魏 杰
(上海市政工程設(shè)計研究總院集團第十市政設(shè)計院有限公司,甘肅 蘭州 730000)
隨著城市規(guī)模的擴張,城市外圍已建高速公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施限制了相關(guān)市政道路的聯(lián)通。公路鐵路預(yù)留橋梁、箱涵,往往成為片區(qū)聯(lián)系的首選通道;無預(yù)留區(qū)域,需結(jié)合周邊建設(shè)條件,合理選擇穿越方案,以達到增加片區(qū)聯(lián)系,促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的目的。城市道路穿越高速公路目前方案及施工經(jīng)驗均較為成熟,很多學(xué)者對此進行了相關(guān)研究。陽經(jīng)培[1]依據(jù)廣東某機場連接線穿越高速公路的實際工程,對高速路改橋施工方案進行了詳細論述;殷金象[2]對幾種城市道路穿越高速公路方案進行了詳細的優(yōu)缺點比選分析;韓紅等[3]通過對濟南某城市主干路穿越既有高速公路交叉方案的設(shè)計分析,對上跨和下穿兩類交叉節(jié)點方案進行了研究。眾多研究成果對穿越高速公路方案的選擇提供了設(shè)計參考。
本文以酒泉市飛天路穿越現(xiàn)狀G30 連霍高速公路為例,結(jié)合場地周邊建設(shè)條件及地質(zhì)情況,綜合分析施工、造價等多種因素,對穿越方案進行研究剖析。
酒泉市飛天路作為酒泉市南北向交通性主干道,連接中心城區(qū)新城二期及經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū),承擔大量區(qū)域到發(fā)及過境交通。該道路等級為城市主干路,總長度3.19 km,紅線寬度40 m,設(shè)計速度40 km/h,斷面采用3 塊板形式,主線雙向4 車道規(guī)模,南北向展線,向北通往新城二期,向南連接經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)。北部道路兩側(cè)以公園綠地及居住用地為主,南部道路兩側(cè)以物流倉儲及二類工業(yè)用地為主。
飛天路與現(xiàn)狀G30 連霍高速公路斜交,斜交角度為54°。高速公路以北埋設(shè)有國防光纜,與路基坡腳垂直距離約10 m;地面有2 道水渠,分別為討南灌區(qū)四支干渠和生態(tài)綠化渠,渠道均為使用狀態(tài)。高速南側(cè)為現(xiàn)狀永勝路,與公路并行,距離路基約30 m,南側(cè)擬建道路兩側(cè)為酒嘉物流園。項目范圍整體地勢南高北低,公路路基高度1.5 m,穿越范圍現(xiàn)狀高速公路無預(yù)留車行通道。場地周邊條件整體平面圖見圖1。
圖1 場地周邊條件整體平面圖
場地范圍地層結(jié)構(gòu)主要由①層素填土、②層粉土、③層卵石構(gòu)成,素填土層厚0.50~1.40 m,稍密,以砂礫石和粉土為主,不宜作為新建道路的基礎(chǔ)持力層;粉土層厚度0.30~1.00 m,稍濕、稍密,地基承載力特征值120 kPa,不宜作為路基持力層;卵石層厚度大,未揭穿,層位穩(wěn)定,分布連續(xù),大于20 mm 的卵石含量約占50.2%~70.0%,一般粒徑20~50 mm,最大粒徑180 mm,地基承載力特征值450 kPa,工程力學(xué)強度較高,是良好的天然基礎(chǔ)持力層。
作為片區(qū)聯(lián)系重要通道,本工程穿越方案需滿足以下設(shè)計要求:
(1)滿足交通通行能力,符合道路功能定位,實現(xiàn)預(yù)期建設(shè)目標。
