市政道路下穿高速公路設(shè)計方案探討

張小強 符 健 李龍剛

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430010）

1 工程概況

該路段工程地質(zhì)條件較差，地質(zhì)由素填土（厚度0.9～1.1 m，平均1.0 m）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（厚度2.7～2.9 m，平均2.8 m）、粉質(zhì)黏土夾粉土（厚度4.9～6.7 m，平均5.8 m）組成。素填土均勻性較差，工程性能差異大，結(jié)構(gòu)疏松；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土呈軟塑狀態(tài)（fk=60 kPa），偏高壓縮性，承載力偏低。無法滿足上部荷載對路基的要求，會導(dǎo)致路基在通車后產(chǎn)生較大沉降，產(chǎn)生病害。為保證該路段路基的強度和穩(wěn)定，需提高地基土強度和變形模型，滿足承載力要求，因此該路段路基需采取加固處理。

項目地理位置如圖1所示。

圖1 項目地理位置

2 平縱橫設(shè)計方案

2.1 平面設(shè)計

本項目K0+944.961～K0+974.119范圍需下穿京港澳高速公路，下穿長度約29 m。京港澳高速公路在市政道路規(guī)劃紅線機動車道范圍內(nèi)有4根樁基礎(chǔ)橋墩，橋墩距離道路中心線為4.2 m，距離道路邊線3.3 m。市政道路機動車道與京港澳高速公路橋墩產(chǎn)生沖突。

為了避免市政道路與京港澳高速公路橋墩產(chǎn)生沖突，本次設(shè)計方案將市政道路左側(cè)機動車道進行繞行，將京港澳高速公路橋墩采用中央綠化帶隔離，用防撞墻保護。左幅處于圓曲線范圍內(nèi)，圓曲線半徑R=500 m，右幅處于直線段范圍內(nèi)。機動車道邊線距離橋墩最近距離為1.619 m>1.5 m，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

道路與京港澳高速相交如圖2所示，市政道路下穿京港澳高速公路如圖3所示。

圖2 道路與京港澳高速相交

圖3 市政道路下穿京港澳高速公路

2.2 縱斷面設(shè)計

縱斷面設(shè)計如圖4所示。

圖4 縱斷面設(shè)計

京港澳高速公路橋梁梁底標高為24.3 m，K0+944.961處道路設(shè)計標高19.705 m，K0+960處道路設(shè)計標高19.512 m，現(xiàn)狀地面標高20.017 m，現(xiàn)距離現(xiàn)狀地面4.2 m。根據(jù)規(guī)范要求，市政道路機動車道凈空要求為4.5 m，因此需將現(xiàn)狀下挖0.3 m。下穿高速路段位于凹曲線范圍內(nèi)，對應(yīng)豎曲線半徑為2 000 m。本段道路變坡點為樁號K0+980，其前后段銜接坡度分別為-2.645%及2.832%。

2.3 橫斷面設(shè)計

橫斷面設(shè)計如圖5所示。

定義Za為附加阻抗。測量阻抗Zm為ZK與Za之和。對于雙側(cè)電源系統(tǒng)，一方面N側(cè)的助增作用使得IF＞IM，即附加阻抗比過渡電阻本身大[2]。另一方面 M側(cè)與N側(cè)有功角差，IF與IM相位不一致，Zm相位發(fā)生偏移，可能超出動作范圍。根據(jù)上述分析，距離保護反映過渡電阻的能力有限，高阻接地時Rg數(shù)值較大，測量阻抗數(shù)值增大且相位發(fā)生偏移，超出阻抗動作范圍，造成距離保護拒動。

圖5 橫斷面設(shè)計（單位：m）

市政道路下穿高速路段采用左右幅分離式路面形式，中間設(shè)置0～7.025 m寬漸變式綠化帶以保護高速公路橋墩。

下穿京港澳高速公路橫斷面設(shè)計為2.5 m人行道+2.5 m非機動車道+2.5 m綠化帶+7.5 m機動車道+0～6.2 m中央分隔帶+7.5 m機動車道+2.5 m綠化帶+2.5 m非機動車道+2.5 m人行道。

