對(duì)節(jié)點(diǎn)方案進(jìn)行施工安全評(píng)估[3]，根據(jù)安全評(píng)估結(jié)論來(lái)指導(dǎo)施工圖設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工方案。

3 設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵技術(shù)探究

3.1 橋下道路斷面空間布設(shè)分析

橋下道路橫斷面紅線寬度為55 cm，繞城高速12#橋墩位于道路中間綠化帶內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)段落斷面中間帶寬度只有5 m，而12#橋墩承臺(tái)寬度就有6.7 m，如果按照標(biāo)準(zhǔn)斷面布設(shè)，橋墩承臺(tái)將位于機(jī)動(dòng)車(chē)道正下方，施工期間附加荷載對(duì)承臺(tái)樁基影響較大，通車(chē)運(yùn)營(yíng)后汽車(chē)荷載直接通過(guò)承臺(tái)傳遞至樁基，增加橋墩的附加荷載。根據(jù)收集的相關(guān)資料，12#橋墩樁基原設(shè)計(jì)為摩擦樁，周邊土體存在軟弱地質(zhì)層，施工期間安全風(fēng)險(xiǎn)較大，荷載直接作用于承臺(tái)正上方會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。橋下凈空高度大于13 m，滿足規(guī)范要求，但橋下軟基處理方案應(yīng)滿足施工作業(yè)空間，橋下空間布設(shè)斷面如圖2所示。

3.2 下穿道路設(shè)計(jì)方案

3.2.1 橫斷面設(shè)計(jì)

為保證中分帶橋墩的使用安全，同步預(yù)留新建軍山長(zhǎng)江公鐵兩用大橋引橋布設(shè)橋墩條件，對(duì)下穿道路中分帶寬度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，左岸大道從繞城高速至楓林七路區(qū)間中分帶寬度均加寬至8 m，能滿足新建軍山長(zhǎng)江公鐵兩用大橋引橋布設(shè)橋墩條件。

3.2.2 軟基處理方案

受橋下施工空間限制，橋下承臺(tái)邊緣5 m范圍以外采用高壓旋噴樁進(jìn)行軟基處理，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁的原因如下。

（1）施工凈空高度要求：高壓旋噴樁的施工凈空高度要求較低，一般在3 m左右，而水泥攪拌樁的施工凈空高度要求較高，需要滿足攪拌軸的上下左右移動(dòng)空間，在現(xiàn)有橋梁下施工，凈空高度為13 m，高壓旋噴樁的凈空要求更符合實(shí)際情況。

（2）在理論上，如果旋噴樁的施工符合規(guī)范，并且距離橋墩承臺(tái)凈距5 m以上，對(duì)橋墩的安全影響是比較小的。旋噴樁施工完成后，土體中的超孔隙水壓力會(huì)逐漸消散，導(dǎo)致土體發(fā)生一定程度的收縮，但這個(gè)收縮量通常比較小，不會(huì)對(duì)橋墩等建筑物產(chǎn)生較大的影響。此外，旋噴樁施工完成后，可以在旋噴樁的頂部設(shè)置排水設(shè)施，以避免超孔隙水壓力對(duì)橋墩等建筑物的影響。

（3）在實(shí)際工程中，還需要考慮一些其他的因素，如土質(zhì)情況、施工設(shè)備的精度、操作人員的素質(zhì)等，這些因素都可能對(duì)橋墩的安全產(chǎn)生一定的影響。因此，在旋噴樁施工過(guò)程中，只要嚴(yán)格控制施工參數(shù)和按照操作規(guī)程進(jìn)行施工，加強(qiáng)施工期監(jiān)測(cè)，確保工程的安全和質(zhì)量，對(duì)橋梁承臺(tái)、橋墩安全幾乎沒(méi)有影響。

（4）在靠近橋墩處布置土壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，旋噴樁施工期間加強(qiáng)土壓力監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)反饋調(diào)整施工參數(shù)，確保旋噴樁施工對(duì)橋樁的附加壓力不大于10 kPa。

