道路下穿高速公路橋梁關鍵技術探究

摘要 根據武漢市城市總體規劃，左岸大道以路基的形式下穿武漢繞城高速公路橋梁。考慮武漢繞城高速遠期改擴建的實施條件，下穿道路設計方案在地上建筑界限及地下管線布設均應滿足相關設計規范要求。另外，設計方案還要考慮預留遠期繞城高速橋梁擴建的實施條件，項目施工期間繞城高速橋梁結構的安全問題也要引起重視。文章通過優化橋下軟基的設計方案及施工工藝、局部調整道路斷面設計、完善橋上及橋下安全防護設施、優化橋下照明設計以及進行專項安全評估等方式，保證了繞城高速的運營安全。

關鍵詞 路基；下穿；公路；橋梁

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0103-03

0 引言

作為城市濱江景觀大道，其道路平面、橫斷面設計往往根據地方規劃進行布設，受高速公路橋下空間制約，橋下道路設計需要結合橋墩布設進行局部調整。設計師在進行平面、橫斷面設計的同時必須滿足城市道路使用功能的需求[1]，包括建筑界限、行車視距、市政管線布設、橋下排水、安全防護設施等。值得注意的是，橋下道路位于軟基段落，需要進行特殊處理，軟基處理[2]方案既要考慮橋下作業空間，又要確保施工期間高速公路橋梁使用安全。

1 工程概況

左岸大道是以交通功能為主，兼具交通、景觀、游憩綜合功能的濱水快速干道，是武漢經濟開發區沿江綜合發展軸的交通動脈和形象窗口。同時，也是確保華中科技大學軍山校區首期項目于2024年9月建成投入使用的城市主干道。

左岸大道（楓林六路～興七路）項目（簡稱“左岸大道大軍山段”）起于楓林六路，止于興七路，平行于長江，整體呈南北走向，全長約5.6 km，紅線寬度50～70 m，雙向八車道，道路等級為城市主干路，設計車速60 km/h。其中，在樁號K0+111～K0+153左右下穿京港澳高速軍山長江大橋西端引橋，與橋梁正交。采用路基形式下武漢穿繞城高速，路基寬度為55 m，與繞城高速正交，交叉樁號：左岸大道K0+136（繞城高速K175+135），繞城高速上部構造為兩孔30 m現澆箱梁，12#橋墩位于左岸大道路基中央分隔帶（8 m），橋墩兩側設置波形護欄防撞，11#、13#橋墩位于道路兩側紅線外，橋下凈空大于13m，左岸大道效果圖如圖1所示。

2 路基下穿橋梁設計理念

2.1 主要技術標準

（1）道路等級：城市主干路；

（2）設計速度：主線60 km/h，輔道40 km/h；

（3）車道數：主線雙向八車道；

（4）通行凈空：主線通行凈空不低于5.0 m，高架橋下輔道及調頭通行凈空不低于4.5 m，小汽車掉頭通行凈空不低于3.5 m；

（5）車道寬度：3.5 m/3.25 m；

（6）停車視距：70 m；

（7）路面設計標準軸載：BZZ-100；

（8）道路交通量達到飽和狀態時的設計年限：20年；

（9）地震基本烈度：Ⅵ級；地震動峰值加速度a=0.05 g；橋梁抗震設防分類為乙類；抗震設計方法為C類；橋梁抗震措施等級按七級設防。

2.2 制約設計方案的主要因素

城市道路設計方案首先要滿足城市總體規劃，道路平縱橫指標也要滿足相關設計規范，下穿高速節點設計方案也要兼顧施工方面的技術要求，設計方案要確保施工期間既有高速公路橋梁的結構安全。另外，橋下作業空間有限，施工方案要具備可實施性，橋梁上下安全防護措施要到位，城市道路與繞城高速之間作為獨立的基礎設施主體，在設計使用期間不能出現相互干擾，橋下視距要開闊、通行順暢、安全防護措施到位。為確保設計方案的可實施性，設計方案需要經繞城高速主管部門的書面批準，施工圖設計前需要對節點方案進行施工安全評估[3]，根據安全評估結論來指導施工圖設計及現場施工方案。