3 路基設(shè)計方案

3.1 地勘資料

根據(jù)勘察報告，市政道路在下穿京港澳高速公路范圍內(nèi)有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰褐色、濕、軟塑、切面較光滑、含腐殖質(zhì)、土質(zhì)較均勻。層頂埋深1.1～1.9 m，層頂標高18.32～19.56 m，層厚1.9～2.7 m，如圖6所示。

圖6 市政道路下穿京港澳高速公路范圍地勘

根據(jù)勘察報告評價，粉質(zhì)黏土軟塑，fak=60 kPa，埋深較深、層厚較厚、層位穩(wěn)定、均勻性好、具偏高壓縮性、承載力偏低。因此，本次設(shè)計需要進行路基加固處理設(shè)計。

3.2 方案分析

根據(jù)道路縱斷面設(shè)計，為滿足規(guī)范4.5 m的凈高，路面設(shè)計高程需要在橋下現(xiàn)狀地面超挖0.3 m，還應(yīng)超挖0.7 m路面結(jié)構(gòu)層，即超挖厚度1.0 m的現(xiàn)狀土。此時路床正處于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，因此需要對路基進行加固處理以達到規(guī)范規(guī)定的承載力和沉降要求，該處理方案根據(jù)路段地質(zhì)條件和對橋墩的影響，提出兩種路基加固方案。

方案一采用常規(guī)的換填法，需要清除平均2.8 m的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，再填筑合格土，施工方便、路基加固效果好，但換填2.8 m厚的土層對既有橋墩有較大影響。

方案二采用注漿法，其不破壞現(xiàn)狀而達到加固地基的目的，不需要清除淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，只需要在路床頂面進行注漿處理，對既有橋墩影響較小，但對施工工藝控制精度高。

由于京港澳高速交通流量大，注漿法施工對既有橋墩的影響較小，因此提出該段路基采用注漿法加固處理方案，注漿后其力學(xué)強度、抗變形能力和均一性有所提高，整體結(jié)構(gòu)得到加強；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土通過鉆孔灌入濃漿后，使軟土路基得到加固。

3.3 注漿法

注漿處理長度2.5～3 m，間距1.5 m，孔徑0.8 m，注漿順序應(yīng)按跳孔間隔注漿方式進行，并宜采用先外圍后內(nèi)部的施工方法，漿液宜采用普通硅酸鹽水泥，注漿水灰比宜取0.5～0.6。路基承載力控制值132 kPa，工后沉降≤0.18 m。

4 注漿施工工藝

4.1 施工工藝流程

下穿高速路段施工順序：淤泥層清淤外棄→置換毛渣→鉆孔劈裂注漿→路床填筑→排水管道埋設(shè)、一體化雨水泵房安裝→路面基層施工→路面瀝青鋪裝→路面附屬工程施工→交通、照明、綠化工程施工。

4.2 施工要點

（1）淤泥層清淤外棄。

清除淤泥層，開挖時分段分層進行，每層厚度不得超過1 m，按階梯式推進。為確保橋墩兩側(cè)土體不產(chǎn)生不平衡側(cè)壓力，需對稱開挖。墩身四周2 m范圍內(nèi)以人工配合清理，橋梁區(qū)域不得堆積棄土，以即挖即棄、即運即填的方式處理施工材料。

（2）置換毛渣。

基坑采用毛渣填筑處理，填筑至標高18.621 m，填筑時分層碾壓，兩側(cè)對稱進行，靠近墩身附近采用壓路機靜壓+人工打夯輔助處理。

（3）鉆孔劈裂注漿。

注漿加固范圍為兩側(cè)機動車道至人行道間，中間花壇不注漿處理，注漿孔采用地質(zhì)鉆機打孔，注入純水泥漿。

5 結(jié)語

市政道路下穿高速公路橋梁段設(shè)計方案可為類似工程提供參考。注漿法不但可用于建筑地基加固，也可用于加固軟土路基，可以避免大開挖施工，尤其適用于不適合開挖處理的路基加固，有效提高了路基承載力和變形模量，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。