分蓄洪區高速公路設計建設技術要點

張曉明

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢市 430051)

0 引言

國家高速公路網已日趨完善，高速路網密度逐漸增大，高速公路的建設條件各異，在長江、黃河及大型河流沿江河區域修建的路網也越來越多，江河區域內受洪水影響較大，在沿江河一定范圍內主管部門劃分了一定規模的分蓄洪區，以調節洪水，減少其影響。

以湖北省荊州市境內武漢城市圈環線高速公路洪湖段(以下簡稱“洪湖段”)為例，詳細闡述了在工可階段提出的低路堤、高路堤和高架橋方案的優缺點，洪湖東樞紐互通設計時方案必選過程、主線縱坡設計原則、路基填料方案，建設時樞紐互通現澆箱梁施工工序調整、樁基試樁及優化設計、沿線便道建設等方面進行了論述。

1 項目概況

洪湖段為武漢城市圈環線高速公路西南環的組成部分，武漢市與周邊鄂州、黃石、黃岡、孝感、咸寧、天門、仙桃、潛江等8個城市組成“武漢城市圈”，環線全長約560km，武漢城市圈環線如圖1所示。

圖1 地理位置圖

洪湖段起于東荊河五湖南側(仙桃市與洪湖市行政區域交界處)，對接環線高速仙桃段，起點樁號K175+938，經洪湖市新灘鎮、大沙湖農場，止于燕窩鎮團結村，對接嘉魚長江公路大橋，終點樁號K195+641，路線全長19.703km。全線穿越洪湖分蓄洪區東分塊，采用高架橋方案，主線共分12個橋段(含互通主線橋)；設互通式立交2處，其中樞紐互通1處(與洪湖到監利高速公路交叉為洪湖東樞紐互通)、一般互通1處(燕窩互通)；設匝道收費站1處、服務區1處(大沙湖)、養護工區1處。主線采用設計速度100km/h，雙向四、六車道高速公路標準建設，四車道路基寬26m，六車道寬33.5m，其中起點至洪湖東樞紐互通段為四車道，其余路段為六車道；汽車荷載等級：公路—Ⅰ級；設計洪水頻率：特大橋為1/300，其余為1/100。

2 洪湖分蓄洪區介紹

洪湖段全線穿越洪湖分蓄洪區東分塊，洪湖分蓄洪區是長江中下游整體防洪的重要組成部分，是處理城陵磯地區超額洪水，保障荊江大堤、武漢市防洪安全的一項重要防洪工程設施。東分塊全部是洪湖市管轄范圍，由腰口隔堤、洪湖主隔堤、東荊河堤及長江干堤形成蓄洪封閉圈，蓄洪總面積889.74km2，圍堤總長164.25km，其中洪湖監利長江干堤85km、洪湖主隔堤10.4km、東荊河堤42.9km、腰口隔堤25.95km。分洪啟用標準在三峽建成后為20～30年一遇。

洪湖段線路距套口進洪口門最短直線距離25.4km、最長直線距離30.5km，距補元退洪口門最短直線距離10.2km。未穿越規劃的安全區(臺)，僅跨越了一條轉移道路。項目受洪湖分蓄洪水位控制，百年一遇分蓄洪水位為30.71m(85高程，以下同)，內澇水位為24.14m。

3 工可階段[1]方案研究

在工可階段提出了低路堤、高路堤和高架橋方案進行比選，其中低路堤方案以內澇水位控制整體路線的基本高程，路線在分蓄洪區范圍設置一定長度的高架橋段(其余為路堤)，使其只是滿足低水位時的過洪要求。高路堤方案以蓄洪水位控制整體路線的基本高程，路線在分蓄洪區范圍設置足夠長度的高架橋段(其余為路堤)，使其充分滿足預計的洪水條件下的過洪要求。分蓄洪時路堤不被淹沒，路面交通將不中斷，不影響公路發揮防洪搶險作用。高架橋方案以蓄洪水位控制整體路線的基本高程，分洪區全境采用高架橋，對于分蓄洪區過洪影響最小，路面交通將不中斷，不影響公路發揮防洪搶險作用。針對三種方案，從工程量、造價、環評、水保、對分蓄洪區影響等方面進行了定量和定性比較，主要數量及影響因素對比見表1，最后推薦方案采用高架橋建設方案。

表1 主要數量及影響因素對比表

4 設計[2]技術要點

考慮到論文篇幅要求，僅對路線、樞紐互通、橋梁布跨和路基設計進行論述。

4.1 路線

項目起點接正在施工的環線仙桃段，終點接嘉魚長江大橋，大橋的通航、防洪等專題均已批復，起終點明確，路線平面受洪湖東樞紐互通交叉位置、內荊河規劃IV級航道、服務區設置等控制，路線縱面需考慮橋梁梁底標高應高出計算水位(蓄洪水位+壅水+浪高)0.5m以上[3]，考慮排水問題主線最小縱坡不小于0.3%，并在一定長度范圍內考慮分洪時救災船只通行凈空的要求。

