魏文鼎，陳國佳

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

利用公路結(jié)構(gòu)物涉路行為安全評價技術(shù)研究

魏文鼎1，陳國佳2

（1.廣東省建筑設(shè)計研究院,廣東 廣州 500010；2.中設(shè)設(shè)計集團(tuán)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(jié)論成為行政許可的主要依據(jù)。針對利用公路結(jié)構(gòu)物涉路工程施工會造成公路建筑物破損,敷設(shè)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(jié)構(gòu)安全,現(xiàn)結(jié)合某風(fēng)景區(qū)自來水管網(wǎng)利用橋梁跨越沿江高速安全性評估實(shí)例,就利用公路結(jié)構(gòu)物涉路行為的安全評價展開研究,提出一套可以付諸實(shí)踐的評價方法,供公路管理機(jī)構(gòu)、設(shè)計單位、施工單位等單位參考。

涉路行為；安全評價；評價標(biāo)準(zhǔn)；符合性檢驗(yàn)；結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

0 引言

利用公路結(jié)構(gòu)物涉路工程主要指依附橋梁、通道等公路結(jié)構(gòu)物或構(gòu)造物來通過河流、交通通道等障礙物的涉路工程。此類建設(shè)工程主要為敷設(shè)管線設(shè)施,它的施工會造成公路建筑物破損,敷設(shè)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(jié)構(gòu)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(tǒng)一的實(shí)施辦法,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也存在不足,形成了基層部門自行組織、自行聘請技術(shù)人員進(jìn)行評價的局面,導(dǎo)致評價工作不規(guī)范、評價結(jié)論權(quán)威性不足,行政許可制度執(zhí)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(shí)施過程中無章可循的現(xiàn)狀,現(xiàn)結(jié)合實(shí)際工程,就利用公路結(jié)構(gòu)物涉路行為的安全評價展開研究,提出一套可以付諸實(shí)踐的評價方法,對公路管理機(jī)構(gòu)、設(shè)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(jié)構(gòu)物涉路行為安全評價內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范規(guī)定,對利用公路結(jié)構(gòu)物涉路行為的安全評價的主要內(nèi)容如下:

（1）橋梁結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核驗(yàn)算:上部結(jié)構(gòu)的使用性能和承載能力的各項指標(biāo)、下部結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性均應(yīng)滿足規(guī)范及使用要求。

（2）管線的敷設(shè)位置及其敷設(shè)工藝:復(fù)核管線的敷設(shè)位置是否影響到橋梁正常結(jié)構(gòu),是否符合規(guī)范要求,敷設(shè)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(guī)定、施工保護(hù)措施等是否滿足要求。

2 自來水管網(wǎng)利用橋梁跨越沿江高速安全性評估實(shí)例

2.1 工程概況

某風(fēng)景區(qū)自來水管道用于提供風(fēng)景區(qū)自來水,工程采用DN400自來水重力管道。自來水經(jīng)新建自來水提升泵站提升后采用DN300PE壓力管沿省道340北側(cè)排往薛埠鎮(zhèn)區(qū)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(wù)區(qū)S、C、T匝道時擬利用省道340跨越C匝道橋梁隨橋架設(shè)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(jié)構(gòu)驗(yàn)算

2.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）計算行車速度:100 km/h；

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

（3）環(huán)境類別:Ⅰ類；

（4）設(shè)計荷載:公路-Ⅰ級；

（5）橋跨布置:（16+3×20+16）m；

（6）結(jié)構(gòu)體系:連續(xù)梁,構(gòu)件類別:全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件；

（7）本計算按照平面桿系模擬。

2.2.2 箱梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生附加外荷載:自來水鋼管內(nèi)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(yīng)。

（5）箱梁計算結(jié)果:

a.持久狀態(tài)下的受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力應(yīng)滿足:

σc≤0.5 fck=16.2（MPa）

標(biāo)準(zhǔn)組合下最大壓應(yīng)力為13.6 MPa,滿足規(guī)范要求,如圖4所示。

圖4 短期組合和標(biāo)準(zhǔn)組合下正應(yīng)力包絡(luò)圖

b.斜截面抗裂驗(yàn)算應(yīng)對構(gòu)件斜截面混凝土的主拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算,并應(yīng)符合下列要求:

最大主拉應(yīng)力滿足規(guī)范要求,如圖5所示。

圖5 短期組合下主拉應(yīng)力圖

c.混凝土的主壓應(yīng)力應(yīng)滿足:

最大主壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求,如圖6所示。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)組合下主壓應(yīng)力圖

d.結(jié)構(gòu)抗力未計入普通鋼筋的作用,結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)承載能力滿足要求,如圖7所示。

圖7 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度包絡(luò)圖

綜上所述,自來水管網(wǎng)隨橋架設(shè)產(chǎn)生附加外荷載,箱梁主截面能滿足短期效應(yīng)組合作用下正截面抗裂要求。

2.2.3 箱梁翼緣裂縫驗(yàn)算

對外側(cè)護(hù)欄旁搭設(shè)自來水管的方案進(jìn)行行車道板的計算,主要驗(yàn)算箱梁翼緣根部的裂縫寬度是否滿足規(guī)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(yàn)算屬于懸臂板類型。恒載考慮外側(cè)護(hù)欄、橋面鋪裝、自來水管,活載考慮汽車荷載。

（1）恒載及其內(nèi)力（以縱向1 m寬的板條進(jìn)行計算）:

每米寬板條的恒載彎距為:

（2）活載內(nèi)力:

作用于每米寬板條上的彎矩為:

（3）行車道板的設(shè)計內(nèi)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(jù)配筋情況及規(guī)范計算公式得最大裂縫寬度Wfk=0.135 mm,滿足規(guī)范要求。

2.2.4 護(hù)欄碰撞試驗(yàn)

沿江高速公路常州段橋梁護(hù)欄的設(shè)計采用新型的橋梁護(hù)欄,為驗(yàn)證所設(shè)計護(hù)欄方案的性能（重點(diǎn)是安全防護(hù)性能）,對護(hù)欄進(jìn)行模擬碰撞試驗(yàn)。

護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式滿足交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ074－94）中規(guī)定的橋梁護(hù)欄PL3防撞等級要求,模擬汽車碰撞試驗(yàn)護(hù)欄的側(cè)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(wù)區(qū)S、C、T匝道時擬利用省道340跨越C匝道橋梁隨橋架設(shè)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(hù)欄的預(yù)埋件上,預(yù)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(shè)布置圖（單位:mm）

風(fēng)景區(qū)自來水管網(wǎng)利用橋梁隨橋架設(shè)方式跨越服務(wù)區(qū)匝道,存在一定的安全隱患。在道路運(yùn)營期間,汽車碰撞護(hù)欄導(dǎo)致的側(cè)向位移會引起自來水管變形甚至斷裂下落,可導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

2.3 符合性檢驗(yàn)

2.3.1 管線輸送介質(zhì)

該項工程為風(fēng)景區(qū)自來水管道,跨越沿江高速公路服務(wù)區(qū)匝道時擬利用省道340跨C匝道橋梁隨橋架設(shè)方式跨越,符合規(guī)定要求。

2.3.2 敷設(shè)位置

該項工程采用12號的槽鋼焊接在原橋邊護(hù)欄的預(yù)埋件上,預(yù)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(guī)定要求。

2.3.3 附件裝置要求

該項工程在橋梁兩側(cè)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(hù)欄的預(yù)埋件上,對橋梁原結(jié)構(gòu)無造成破壞,符合要求。

經(jīng)核查原設(shè)計文件中并無該預(yù)埋件的設(shè)計,建議設(shè)計單位核查該預(yù)埋件與橋梁護(hù)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(wù)區(qū)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(hù)欄的預(yù)埋件上,考慮自來水鋼管的荷載,以及溫度所產(chǎn)生的下?lián)?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(yè)管線部門了解各類管線的位置,如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀地下管線或?qū)⑹┕さ钠渌麑I(yè)管線與排水管道位置或高程有沖突,及時向甲方、監(jiān)理、設(shè)計部門聯(lián)系解決。

（2）鋼材、鋼鑄件的品種、規(guī)格、性能等應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求；焊接材料的品種、規(guī)格、性能等應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。

（3）普通螺栓作為永久性鏈接螺栓時,應(yīng)進(jìn)行螺栓實(shí)物最小拉力荷載復(fù)驗(yàn),其結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》（GB 3098）的規(guī)定。