高壓旋噴樁噴射有效樁徑60 cm，樁長(zhǎng)按穿透軟土層進(jìn)入持力層不少于1 m來(lái)進(jìn)行控制，建議采用單管法施工，噴射注漿壓力不小于20 MPa，流量80～120 L/min，高壓旋噴樁采用的普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于42.5 MPa，水泥漿液水灰比1∶1，設(shè)計(jì)用灰量不少于180 kg/m，樁體28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求≥1.5 MPa。高壓旋噴樁處理平面如圖3所示。

3.2.3 高壓旋噴樁施工

該項(xiàng)目下穿高速凈空受限路段軟基處理采取單管高壓旋噴樁處治，設(shè)計(jì)樁徑60 cm，呈正三角形布置，中至中間距1.7 m，樁頂設(shè)0.5 m厚級(jí)配碎石褥墊層，層內(nèi)鋪設(shè)一層土工格柵。施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備—測(cè)量定位—機(jī)具就位—鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高—旋噴開(kāi)始—提升旋噴注漿—旋噴結(jié)束成樁。

質(zhì)量檢測(cè)：質(zhì)量檢驗(yàn)在旋噴注漿結(jié)束28 d后進(jìn)行，檢驗(yàn)樁的數(shù)量不小于已經(jīng)完成樁數(shù)的0.5%，不合格者進(jìn)行補(bǔ)噴，施工質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

3.2.4 地下管線設(shè)計(jì)

為保證管道施工及運(yùn)營(yíng)期不對(duì)繞城高速造成影響，對(duì)下穿范圍管線進(jìn)行了平面避讓設(shè)計(jì)。道路左側(cè)通信管道距離承臺(tái)邊緣最小凈距為2.36 m，右側(cè)電力管道距離承臺(tái)邊緣最小凈距為2.7 m。給水、雨水、污水管距離承臺(tái)邊緣凈距均大于5 m[4]。

（1）給水管線：調(diào)整距離承臺(tái)5.0 m以上，給水管道需整體移至機(jī)動(dòng)車(chē)道，導(dǎo)致后期自來(lái)水檢修影響道路機(jī)動(dòng)車(chē)通行能力。

（2）電力和通信管線：需要經(jīng)常穿線拉線，其檢查井宜設(shè)置在人行道或非機(jī)動(dòng)車(chē)道，不宜設(shè)置在機(jī)動(dòng)車(chē)道上面，可對(duì)電力與通信檢查井向道路中心適當(dāng)平移，適當(dāng)增加管線與承臺(tái)間的水平距離。

3.2.5 橋下照明設(shè)計(jì)

高速公路橋下凈空約13 m，燈桿高于高架橋，需考慮燈光對(duì)既有京港澳高速行車(chē)眩光的影響，此段道路機(jī)動(dòng)車(chē)道進(jìn)行了展寬（單幅機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度接近20 m），12 m路燈照明效果無(wú)法達(dá)到要求?？紤]燈桿距離繞城高速橋邊有約12 m，16 m中桿燈安裝燈具時(shí)可把燈具仰角適當(dāng)調(diào)下，避免對(duì)橋上產(chǎn)生眩光。

3.2.6 安全設(shè)施設(shè)計(jì)

（1）橋墩警示標(biāo)涂裝

對(duì)武漢繞城高速的橋墩做警示標(biāo)涂裝，左右幅共計(jì)6個(gè)橋墩。警示標(biāo)涂裝可以在能見(jiàn)度較低，或是夜晚的時(shí)分起到警醒提示作用，有效降低事故發(fā)生率。

（2）波形梁護(hù)欄

對(duì)武漢繞城高速的橋墩兩側(cè)增加波形梁護(hù)欄[5]，防止車(chē)輛撞擊橋墩，確保道路使用階段京港澳高架橋墩的安全。

（3）防落網(wǎng)