3 設計方案關鍵技術探究

3.1 橋下道路斷面空間布設分析

橋下道路橫斷面紅線寬度為55 cm，繞城高速12#橋墩位于道路中間綠化帶內，標準段落斷面中間帶寬度只有5 m，而12#橋墩承臺寬度就有6.7 m，如果按照標準斷面布設，橋墩承臺將位于機動車道正下方，施工期間附加荷載對承臺樁基影響較大，通車運營后汽車荷載直接通過承臺傳遞至樁基，增加橋墩的附加荷載。根據收集的相關資料，12#橋墩樁基原設計為摩擦樁，周邊土體存在軟弱地質層，施工期間安全風險較大，荷載直接作用于承臺正上方會影響橋梁結構的使用壽命。橋下凈空高度大于13 m，滿足規范要求，但橋下軟基處理方案應滿足施工作業空間，橋下空間布設斷面如圖2所示。

3.2 下穿道路設計方案

3.2.1 橫斷面設計

為保證中分帶橋墩的使用安全，同步預留新建軍山長江公鐵兩用大橋引橋布設橋墩條件，對下穿道路中分帶寬度進行優化設計，左岸大道從繞城高速至楓林七路區間中分帶寬度均加寬至8 m，能滿足新建軍山長江公鐵兩用大橋引橋布設橋墩條件。

3.2.2 軟基處理方案

受橋下施工空間限制，橋下承臺邊緣5 m范圍以外采用高壓旋噴樁進行軟基處理，設計采用高壓旋噴樁的原因如下。

（1）施工凈空高度要求：高壓旋噴樁的施工凈空高度要求較低，一般在3 m左右，而水泥攪拌樁的施工凈空高度要求較高，需要滿足攪拌軸的上下左右移動空間，在現有橋梁下施工，凈空高度為13 m，高壓旋噴樁的凈空要求更符合實際情況。

（2）在理論上，如果旋噴樁的施工符合規范，并且距離橋墩承臺凈距5 m以上，對橋墩的安全影響是比較小的。旋噴樁施工完成后，土體中的超孔隙水壓力會逐漸消散，導致土體發生一定程度的收縮，但這個收縮量通常比較小，不會對橋墩等建筑物產生較大的影響。此外，旋噴樁施工完成后，可以在旋噴樁的頂部設置排水設施，以避免超孔隙水壓力對橋墩等建筑物的影響。

（3）在實際工程中，還需要考慮一些其他的因素，如土質情況、施工設備的精度、操作人員的素質等，這些因素都可能對橋墩的安全產生一定的影響。因此，在旋噴樁施工過程中，只要嚴格控制施工參數和按照操作規程進行施工，加強施工期監測，確保工程的安全和質量，對橋梁承臺、橋墩安全幾乎沒有影響。

（4）在靠近橋墩處布置土壓力監測點，旋噴樁施工期間加強土壓力監測，監測結果動態反饋調整施工參數，確保旋噴樁施工對橋樁的附加壓力不大于10 kPa。

高壓旋噴樁噴射有效樁徑60 cm，樁長按穿透軟土層進入持力層不少于1 m來進行控制，建議采用單管法施工，噴射注漿壓力不小于20 MPa，流量80～120 L/min，高壓旋噴樁采用的普通硅酸鹽水泥強度等級應不低于42.5 MPa，水泥漿液水灰比1∶1，設計用灰量不少于180 kg/m，樁體28d無側限抗壓強度要求≥1.5 MPa。高壓旋噴樁處理平面如圖3所示。

3.2.3 高壓旋噴樁施工

該項目下穿高速凈空受限路段軟基處理采取單管高壓旋噴樁處治，設計樁徑60 cm，呈正三角形布置，中至中間距1.7 m，樁頂設0.5 m厚級配碎石褥墊層，層內鋪設一層土工格柵。施工工藝流程為：施工準備—測量定位—機具就位—鉆孔至設計標高—旋噴開始—提升旋噴注漿—旋噴結束成樁。

質量檢測：質量檢驗在旋噴注漿結束28 d后進行，檢驗樁的數量不小于已經完成樁數的0.5%，不合格者進行補噴，施工質量檢測項目如表1所示。

3.2.4 地下管線設計

為保證管道施工及運營期不對繞城高速造成影響，對下穿范圍管線進行了平面避讓設計。道路左側通信管道距離承臺邊緣最小凈距為2.36 m，右側電力管道距離承臺邊緣最小凈距為2.7 m。給水、雨水、污水管距離承臺邊緣凈距均大于5 m[4]。

（1）給水管線：調整距離承臺5.0 m以上，給水管道需整體移至機動車道，導致后期自來水檢修影響道路機動車通行能力。

（2）電力和通信管線：需要經常穿線拉線，其檢查井宜設置在人行道或非機動車道，不宜設置在機動車道上面，可對電力與通信檢查井向道路中心適當平移，適當增加管線與承臺間的水平距離。

