道路穿越式涉路行為安全評價技術研究

陳國佳，魏文鼎

（1.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇　南京　210043；2.廣東省建筑設計研究院，廣東　廣州　500010）

道路穿越式涉路行為安全評價技術研究

陳國佳1，魏文鼎2

（1.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇南京210043；2.廣東省建筑設計研究院，廣東廣州500010）

在各類涉路行為日趨普遍的情況下，對涉路行為的安全評價結論成為行政許可的主要依據。針對道路穿越式行為可能會對原路基、路面帶來不同程度的破壞，結合呂梁山風景區旅游公路新城區段下穿連徐高速公路安全性評估實例，就道路穿越式涉路行為的安全評價展開研究，提出一套可以付諸實踐的評價標準，可供相關專業人員參考。

涉路行為；安全評價；評價標準；符合性檢驗；結構驗算

0　引言

道路穿越式涉路行為［1］是指從公路路面下部通過的涉路行為，主要包括鐵路、公路、城市道路穿越。根據穿越位置的不同，道路穿越式涉路行為可分為路基下穿越和橋孔下穿越兩大類。路基下穿越可能會引起路基的不均勻沉降或局部隆起，造成路面結構的破壞；嚴重時甚至引起路基的失穩，造成公路結構層的傾覆。橋孔下穿越可能會引起地基的不均勻沉降，造成橋墩結構的水平或豎向位移，嚴重時造成橋墩的傾覆及上部結構的破壞。

然而，我國目前對于該類涉路行為的安全評價工作還沒有相對統一的實施辦法，技術標準也存在不足，形成了基層部門自行組織、自行聘請技術人員進行評價的局面，導致評價工作不規范、評價結論權威性不足，行政許可制度執行中存在較多問題［2～4］。

為了改變該類涉路行為安全評價工作實施過程中無章可循的現狀，本文就道路穿越式涉路行為的安全評價展開研究，以圖提出一套可以付諸實踐的評價標準，這不論對公路管理機構還是設計單位、施工單位、涉路工程申請人都能提供一定的指導意義。

1　公路穿越式涉路行為評價內容

（1）穿越段道路設計指標符合性檢驗：位置、線形（平縱指標）、交叉角度、視距、凈空、排水、交通安全措施等是否滿足規范要求；設計方案是否滿足未來公路拓寬改造的要求；

（2）驗算新建道路路基填挖后既有公路橋梁結構是否安全，或分析新建公路隧道或箱涵結構施工對既有公路路基安全的影響；

（3）施工保障措施：評價施工方案是否符合現場情況及相關規范的要求，施工區交通組織、安全保障措施和施工應急預案等是否合理；

（4）運營期安保措施。

2　呂梁山風景區旅游公路新城區段下穿連徐高速公路安全性評估實例

2.1工程概況

某市擬新開辟一風景區以開發旅游資源。該風景區旅游公路工程全長3.5 km，采用二級公路建設標準，設計速度采用60 km/h。路基寬度采用12.0 m，路面寬度采用8.5 m，其中：行車道寬2× 3.5 m，硬路肩寬2×0.75 m，土路肩寬2×1.75 m。

其中一段需要下穿沿江高速公路某橋梁，橋梁全橋13孔20 m，全橋兩聯組合為19.954 m+5× 20 m+19.954 m和19.954 m+4×20 m+19.954 m，橋梁全長266.016 m。本橋上部結構采用部分預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用柱式臺，橋墩采用柱式墩，基礎均為樁基礎，橋墩直徑1.2 m。平面位于R=7 000 m的左偏圓曲線上。

既有橋梁主要設計指標：設計荷載：汽車-超20級；掛車-120；路基寬度：28 m；設計洪水頻率：1/300（1/100）；地震基本烈度：Ⅶ度。

由于橋下凈空不足，設計方案中下穿高速公路段采用路塹形式，見圖1。U型槽為鋼筋混凝土結構，混凝土采用C30。U型槽長期處于地下水的環境中，U型槽兩外側壁及內側底板采取防水措施，抗滲等級為W6級，另外在U型槽的兩外側壁及內側底板涂滲透結晶型防水材料，在底板下鋪膨潤土防水毯。U型槽底部高程大于常水位的路段采用石砌擋土墻防護邊坡，小于此數值的路段采用U型槽，以防止地下水侵害路面結構層。

圖1　路基標準橫斷面示意圖

在高速公路橋梁下方采用沉井法施工，沉井采用排水下沉，每塊沉井長度為20 m。先施工沉井，再施工相鄰兩側U型槽，由于地下水位較高，且沉井采用排水下沉，因此采用沉井法施工的范圍內進行輕型井點降水。

