津石高速公路跨越保滄干渠設(shè)計研究

聶小明

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計院 石家莊市 050000)

1 工程概述

津石高速公路是國家2013～2030公路網(wǎng)規(guī)劃中的G0211聯(lián)絡(luò)線，連接天津、石家莊兩個省會級城市，同時在京港澳高速和京滬高速之間新增一條東西向連接的高速通道，并連通唐津、石太兩條高速公路，對完善國家高速公路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮路網(wǎng)資源的總體效益具有重要意義。

津石高速公路津冀界至石家莊段位于河北省南部，起于河北省境內(nèi)冀津交界的子牙河，途經(jīng)廊坊市的大城縣、文安市，滄州市的任丘市，保定市的安國市、博野縣、蠡縣、高陽縣、定州，止于津石高速公路石家莊段終點(diǎn)，路線全線171.238km。

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

津石高速公路全線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，設(shè)計速度120km/h，路基寬度33.5m。主線的主要技術(shù)指標(biāo)采用情況：中央分隔帶寬度2m，右側(cè)硬路肩寬度2～3m，平曲線最小半徑2500m，不設(shè)超高最小平曲線半徑5600m，同向曲線間最短直線長度1175.3m，反向曲線間最短直線長度354.8m，平曲線最小長度921.3m，平曲線占路線總長比例64.8%，最大縱坡2.0%，最小坡長300m，豎曲線最小長度250m，豎曲線占路線總長比例57.3%，停車視距210m。其他主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

3 跨越位置及跨越方案

津石高速公路津冀界至保石界段自起點(diǎn)至終點(diǎn)大致呈東西走向，然后轉(zhuǎn)為東北至西南走向；項(xiàng)目范圍內(nèi)保滄干渠工程則呈東北至西南走向，然后轉(zhuǎn)為東西走向。故本項(xiàng)目與保滄干渠的交叉不可避免，共有15處交叉，其中主線與保滄干渠交叉3次、匝道與保滄干渠交叉10次、連接線與保滄干渠交叉2次。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)(主線)

3.1 跨越位置

(1)北三王互通

津石高速公路津冀界至保石界段于文安縣北三王村東北側(cè)跨越保滄干渠主干線，交叉位置處于北三王互通范圍內(nèi)。交叉處主線里程為K29+867.8，此處干渠位于直線上，主線與干渠交叉角度為59.2°。

在互通范圍內(nèi)，與干渠交叉共7處，均采用橋梁跨越，橋下最小凈空為2.1m，樁基與干管的最小凈距為6.7m，橋址以亞砂土和亞粘土為主，樁基設(shè)計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(2)任丘市香城鋪村北

交叉處保滄干渠里程樁號NPF3+809，高速公路里程為K69+443.9，此處干渠位于直線上，交叉角度為118.9° 。高速公路采用橋梁方式進(jìn)行跨越，橋下最小凈空4.20m，橋址處以粉土和粉質(zhì)粘土為主，樁基與干渠管道最小凈距9.1m，樁基設(shè)計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(3)東墟互通

在互通范圍內(nèi)，與干渠交叉共3處，均采用橋梁跨越，橋下最小凈空為2.6m，樁基與干管的最小凈距為6.0m，橋址以粉土為主，樁基設(shè)計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(4)趙各莊互通

在互通范圍內(nèi)，與干渠交叉共2處，均采用橋梁跨越，橋下最小凈空為4m，樁基與干管的最小凈距為5.33m，橋址以粉土和粉質(zhì)粘土為主，樁基設(shè)計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

交叉點(diǎn)處保滄干渠為直埋DN1800雙排鋼管輸水管道，鋼管強(qiáng)度為Q345，采用螺旋焊縫焊接，壁厚為20mm，焊接等級為Ⅱ級；鋼管外套Ⅲ級混凝土管，混凝土套管采用C40混凝土，橡膠圈密封，管道與高速的交角為100°。

(5)東墟互通連接線

交叉處位于蠡縣中衛(wèi)村西南側(cè)，大齊村北側(cè)，公路里程為K3+358.88，保滄干渠樁號69+497.64，交叉角度為70°。采用橋梁形式跨越，橋下最小凈空為2.6m，樁基與干管的最小凈距為11.8m，橋址以粉土和粉質(zhì)粘土為主，樁基設(shè)計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(6)孫氏互通連接線

交叉處位于文安縣前孫章村南側(cè)、任文干渠北側(cè)，公路里程為K11+347，保滄干渠樁號NPF35+985.00，交叉角度為75°。采用橋梁形式跨越，橋下最小凈空為3m，樁基與干管的最小凈距為5.04m，橋址以粉土和粉質(zhì)粘土為主，樁基設(shè)計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