3.2.5 橋下照明設計

高速公路橋下凈空約13 m，燈桿高于高架橋，需考慮燈光對既有京港澳高速行車眩光的影響，此段道路機動車道進行了展寬（單幅機動車道寬度接近20 m），12 m路燈照明效果無法達到要求。考慮燈桿距離繞城高速橋邊有約12 m，16 m中桿燈安裝燈具時可把燈具仰角適當調下，避免對橋上產生眩光。

3.2.6 安全設施設計

（1）橋墩警示標涂裝

對武漢繞城高速的橋墩做警示標涂裝，左右幅共計6個橋墩。警示標涂裝可以在能見度較低，或是夜晚的時分起到警醒提示作用，有效降低事故發生率。

（2）波形梁護欄

對武漢繞城高速的橋墩兩側增加波形梁護欄[5]，防止車輛撞擊橋墩，確保道路使用階段京港澳高架橋墩的安全。

（3）防落網

在武漢繞城高速兩側增設防落網，設置長度為左岸大道寬度并各向路外分別延長15 m。

4 橋梁安全性評價

根據道路施工圖設計圖紙，結合該項目與高速公路的相互位置關系，道路與橋梁交叉安全性評價結論如下。

（1）擬建道路地上設施及地下管線均未侵入高速公路硬路肩范圍，且繞城高速橋梁梁底距離道路設計標高凈距13.5 m。擬建道路及設施未侵入高速公路建筑限界（凈高要求≥5 m），滿足《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）及相關規范的要求。

（2）擬建道路采用路面的形式正交下穿繞城高速橋梁，中間帶橋墩寬度1.5 m，承臺寬度6.7 m，而中分帶預留8 m寬，左岸大道運營期間對既有橋梁影響較小。

（3）對武漢繞城高速的橋墩兩側增加波形梁護欄，防止車輛撞擊橋墩，確保道路使用階段繞城高速橋墩的安全；在武漢繞城高速兩側增設防落網，設置長度為左岸大道寬度并各向路外分別延長15 m；對武漢繞城高速的11#、12#、13#橋墩做警示標涂裝。擬建橋梁附屬安全設施滿足《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81—2017）的相關要求。

（4）根據設計方案，采用有限元進行模擬分析，確保施工及運營期間繞城高速橋墩周邊的地面變形滿足規范要求。

（5）根據《涉路工程安全評價規范》（DB42/T2002—2023）3.2.1條規定，既有公路橋梁結構的樁頂水平位移需小于3 mm，經有限元驗算樁頂水平位移均符合要求。

（6）根據《涉路工程安全評價規范》（DB42/T2002—2023）3.2.1條規定，既有公路橋梁結構因不均勻沉降而產生的附加縱坡不應大于0.1%。經有限元計算，該橋附加縱坡遠小于該控制值。

綜上所述，橋梁運營期間安全滿足公路行業相關規范要求。

5 結論

根據收集的繞城高速高架橋竣工圖設計資料，結合實地勘察和測量分析，將既有高速公路橋梁按照實際空間坐標疊加到設計方案中，設計師對影響下穿方案的各種控制因素進行綜合研究分析，在滿足道路通行功能的同時，對市政管線的布設方案也進行了充分論證，保證設計方案均能滿足相關設計規范要求，另外，施工期及運營期市政道路與高速公路之間的相互影響是制約整個方案的決定性因素，根據安全評估及相關施工規范規定，設計師對下穿范圍軟基處理進行了單獨設計，采用了對橋梁影響較小的高壓旋噴樁施工工藝，能夠保證施工期及運營期安全。因此，該項目采用的路基下穿繞城橋梁設計方案技術可行、經濟合理、可實施性強。

參考文獻

[1]城市道路工程設計規范：CJJ37—2012（2016年版）[S].北京：中國建筑工業出版社， 2016.

[2]公路軟土地基路堤設計與施工技術細則：JTG/TD31-02—2013[S].北京：人民交通出版社， 2013.

[3]涉路工程安全技術評價規范：DB42/T2002—2023[S].北京：人民交通出版社， 2023.

[4]城市工程管線綜合規劃規范：GB 50289—2016[S].北京：中國建筑工業出版社， 2016.

[5]公路交通安全設施設計規范：JTG D81—2017[S].北京：人民交通出版社， 2017.