下穿橋梁段路基右側沿橋臺錐坡坡腳線外側5 m做兩排高壓旋噴樁，樁長18 m。路基左側靠近高速公路橋墩一側，采用單排10 cm塑料管灌漿加固橋墩土體，對橋梁墩臺進行防護。

下穿段路面降水通過漫流進入路面邊緣集水井，通過鋼筋混凝土排水管連至路線檢查井，再通過鋼筋混凝土排水管匯入泵房，最后經泵房集中排出。

2.2穿越公路設計指標符合性檢驗

（1）線形（平縱指標）

穿越道路采用二級公路建設標準，設計速度采用60 km/h。經核查：下穿段平面位于半徑300 m的圓緩—緩直段，緩直段后接半徑為428.907 m的直緩段，平曲線半徑滿足規范要求。凸形豎曲線最小半徑5 000 m，凹形豎曲線最小半徑3 000 m，滿足規范要求。路線最大縱坡為1.831%，最小坡長150 m，滿足規范要求。

（2）交叉角度

下穿道路與高速橋梁的交角為90°，滿足規范要求。

（3）視距

分離式立體交叉跨線橋應滿足橋下公路的視距和對前方信息識別的要求。經核查，下穿道路在高速橋梁處的視距滿足規范要求。

（4）凈空

本工程下穿橋梁第13孔，設計文件高速橋下凈高調整為：下穿段終點處路線凈高5.3 m，考慮高速未來拓寬后凈高為5.1 m，凈空高度滿足要求。公路路基邊緣距12號橋墩蓋梁0.95 m，距13號臺前錐坡2.83 m，凈空寬度滿足規范要求。

（5）排水

本工程在下穿段的路線縱坡為2.33%，縱斷面最低點在K1+580位于橋梁外側，滿足規范要求。

高速公路現有排水溝斷面尺寸為底寬0.6 m、深1.0 m、頂寬2.6 m，本項目設計排水溝斷面尺寸為底寬1.0 m、深1.5 m、頂寬4.0 m，滿足排水要求。

（6）安全防護措施

本工程道路雖為二級道路，但車流量較大，下穿處U型槽側墻的端面設置立面警示標記。

2.3橋梁結構驗算

為保證下挖施工對原有高速橋梁結構不產生破壞，需要對橋梁結構進行安全性驗算。橋梁樁基承載能力驗算：計算開挖后橋臺以及橋墩樁基在正常使用極限狀態荷載作用下的樁頂位移、地基承載力，在承載能力極限狀態荷載作用下的樁基受彎、受壓承載力，驗算以上是否滿足要求。

（1）橋臺樁基承載能力驗算

在進行樁基承載能力驗算時，不考慮高壓旋噴樁加固對橋臺的影響，橋臺樁基承受的土壓力計算高度為開挖后的地面至橋臺臺后填土表面的高度，計算地面處樁基荷載計算結果見表1。

表1　地面處13號橋臺樁基荷載計算表

計算結果及驗算：13號橋臺樁基計算內力沿樁長分布見圖2，13號橋臺樁基承載力計算結果見表2。

圖2　13號橋臺樁基計算內力沿樁長分布圖

表2　13號臺樁基承載力結果表

經驗算：

13號臺樁基地面處水平位移6.41 mm＜10 mm，臺底水平位移滿足要求；樁底實際承載力2 508 kN＜樁底容許承載力4 288 kN，地基承載力滿足要求；實際彎矩最大值2 094 kN·m＜彎矩抗力值4 838 kN·m，實際軸力最大值2 754 kN＜軸力抗力6 080 kN，樁基受彎、受壓承載力滿足要求。

（2）橋墩樁基承載力驗算

12號墩經開挖后對樁基產生水平土壓力，在承載力驗算時，不考慮高壓旋噴樁的影響，樁基受到的側向土壓力計算高度為開挖的高度，橋墩樁基荷載計算結果見表3。

表3　地面處12號墩樁基荷載計算表

計算結果及驗算：12號橋墩中樁計算內力沿樁長分布見圖3，12號橋墩中樁承載力計算結果見表4。

圖3　12號橋墩樁基內力沿樁長分布圖

表4　12號墩樁基承載力結果表

經驗算，12號墩樁基地面處水平位移1.732 mm＜ 10 mm，樁頂水平位移滿足要求；樁底實際承載力4 538 kN小于樁底容許承載力6 044 kN，地基承載力滿足要求；實際彎矩最大值508.6 kN·m＜彎矩抗力值2 084 kN·m，實際軸力最大值5 170 kN＜軸力抗力20 550 kN，樁基受彎、受壓承載力滿足要求。