4.2 洪湖東樞紐互通

項目與在建的洪湖至監利高速公路(以后簡稱洪監高速)交叉，項目上跨洪監高速，在初步設計階段提出3個方案進行比選，洪湖東樞紐互通交通量及方案比較如圖2所示。

方案一采用變形苜蓿葉形三環式，立交形式滿足主交通流,設置兩條集散車道增大了橋梁規模；方案二采用變形苜蓿葉形對角象限雙環式(2)型，滿足主要交通流向，且不存在交織，交通轉換功能相對較好，該形式互通規模大，占地較多；方案三采用變形苜蓿葉形對角象限雙環式(1)型，立交形式滿足主交通流,工程規模較小,占地少,主線方向存在兩個出口，容易誤導司乘人員，經綜合比選推薦方案三為推薦方案，后續施工圖設計把雙出口優化成單出口設置，定量比較見表2。

表2 互通方案比較表

4.3 橋梁[4]方案設計

初步設計時預制橋梁上部結構方案采用了20m、30m、40m小箱梁進行了定量比較，由于路線縱坡受蓄洪區水位控制，橋梁高度一般在15～30m，經比較30m跨徑最經濟，下部結構在六車道路段范圍內分別采用雙柱式和三柱式進行比較，采用雙柱式最經濟，由于樁柱數量減少1/3，節省了工程造價，縮短了施工工期。根據航道主管部門回函意見，該工程所跨內荊河航道規劃等級為四級，為限制性航道，該航道跨河建筑物雙向通航孔通航凈空尺度應不小于凈高8m，凈寬55m。結合實際兩側堤防的相對位置及防洪部門意見，上構設計采用63.5m+100m+63.5m的變截面連續箱梁，采用掛籃施工，下構采用實體橋墩接承臺樁基。互通、服務區內變寬較大路段采用等截面連續箱梁設計，采用滿堂支架施工，后續施工由于支架高度太高，施工措施費用大，施工風險高，部分墩高較高的現澆梁采用了移動模架施工。

圖2 洪湖東樞紐互通交通量及方案比較圖

4.4 路基方案設計

項目設置大沙湖服務區和燕窩互通，其中燕窩互通為A型單喇叭，接省道329，服務區場坪、互通部分匝道包含路基工程，項目地處江漢平原，為河湖沖洪積平原區基本地貌單元，取土困難。由于整個項目填方僅為43.7萬立方米，在路基附近旱田設置2處取土場，取土場按3m深取土設計，取土后恢復表層耕植土，旱田調整為水田。從地質資料分析，路基段軟土地基廣泛分布，淺層淤泥或軟土且深度小于或等于3m的一般軟基路段采用挖除換填4%石灰土方案處治，換填后壓實度不得小于93%，對于軟基深度大于3m的，一般軟基處理措施主要有塑料排水板、雙向水泥攪拌樁、CFG樁和預應力管樁等加固處理[5]，結合本項目特點，綜合對比后選定采用雙向水泥攪拌樁加固處理，樁徑一般0.5m，采取正三角形布置，樁間距根據處理位置不同和計算結果綜合確定，樁頂設有一層0.5m厚的砂礫墊層。后期實施時，由于無法落實取土場，服務區場坪填料變更為細砂，在路側設置一定寬度的粘土包邊。

5 建設期主要施工特點

洪湖東樞紐互通在施工圖設計階段，綜合考慮了互通匝道的施工工序，按施工工序進行了現澆箱梁分段施工順序，后期實施時，由于工期要求，需要展開多個施工作業面，后續變更設計時通過變更施工梁段，原設計按逐孔施工張拉，變更為兩孔逐孔施工；部分箱梁采用設置梁端后澆帶，以適應張拉空間要求，在后澆帶無預應力筋通過時，通過增設鋼筋骨架，提高箱梁的抗剪承載能力。樞紐互通區內有開口寬度達20多米幸福渠，水網密布，臨時便道建設采用在整個互通區內吹砂后加鋪砂礫和碎石路面，在跨幸福渠時采用臨時鋼便橋，后期三期綠化設計結合互通場區內現狀進行綠化整體方案設計。

圖3 洪湖東樞紐橋梁平面布置圖注：陰影部分為預制結構小箱梁，其余為現澆箱梁

項目開工前，業主委托有資質單位專門進行了試樁試驗，根據試樁后成果對地勘資料的樁側摩阻力和樁端承載力進行修正，為優化樁長設計提供依據，優化后經統計全線每根樁長減小約1.5～3m。

項目區沿線湖渠分布廣，農田基本為水田，地方道路一般為1.5～3.5m寬的碎石路，少數道路為水泥混凝土硬化路面，等級較低，不適宜重載的施工車輛通行，在項目實施前，沿占地線一側或兩側設置了施工便道，由于取土困難，便道路基填料采用吹砂法施工，即細砂加水攪拌后，用泥漿泵輸送，吹填至工程場地。

6 結語

洪湖段項目于2012年開工建設，2014年底建成通車，建設期間得到了業主方和社會各方的多次表揚，營運至今，高速公路使用狀況良好。

通過對項目和分蓄洪區情況介紹，從工可階段的低路堤、高路堤和高架橋方案比較，到設計階段路線、樞紐互通、橋梁方案設計和路基設計要點，以及建設期施工難點包含互通區現澆箱梁預應力張拉處理、橋梁試樁和施工便道建設進行了詳細論述和總結，為后續類似項目設計提供借鑒。