在武漢繞城高速兩側(cè)增設(shè)防落網(wǎng)，設(shè)置長(zhǎng)度為左岸大道寬度并各向路外分別延長(zhǎng)15 m。

4 橋梁安全性評(píng)價(jià)

根據(jù)道路施工圖設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合該項(xiàng)目與高速公路的相互位置關(guān)系，道路與橋梁交叉安全性評(píng)價(jià)結(jié)論如下。

（1）擬建道路地上設(shè)施及地下管線均未侵入高速公路硬路肩范圍，且繞城高速橋梁梁底距離道路設(shè)計(jì)標(biāo)高凈距13.5 m。擬建道路及設(shè)施未侵入高速公路建筑限界（凈高要求≥5 m），滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）及相關(guān)規(guī)范的要求。

（2）擬建道路采用路面的形式正交下穿繞城高速橋梁，中間帶橋墩寬度1.5 m，承臺(tái)寬度6.7 m，而中分帶預(yù)留8 m寬，左岸大道運(yùn)營(yíng)期間對(duì)既有橋梁影響較小。

（3）對(duì)武漢繞城高速的橋墩兩側(cè)增加波形梁護(hù)欄，防止車(chē)輛撞擊橋墩，確保道路使用階段繞城高速橋墩的安全；在武漢繞城高速兩側(cè)增設(shè)防落網(wǎng)，設(shè)置長(zhǎng)度為左岸大道寬度并各向路外分別延長(zhǎng)15 m；對(duì)武漢繞城高速的11#、12#、13#橋墩做警示標(biāo)涂裝。擬建橋梁附屬安全設(shè)施滿足《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017）的相關(guān)要求。

（4）根據(jù)設(shè)計(jì)方案，采用有限元進(jìn)行模擬分析，確保施工及運(yùn)營(yíng)期間繞城高速橋墩周邊的地面變形滿足規(guī)范要求。

（5）根據(jù)《涉路工程安全評(píng)價(jià)規(guī)范》（DB42/T2002—2023）3.2.1條規(guī)定，既有公路橋梁結(jié)構(gòu)的樁頂水平位移需小于3 mm，經(jīng)有限元驗(yàn)算樁頂水平位移均符合要求。

（6）根據(jù)《涉路工程安全評(píng)價(jià)規(guī)范》（DB42/T2002—2023）3.2.1條規(guī)定，既有公路橋梁結(jié)構(gòu)因不均勻沉降而產(chǎn)生的附加縱坡不應(yīng)大于0.1%。經(jīng)有限元計(jì)算，該橋附加縱坡遠(yuǎn)小于該控制值。

綜上所述，橋梁運(yùn)營(yíng)期間安全滿足公路行業(yè)相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié)論

根據(jù)收集的繞城高速高架橋竣工圖設(shè)計(jì)資料，結(jié)合實(shí)地勘察和測(cè)量分析，將既有高速公路橋梁按照實(shí)際空間坐標(biāo)疊加到設(shè)計(jì)方案中，設(shè)計(jì)師對(duì)影響下穿方案的各種控制因素進(jìn)行綜合研究分析，在滿足道路通行功能的同時(shí)，對(duì)市政管線的布設(shè)方案也進(jìn)行了充分論證，保證設(shè)計(jì)方案均能滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，另外，施工期及運(yùn)營(yíng)期市政道路與高速公路之間的相互影響是制約整個(gè)方案的決定性因素，根據(jù)安全評(píng)估及相關(guān)施工規(guī)范規(guī)定，設(shè)計(jì)師對(duì)下穿范圍軟基處理進(jìn)行了單獨(dú)設(shè)計(jì)，采用了對(duì)橋梁影響較小的高壓旋噴樁施工工藝，能夠保證施工期及運(yùn)營(yíng)期安全。因此，該項(xiàng)目采用的路基下穿繞城橋梁設(shè)計(jì)方案技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、可實(shí)施性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

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