利用公路結構物涉路行為安全評價技術研究

魏文鼎，陳國佳

（1.廣東省建筑設計研究院,廣東 廣州 500010；2.中設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210043）

利用公路結構物涉路行為安全評價技術研究

魏文鼎1，陳國佳2

（1.廣東省建筑設計研究院,廣東 廣州 500010；2.中設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210043）

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。針對利用公路結構物涉路工程施工會造成公路建筑物破損,敷設管線的自重破壞原有公路建筑物的受力平衡而影響公路建筑物的結構安全,現結合某風景區自來水管網利用橋梁跨越沿江高速安全性評估實例,就利用公路結構物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方法,供公路管理機構、設計單位、施工單位等單位參考。

涉路行為；安全評價；評價標準；符合性檢驗；結構驗算

0 引言

利用公路結構物涉路工程主要指依附橋梁、通道等公路結構物或構造物來通過河流、交通通道等障礙物的涉路工程。此類建設工程主要為敷設管線設施,它的施工會造成公路建筑物破損,敷設管線的自重破壞原有公路建筑物的受力平衡,影響公路建筑物的結構安全。

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[1～3]。

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,現結合實際工程,就利用公路結構物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方法,對公路管理機構、設計單位、施工單位,以及涉路工程申請人都能提供一定的參考。

1 利用公路結構物涉路行為安全評價內容

根據現行標準及規范規定,對利用公路結構物涉路行為的安全評價的主要內容如下:

（1）橋梁結構安全性復核驗算:上部結構的使用性能和承載能力的各項指標、下部結構的承載能力和穩定性均應滿足規范及使用要求。

（2）管線的敷設位置及其敷設工藝:復核管線的敷設位置是否影響到橋梁正常結構,是否符合規范要求,敷設的工藝是否具備可操作性等。

（3）施工保障措施:具體的施工方案的合理性、施工安全規定、施工保護措施等是否滿足要求。

2 自來水管網利用橋梁跨越沿江高速安全性評估實例

2.1 工程概況

某風景區自來水管道用于提供風景區自來水,工程采用DN400自來水重力管道。自來水經新建自來水提升泵站提升后采用DN300PE壓力管沿省道340北側排往薛埠鎮區已建自來水管道。管道總長約8.8 km。其中自來水壓力管道跨越沿江高速公路茅山服務區S、C、T匝道時擬利用省道340跨越C匝道橋梁隨橋架設方式跨越,見圖1所示。

圖1 自來水管跨越沿江高速平面詳圖

2.2 橋梁結構驗算

2.2.1 技術標準

（1）計算行車速度:100 km/h；

（2）抗震設防烈度:橋梁抗震設防烈度為7度,橋梁抗震設防類別為B類,地震動水平向峰值加速度為0.1 g,抗震設防措施等級為8級；

（3）環境類別:Ⅰ類；

（4）設計荷載:公路-Ⅰ級；

（5）橋跨布置:（16+3×20+16）m；

（6）結構體系:連續梁,構件類別:全預應力混凝土構件；

（7）本計算按照平面桿系模擬。

2.2.2 箱梁結構驗算

（1）箱梁截面:截面尺寸如圖2所示。

圖2 箱梁斷面圖（單位:cm）

（2）箱梁計算模型:全橋結構采用平面桿系梁單元模擬,如圖3所示。

圖3 單元劃分示意圖

（3）自來水管產生附加外荷載:自來水鋼管內徑30 cm,壁厚1cm,考慮滿水時的荷載為:

F4=π/4×0.32×10+π/4×（0.322-0.32）× 78.5=148（kg/m）

（4）箱梁施工過程:左右幅采用一次落架模擬,并計算3 650 d的收縮徐變效應。

（5）箱梁計算結果:

a.持久狀態下的受壓區混凝土的最大壓應力應滿足:

σc≤0.5 fck=16.2（MPa）

標準組合下最大壓應力為13.6 MPa,滿足規范要求,如圖4所示。

圖4 短期組合和標準組合下正應力包絡圖

b.斜截面抗裂驗算應對構件斜截面混凝土的主拉應力進行驗算,并應符合下列要求:

最大主拉應力滿足規范要求,如圖5所示。

圖5 短期組合下主拉應力圖

c.混凝土的主壓應力應滿足:

