改擴建公路下穿既有高速公路安全性評價研究

文/石京杰、霍嘯蘇

1 前言

改擴建公路在下穿既有高速公路時，可能會對既有公路環境、安全、通行和未來拓寬改造造成影響。為避免此類問題的發生，應依據公路工程行業規范和部門規章，在設計、施工階段進行相應的安全性評價。本文就改擴建公路下穿現有高速公路的安全評價開展研究，以期為相關設計、施工和管理提供參考。

2 泗陽縣眾裴一線下穿淮徐高速工程安全性評價實例

2.1 工程概況

泗陽縣眾裴一線現狀道路在（下穿淮徐高速處—莊盧線）現狀老路為雙車道二級公路，設計速度60km/h，路基寬度15m，路面寬度12m。改造后道路紅線寬度設計為35．5m，斷面為三塊板雙向四車道[1]。

眾裴一線與淮徐高速呈分離式立體交叉，下穿處對應G2513（淮徐高速）公路樁號為K143+500，并利用高速公路橋（姜莊高架橋）主橋橋孔下穿，與其交角為128°，橋梁斜度為38°。

2.2 符合性檢查

2．2．1 線形

根據《公路路線設計規范》（JTGD02-2017）和《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）相關條文，本項目下穿G2513（淮徐高速）處圓曲線半徑及回旋線參數線的設置均符合規范要求。但在半徑為573．898 的圓曲線需合理設置超高，若根據地理條件無法設置超高應采取必要的安全措施，如此段限速30km/h 并設置振蕩標線、減速丘等進行強制限速[2]。

2．2．2 凈高

根據《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）對公路凈高的規定“第3．61 條 3、一條公路應采用同一凈高。高速公路、一級公路、二級公路的凈高應為5m；三級公路、四級公路的凈高應為4．5m”[1]。

本項目下穿G2513（淮徐高速）處車道凈空最低為5．18m 能夠滿足規范要求。

2．2．3 縱斷面

根據《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）對道路縱斷面的規定，本項目縱斷面設計，最小凹型豎曲線半徑為23330m，最小凸型豎曲線半徑為25380m，最長坡長為130m。下穿高速段兩側縱坡分別為0．514%、0．417%，均滿足規范要求。

2．2．4 排水

根據劃分匯水區域及雨水量的計算，本工程雨水管管徑采用D1000。滿足規范要求。但是設計文件中應詳細考慮橋梁影響范圍的排水措施，做到切實有效，防止雨水在此范圍淤積，并且在非機動車道上方橋梁泄水孔處設置積水管以排除高速公路雨水影響[3]。

2．2．5 安全防護措施

《公路交通安全設施設計規范》（JTGD81-2017）對橋梁護網的規定，本項目眾裴一線下穿G2513（淮徐高速）處，G2513 姜莊高架橋現狀沒有橋梁護網，建議本次《眾裴一線（徐淮高速高架橋-267 省道段）施工圖設計》增加對G2513 姜莊高架橋橋梁護網的設計。

《公路橋涵設計通用規范》（JTGD06-2015）第3．2．7 條跨線橋的橋墩設置的規定下穿G2513（淮徐高速）段應設置公路路側護欄和橋墩保護措施，建議補充對橋下公路路側護欄和橋墩保護措施的設計。

2.3 橋梁結構驗算

眾裴一線改造工程下穿徐淮高速時，因道路斷面的加寬，導致道路距離徐淮高速姜莊高架橋左幅橋（27+38+25）m 的6#墩、7#號墩，右幅橋（25+38+37）m 的7#墩、8#號墩較近高架橋存在安全隱患，橋梁墩臺及眾裴一線改造道路布置圖見下圖所示。

圖1 本項目下穿高架橋墩臺位置圖

從圖中可看出：改建道路雖避開了高架橋橋墩，但是左幅高架橋6#、7#墩承臺、右幅高架橋7#、8#墩承臺已經被改建道路的非機動車道侵入。故改建道路不可避免將對高架橋的下部結構產生影響，以下分別考慮改建道路施工時與運營時對高架橋下部結構產生的影響。