（4）永久性普通螺栓緊固應(yīng)牢固、可靠,外露絲扣不應(yīng)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(yīng)符合設(shè)計要求及國家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 81）的規(guī)定。焊條、焊劑、藥芯焊絲、熔嘴等在使用前,應(yīng)按其產(chǎn)品說明書及焊接工藝文件的規(guī)定進(jìn)行烘焙和存放。

（6）鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料、稀釋劑和固化劑等材料的品種、規(guī)格、性能等應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)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(fēng)、暴雨、雷雨及濃霧等天氣不得施工。

（2）所有施工人員均應(yīng)正確佩帶安全帽,高處作業(yè)人員必須正確使用安全繩。無安全防護(hù)用具的人員不得參加施工。作業(yè)點(diǎn)必須設(shè)安全監(jiān)護(hù)人,跨越點(diǎn)應(yīng)設(shè)置安全警示牌,設(shè)專人檢查、看守,嚴(yán)禁酒后作業(yè)。

（3）搭設(shè)鋼管及C4管卡固定鋼管應(yīng)隨時檢查加固,施工時應(yīng)設(shè)專人看守。

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

（5）嚴(yán)禁高處拋物,上下傳遞工具,施工工具嚴(yán)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(qū)域清潔,每天施工結(jié)束后,派專人清掃馬路,并適量灑水,達(dá)到環(huán)衛(wèi)要求。

（7）合理安排作業(yè)時間,采用低噪音施工機(jī)械。

2.4.3 施工區(qū)交通組織

施工單位未提供施工區(qū)交通組織方案。

建議沿江高速匝道施工區(qū)交通組織方案為:標(biāo)志設(shè)置車輛分別停在距離施工作業(yè)區(qū)前后各2 km處的緊急停車道（兩處同時向施工作業(yè)區(qū)推進(jìn)安放標(biāo)志牌）,施工人員放下“前方施工減速慢行”警告標(biāo)志,在距離施工作業(yè)區(qū)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(biāo)志”,行駛距離施工作業(yè)區(qū)100 m處設(shè)置用安全錐筒將施工區(qū)與行車道隔開。

施工作業(yè)人員未經(jīng)過現(xiàn)場交警的同意,不得隨意跨越護(hù)欄、穿越公路,嚴(yán)禁在公路上放置施工工器具,現(xiàn)場人員必須聽從施工負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮,施工負(fù)責(zé)人必須聽從交警部門的指揮,并穿著統(tǒng)一的安全反光標(biāo)志服。

2.5 運(yùn)營期安保措施評價

（1）應(yīng)加強(qiáng)線路巡視,對于各接頭部位的螺栓應(yīng)采用防盜螺栓或其他防盜措施,發(fā)現(xiàn)各接頭部位松動或脫落應(yīng)及時處理。

（2）定期對鋼管外壁及各連接部位進(jìn)行養(yǎng)護(hù),嚴(yán)禁出現(xiàn)鋼管脫落或自來水外漏等事件的發(fā)生。

（3）如發(fā)生突發(fā)事件,應(yīng)采取完善的應(yīng)對措施,避免出現(xiàn)交通事故或交通堵塞,影響道路的正常運(yùn)營。

3 結(jié)語

（1）利用公路結(jié)構(gòu)物涉路行為對公路的安全影響主要表現(xiàn)為運(yùn)營期間的影響。

（2）不同類型公路結(jié)構(gòu)物涉路行為的評價內(nèi)容也不完全相同。本文根據(jù)其工程性質(zhì)的不同,介紹了不同類型利用公路結(jié)構(gòu)物涉路行為的評價內(nèi)容。

（3）本文針對較常見的利用橋梁結(jié)構(gòu)物,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)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(diǎn)論證橋梁結(jié)構(gòu)和涉路附加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠性,應(yīng)采用原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行驗(yàn)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(shí)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(yīng)用技術(shù)版),2008,41（5）:7.

[2]姜明,論重要涉路行為行政許可技術(shù)安全評價的實(shí)施辦法[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2008,41(5):25-27.

[3]劉琳琳.涉路施工活動質(zhì)量和安全技術(shù)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(shè)計工作。