最大主壓應力滿足規范要求,如圖6所示。

圖6 標準組合下主壓應力圖

d.結構抗力未計入普通鋼筋的作用,結構極限狀態承載能力滿足要求,如圖7所示。

圖7 結構強度包絡圖

綜上所述,自來水管網隨橋架設產生附加外荷載,箱梁主截面能滿足短期效應組合作用下正截面抗裂要求。

2.2.3 箱梁翼緣裂縫驗算

對外側護欄旁搭設自來水管的方案進行行車道板的計算,主要驗算箱梁翼緣根部的裂縫寬度是否滿足規范要求。

行車道板類型分為單向板、鉸接懸臂板和懸臂板三種,該項驗算屬于懸臂板類型。恒載考慮外側護欄、橋面鋪裝、自來水管,活載考慮汽車荷載。

（1）恒載及其內力（以縱向1 m寬的板條進行計算）:

每米寬板條的恒載彎距為:

（2）活載內力:

作用于每米寬板條上的彎矩為:

（3）行車道板的設計內力:

MA=1.2×MAg+1.4×MAP=1.2×（-70.74）+1.4×（-37.60）=-137.53（kN·m）

（4）計算裂縫寬度:

根據配筋情況及規范計算公式得最大裂縫寬度Wfk=0.135 mm,滿足規范要求。

2.2.4 護欄碰撞試驗

沿江高速公路常州段橋梁護欄的設計采用新型的橋梁護欄,為驗證所設計護欄方案的性能（重點是安全防護性能）,對護欄進行模擬碰撞試驗。

護欄結構形式滿足交通部部頒標準《高速公路交通安全設施設計及施工技術規范》（JTJ074－94）中規定的橋梁護欄PL3防撞等級要求,模擬汽車碰撞試驗護欄的側向最大變形位移為22.4 cm。

該項工程跨越沿江高速公路某服務區S、C、T匝道時擬利用省道340跨越C匝道橋梁隨橋架設方式跨越,全長90 m,管徑D300鋼管,采用12號的槽鋼焊接在原橋邊護欄的預埋件上,預埋件的間距為2 m一個,槽鋼伸出橋邊50 cm,鋼管固定在槽鋼上,采用C4管卡固定鋼管（見圖8）。鋼管的外壁采取防腐措施。

圖8 自來水管橋上架設布置圖（單位:mm）

風景區自來水管網利用橋梁隨橋架設方式跨越服務區匝道,存在一定的安全隱患。在道路運營期間,汽車碰撞護欄導致的側向位移會引起自來水管變形甚至斷裂下落,可導致交通事故的發生。

2.3 符合性檢驗

2.3.1 管線輸送介質

該項工程為風景區自來水管道,跨越沿江高速公路服務區匝道時擬利用省道340跨C匝道橋梁隨橋架設方式跨越,符合規定要求。

2.3.2 敷設位置

該項工程采用12號的槽鋼焊接在原橋邊護欄的預埋件上,預埋件的間距為2 m一個,槽鋼伸出橋邊50 cm,鋼管固定在槽鋼上,采用C4管卡固定鋼管。不符合規定要求。

2.3.3 附件裝置要求

該項工程在橋梁兩側安裝閥門,供緊急時切斷輸送液體,符合要求。

該項工程采用槽鋼焊接在原橋邊護欄的預埋件上,對橋梁原結構無造成破壞,符合要求。

經核查原設計文件中并無該預埋件的設計,建議設計單位核查該預埋件與橋梁護欄連接的可靠性。

2.3.4 跨越凈空

省道340跨C匝道橋梁跨越服務區S、C、T匝道,凈空為5.0 m。該項工程采用12號的槽鋼焊接在原橋邊護欄的預埋件上,考慮自來水鋼管的荷載,以及溫度所產生的下撓,跨越凈空滿足高速公路5.0 m的要求。

2.4 施工保障措施

2.4.1 施工符合性

（1）施工前先向各專業管線部門了解各類管線的位置,如發現現狀地下管線或將施工的其他專業管線與排水管道位置或高程有沖突,及時向甲方、監理、設計部門聯系解決。

（2）鋼材、鋼鑄件的品種、規格、性能等應符合現行國家產品標準和設計要求；焊接材料的品種、規格、性能等應符合現行國家產品標準和設計要求。

（3）普通螺栓作為永久性鏈接螺栓時,應進行螺栓實物最小拉力荷載復驗,其結果應符合現行國家標準《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》（GB 3098）的規定。