2．3．1 原結構分析

改建道路對于高架橋的影響主要體現在下部結構基礎是否能夠滿足承載力需求，故需對原有結構進行計算分析，以提取下部樁基的樁頂反力。本報告采用有限元分析軟件Midas 進行原高架橋（27+38+25）m的現澆預應力混凝土連續箱梁進行結構計算，全橋模型共計88 個節點，87 個單元，有限元模型如下：

圖2 （27+38+25）m 有限元模型

根據有限元模型計算數據，按公路—I 級荷載布載，考慮墩柱及承臺的重量，計算得到單樁樁頂最大作用力P 原頂=3560．8KN。

2．3．2 路基施工對高速公路橋墩的影響

依據施工方案，路基施工過程中高架橋下部基礎可能出現的幾種不利情況：單側開挖機動車道或非機動車道時，承臺兩側的不平衡土的重力；進行路基土回填時，對承臺基礎產生的豎向力；壓實路基土時，因壓實機械作用于承臺基礎上的作用力（豎向土壓力及側向土壓力）。

通過計算可得，承臺頂回填土產生的樁頂作用力為P土頂=77KN。

側向土壓力為P土頂=32KN。

壓實機械豎向力（取18t 壓路機計算）按著地面積的邊緣向下作30°角擴散分布，側向土壓力計算采用機械換算成等待土層厚度進行計算，經計算壓實機械產生的作用力為P機頂=121．23KN。

故施工時樁頂產生的最不利荷載為P樁頂=3560．8+77+32+121．23=3791．03KN

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）第5．3．3 條，對承臺基礎進行豎向承載力驗算：

計算得[Ra]=4267．4KN，則，

P樁頂=3791．03KN＜[Ra]=4267．4KN

故施工期間樁基承載力滿足規范要求。

2．3．3 道路運營后對高速公路橋墩的影響

為分析眾裴一線改建工程建設運營后，上跨高架橋下部結構基礎承載能力能否滿足要求，非機動車道車輛荷載取用0．7 倍的標準車輛（55t）荷載進行驗算[4]。

車輛荷載依據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）4．3．4 節按著 地面積的邊 緣向下作30°角擴散分布。參照設計圖紙，選取最不利左幅6#墩進行計算，承臺侵入非機動車道區域長4．05m，寬1．97m，通過計算得運營期間車輛荷載傳遞到樁頂的反力為P車頂=98KN。

承臺頂回填土產生的樁頂作用力為P土頂=77KN。

故運營時樁頂產生的最不利荷載為P樁頂=3560．8+77+98=3735．8KN

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）第5．3．3 條，對 承 臺基 礎進 行 豎 向 承 載 力驗算：

計算得[Ra]=4267．4KN，則，

P樁頂=3735．8KN＜[Ra]=4267．4KN

故道路運營期間樁基承載力滿足規范要求。

2.4 沉降觀測方案評估

眾裴一線改建工程設計文件中對土質路基、軟基處理進行沉降變形計算，采取了相應的設計措施。影響沉降計算的因素較多，施工期必須按設計要求進行系統的沉降變形動態觀測，確保已有建筑物無沉降。

根據道路運營期間結構分析計算，道路建成運營后，應對影響范圍內的墩柱基礎委托第三方進行監測，設有限制指標，待監測運營后一段時間結構無變位后，方可取消監測。

3 結語

通過本文具體案例，總結出公路改擴建工程下穿現有公路進行技術評價時應著重關注以下內容：首先，要對工程設計方案的符合性檢驗，包括對道路線形、凈高、縱斷面、道路排水和安全防護措施等符合法律法規與標準規范；同時，由于公路改擴建施工過程中和運營后對現有橋梁會產生影響，需要對路基施工和道路運營后對現有橋梁橋墩的影響進行結構驗算；道路建成運營后，對現有橋梁橋墩基礎進行監測，待監測運營后一段時間結構無變位后，方可取消監測。

另外，考慮到現有高速公路遠景規劃的擴建需求，高速橋梁遠期改造需加設橋墩，道路改擴建工程下穿現有高速公路橋梁需為遠期加設橋墩預留空間，以避免未來高速公路拓寬施工對下穿道路產生不利影響。