3.2 跨越方案

公路跨越保滄干渠處采用橋梁方案，以維持管道上方原土壓力不變，保證高速公路運(yùn)營期間對保滄干渠等設(shè)施無影響。詳見表2。

表2 跨越方案

鄰接管道部分路基設(shè)置擋土墻，路基不放坡，擋土墻基礎(chǔ)與干管的凈距大于5m。

4 設(shè)計過程中的防護(hù)措施

4.1 防撞設(shè)計

擬建橋梁兩側(cè)設(shè)置SA級墻式防撞護(hù)欄，有效地避免了車輛在突發(fā)事故時沖出橋面對保滄干渠產(chǎn)生不利影響。

4.2 跨越位置處排水設(shè)計

跨越位置處橋面范圍內(nèi)不設(shè)置泄水孔，將橋面水引至橋梁兩側(cè)的路基排出，避免橋面排水對輸水管道頂面覆土的沖刷。

路基邊溝在橋梁位置處不設(shè)置。

4.3 跨越位置處邊溝設(shè)計

橋頭兩側(cè)6m和橋梁范圍內(nèi)，不設(shè)置路基邊溝，干渠上方不挖土。

4.4 橋下安全圍擋

在橋下設(shè)1m高磚墻作為圍擋。

4.5 鄰接段位置、長度、安全距離

鄰接段涉及北三王互通DK0+554.755、BK0+536.567、HK0+242.325三座橋梁，鄰接段的處理方案及長度，與干管的相對位置關(guān)系如圖1～圖4。

DK0+554.755、BK0+536.567、HK0+242.325，臺后設(shè)置泡沫輕質(zhì)土，段落長10m，路堤段和泡沫輕質(zhì)土采用錐坡連接。錐坡坡腳距管道間距≥5m。

圖1 DK0+554.755小樁號側(cè)臺后設(shè)計圖

圖2 DK0+554.755大樁號側(cè)臺后設(shè)計圖

圖3 BK0+536.567臺后設(shè)計圖

圖4 HK0+242.325臺后設(shè)計圖

4.6 管道更換

橋下凈空大于3m的采用通常機(jī)械進(jìn)行施工，更換管道。東墟互通及東墟連接線處共4座橋梁橋下凈空為2.6m，管道更換采用門架方案進(jìn)行。門架有縱梁和橫梁構(gòu)成，縱梁為混凝土簡支梁，高度為600mm，起吊橫梁為2根I63b工字鋼，基礎(chǔ)為混凝土灌注樁，交通部門進(jìn)行橋梁施工前需先對4座橋下的門架基礎(chǔ)和縱梁施工，門架設(shè)計起吊最大起吊重量為9t。管道更換具體施工步驟如下：

(1)巡視人員發(fā)現(xiàn)橋下位置處有漏水現(xiàn)象，因?yàn)槭请p排管道，不能確定是左側(cè)還是右側(cè)漏水，故先在漏水位置采用小型挖掘機(jī)清除1.3m覆土(經(jīng)咨詢廠家，挖掘機(jī)工作高度2.06m，梁底至地面凈空2.6m，滿足要求)，管道上方預(yù)留0.5m覆土，進(jìn)一步觀察確認(rèn)漏水管道位置。

(2)假設(shè)確認(rèn)需要更換管道為左側(cè)管道，采用人工挖土方式清除管道上方0.5m覆土；管道右側(cè)覆土清除至管道中心高程處，并以1∶1放坡至第一次開挖工作面，確定右側(cè)為損壞管道處于覆土保護(hù)安全狀態(tài)。

(3)待更換管左側(cè)距離門架樁凈距6m，左側(cè)覆土清除至管道中心高程處，并向左側(cè)清除4m，然后以1∶1放坡至第一次開挖工作面。

(4)此時待更換管道中心以上覆土完全清除，然后進(jìn)行管道切割破碎工序，然后清除破損管道。

(5)采用平板車等工具將新管(鋼管)運(yùn)送至更換位置附近。

(6)新?lián)Q鋼管每節(jié)重約6t，采用CD1鋼絲繩葫蘆10t級吊起新管，經(jīng)過咨詢廠家，手動葫蘆需要的管頂以上操作空間為2.1m，工字鋼梁底至管頂凈空2.45m，滿足要求。

(7)手動葫蘆在工字鋼梁上向右側(cè)移動至管溝上方，然后吊放至管溝內(nèi)。

經(jīng)計算I63b工字鋼最大撓度為30.3mm<19000/600=31.66mm，撓度滿足要求；最大拉應(yīng)力為105.1MPa<235MPa，強(qiáng)度滿足要求。

4.7 臺后填土對干管產(chǎn)生的影響分析

臺后填土?xí)Ω汕幃a(chǎn)生附加應(yīng)力，其影響分析如下：

附加應(yīng)力的計算按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTG D63-2007 4.2.1條進(jìn)行，經(jīng)計算產(chǎn)生的附加應(yīng)力為7kPa，干管處土的壓縮模量Es=3500kPa，干管處的沉降為6mm<10mm，滿足要求。

5 結(jié)語

根據(jù)實(shí)際工程案例，分析了在津石高速公路跨越保滄干渠時設(shè)計采用橋梁跨越的方式，并提出了設(shè)計過程中的防護(hù)措施，為類似跨越項(xiàng)目提供了一定的借鑒。