（4）永久性普通螺栓緊固應牢固、可靠,外露絲扣不應少于2扣。

（5）焊條、焊絲、焊劑、電渣焊熔嘴等焊接材料與母材的匹配應符合設計要求及國家現行行業標準《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ 81）的規定。焊條、焊劑、藥芯焊絲、熔嘴等在使用前,應按其產品說明書及焊接工藝文件的規定進行烘焙和存放。

（6）鋼結構防腐涂料、稀釋劑和固化劑等材料的品種、規格、性能等應符合現行國家產品標準和設計要求。

2.4.2 施工安全措施

（1）及時了解氣象信息做好防臺工作,大風、暴雨、雷雨及濃霧等天氣不得施工。

（2）所有施工人員均應正確佩帶安全帽,高處作業人員必須正確使用安全繩。無安全防護用具的人員不得參加施工。作業點必須設安全監護人,跨越點應設置安全警示牌,設專人檢查、看守,嚴禁酒后作業。

（3）搭設鋼管及C4管卡固定鋼管應隨時檢查加固,施工時應設專人看守。

（4）車輛行駛時施工人員嚴禁在路上逗留,架設鋼管時,必須有路政管理人員進行封路施工。架設結束后才可讓車輛通行。

（5）嚴禁高處拋物,上下傳遞工具,施工工具嚴禁隨意亂扔,以免落入高速公路行車道。

（6）施工期間自始自終保持施工區域清潔,每天施工結束后,派專人清掃馬路,并適量灑水,達到環衛要求。

（7）合理安排作業時間,采用低噪音施工機械。

2.4.3 施工區交通組織

施工單位未提供施工區交通組織方案。

建議沿江高速匝道施工區交通組織方案為:標志設置車輛分別停在距離施工作業區前后各2 km處的緊急停車道（兩處同時向施工作業區推進安放標志牌）,施工人員放下“前方施工減速慢行”警告標志,在距離施工作業區1 km、800 m、600 m、400 m、100 m、20 m處放下“80 km/h限速、60 km/h限速、40 km/h限速、20 km/h限速、5 km/h限速、停車標志”,行駛距離施工作業區100 m處設置用安全錐筒將施工區與行車道隔開。

施工作業人員未經過現場交警的同意,不得隨意跨越護欄、穿越公路,嚴禁在公路上放置施工工器具,現場人員必須聽從施工負責人統一指揮,施工負責人必須聽從交警部門的指揮,并穿著統一的安全反光標志服。

2.5 運營期安保措施評價

（1）應加強線路巡視,對于各接頭部位的螺栓應采用防盜螺栓或其他防盜措施,發現各接頭部位松動或脫落應及時處理。

（2）定期對鋼管外壁及各連接部位進行養護,嚴禁出現鋼管脫落或自來水外漏等事件的發生。

（3）如發生突發事件,應采取完善的應對措施,避免出現交通事故或交通堵塞,影響道路的正常運營。

3 結語

（1）利用公路結構物涉路行為對公路的安全影響主要表現為運營期間的影響。

（2）不同類型公路結構物涉路行為的評價內容也不完全相同。本文根據其工程性質的不同,介紹了不同類型利用公路結構物涉路行為的評價內容。

（3）本文針對較常見的利用橋梁結構物,根據相關標準和規范的要求,分析其對公路的安全影響。

（4）對于利用橋梁主要從以下幾個方面論證:

a.重點論證橋梁結構和涉路附加結構或構件的可靠性,應采用原設計標準和新技術標準分別進行驗算。

b.論證施工過程的安全性和對既有橋梁的通行安全影響。

c.論證工程實施對既有橋梁耐久性影響。

[1]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),2008,41（5）:7.

[2]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.

[3]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.

U443.5

B

1009-7716（2017）07-0262-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.080

2017-03-24

魏文鼎（1987-）,男,江西上饒人,碩士,工程師,從事道路、交通工程設計工作。