（3）橋梁結構保護措施

原設計下穿橋梁段路基右側沿橋臺錐坡坡腳線做兩排高壓旋噴樁，設計樁長8.5 m。根據評估審查意見，為減小井點降水對高速公路路基的影響，改為將高壓旋噴樁打入粘土層，樁長18 m，并且做出高速公路路基錐坡外側5 m，符合要求。

原設計地勘資料顯示地下水常水位為37.47 m，經核實確認地下水常水位為33.60 m，隨季節變化約為1.0 m，按34.60 m驗算U型槽抗浮系數為1.17，滿足要求。

2.4施工保障措施

（1）沉井下沉、高壓旋噴樁開挖施工時采用一定的防護措施，確保大橋下部結構的安全。

（2）沉井采用排水下沉施工方法，在施工過程中要嚴格按照施工方案執行，抽取的地下水要及時進行排除，防止出現大范圍的漫流以及積水。

（3）施工方案在橋臺兩側坡腳外各設置一個地下水位觀測孔，用于觀測地下水位情況，若地下水位下降速度過快、降幅過大，應減小降水速度。在降水期間，應定期對基坑外地面、橋臺錐坡、橋墩及橋臺背墻附近高速公路路面進行沉陷監測。

（4）高壓旋噴樁施工時嚴禁大范圍開挖土體，旋噴樁完成后要立即回填，保證橋梁下部結構的安全。

（5）施工場地應設明顯的安全警戒線，夜間施工時應設醒目的標志燈，施工現場燈光必須嚴格規范布置，以免對高速公路橋上行駛車輛造成眩光等影響。施工過程中嚴禁地方村民、行人，尤其是兒童和老人進入施工作業區，嚴禁施工人員進入高速公路路面，以免對高速公路正常運行造成隱患。

（6）施工使用機械應符合安全標準，操作人員應具有相關的職業資格證，開挖操作需嚴格按照相應的規章制度進行，嚴令防止由于機械設備操作不當對橋墩樁基本身造成破壞。

2.5運營期安保措施評價

（1）設計在交叉處附近按照相關規定設置限速標志和解除限速標志。

（2）設計在立交橋下入口處設置了限高4.5 m的限高龍門架，限高龍門架距橋梁的距離應滿足未來沿江高速拓寬的需求。

（3）在雨季應對下穿路段的排水設施進行檢查，保證排水通暢及道路運行安全。

（4）建議對下穿處橋墩、橋臺設置沉降觀測設施，定期對其進行觀測，確保高速公路橋梁的安全運營。

3　結　語

（1）經過核查旅游公路下穿段的道路指標：線形（平縱指標）、交角、視距、凈高、位置均滿足規范要求。

（2）經驗算，12號橋墩及13號橋臺開挖后地基承載力滿足要求，樁基自身的抗彎、抗壓承載力以及樁頂水平位移均滿足要求。

（3）經過核查旅游公路下穿段的路基、路面排水均滿足規范要求。

（4）設計對高速公路橋面水進行集中收集后排至路基兩側排水溝內，設計符合要求。

（6）為減小井點降水對高速公路路基的影響，將高壓旋噴樁打入粘土層，樁長18 m，并且做出高速公路路基錐坡外側5 m，符合評估意見要求。

（7）經核實確認地下水常水位為33.60 m，隨季節變化約為1.0 m，按34.60 m驗算U型槽抗浮系數為1.17，滿足要求。

（8）高速公路現有排水溝斷面尺寸為底寬0.6 m、深1.0 m、頂寬2.6 m，本項目設計排水溝斷面尺寸為底寬1.0 m、深1.5 m、頂寬4.0 m，滿足排水要求。

（9）施工方案在橋臺兩側坡腳外各設置一個地下水位觀測孔，在降水期間，應定期對基坑外地面、橋臺錐坡、橋墩及橋臺背墻附近高速公路路面進行沉陷監測，符合要求。

［1］張波.高速公路穿跨越式涉路工程安全評價技術探討與應用實例［J］.科技資訊，2014（9）:137.

［2］姜明，岳小花.涉路行為行政許可安全評價制度初探［J］.公路交通科技（應用技術版），2008（5）:7.

［3］姜明.論重要涉路行為行政許可技術安全評價的實施辦法［J］.公路交通科技（應用技術版），2008，41（5）:25-27.

［4］劉琳琳.涉路施工活動質量和安全技術評價的研究［J］.北方交通，2013（4）:171-172.

U491.3

B

1009-7716（2016）07-0043-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.012

2016-03-13

陳國佳（1985-），男，江蘇南京人，工程師，從事道路、交通工程設計工作。