(2)方案應(yīng)適宜當?shù)亟ㄔO(shè)條件,安全可靠,與周邊場地協(xié)調(diào),滿足周邊物流園區(qū)發(fā)展需求。
(3)盡可能減少對高速公路交通影響,確保河西走廊酒泉地區(qū)旅游旺季交通不擁堵。
(4)適當布置慢行系統(tǒng),方便居民出行。
(5)穿越設(shè)施滿足市政管網(wǎng)敷設(shè)需求。
路改橋方案應(yīng)著重考慮施工期間高速交通保通,其中的開挖支護形式和沉降變形控制是設(shè)計施工的難點。半幅開挖以后,另通車半幅通常采用路基形式或鋼便橋通行:路基形式通行方案應(yīng)避免超重荷載引發(fā)路基坍塌,影響行車安全;鋼便橋保通方案應(yīng)確保便橋基礎(chǔ)穩(wěn)定,與兩側(cè)路基平順過渡銜接,變形可控,交通防護設(shè)施完善。
飛天路整體采用地道下穿。北側(cè)水渠拆除并原位重建后位于下穿箱涵頂板之上;路改橋穿越方案設(shè)計時,為降低工程造價,將南側(cè)永勝路交叉口同期改建為橋梁。地道北側(cè)暗埋箱涵與高速橋梁銜接,高速南側(cè)與永勝路中間采用敞開式。飛天路總體下穿布置形式為(由南向北):地道敞開段+ 永勝路橋梁(地道下穿橋梁)+ 地道敞開段+ 高速公路橋梁(地道下穿橋梁)+ 地道暗埋段(穿過光纜、水渠)+ 地道敞開段。地道內(nèi)不同高程分別設(shè)置機動車道和慢行車道,機動車道主線最大縱坡以4%控制。
路改橋方案平面圖、縱斷面圖見圖2、圖3。
圖2 路改橋方案平面圖
圖3 路改橋方案縱斷面圖
施工期間高速公路半幅通行,中分帶采用鉆孔灌注樁支護,支護前先改移既有中分帶通信管道和光纜,待樁身強度達到要求時開挖土方及施作樁間土支護。完成單側(cè)橋梁樁基、蓋梁等下部結(jié)構(gòu)施工后,進行臺背回填,架設(shè)橋梁上部結(jié)構(gòu),施工橋面鋪裝及附屬工程,達到通車要求。圍擋封閉引導(dǎo)車流后進行另半幅施工。
路改橋方案優(yōu)點:梁體為工廠標準預(yù)制產(chǎn)品,質(zhì)量容易控制;樁基礎(chǔ)施工后,整體沉降較小,工后橋梁與兩側(cè)舊路基不容易形成沉降錯臺而造成跳車;下穿范圍暗埋段較短,整體采光效果好。
路改橋方案缺點:半幅施工,且時間長,對高速公路交通會產(chǎn)生影響;梁體吊裝作業(yè),需臨時中斷交通,協(xié)調(diào)難度較大。
箱涵頂進一般采用明頂和暗頂兩種方式。明頂工藝簡便、直觀,在高速公路不具備建設(shè)臨時便道的條件下,可采用半幅開挖頂進。保通半幅采用中分帶打樁支護,以路基形式或半幅架設(shè)鋼便橋通行。暗頂工藝不中斷交通,對交通影響較小,但大跨徑頂推變形控制難度大,需結(jié)合地質(zhì)條件,采用管棚、鋼梁等支護預(yù)加固,以減少變形沉降。酒泉地區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定,地表填土以下為砂卵石地基,卵石粒徑較大,直接頂推較為困難,存在安全隱患,結(jié)合本工程實際施工技術(shù)條件,采用明頂方式,半幅打樁支護。
該設(shè)計方案中,高速公路與永勝路橋梁之間仍采用敞開式,其余布置形式同路改橋方案??傮w下穿布置形式為(由南向北):地道敞開段+ 永勝路橋梁(地道下穿橋梁)+ 地道敞開段+ 地道暗埋段(穿過高速公路、北側(cè)光纜及水渠)+地道敞開段,地道長度及縱坡同路改橋方案。箱涵頂進下穿方案平面圖、縱斷面圖見圖4、圖5。
圖4 箱涵頂進下穿方案平面圖
圖5 箱涵頂進下穿方案縱斷面圖
明頂方案優(yōu)點:不需要大范圍開挖高速路基,施工期間交通可實現(xiàn)保通。
明頂方案缺點:施工工序較多,時間長,造價高,頂推箱涵與高速公路斜交,施工難度大。
橋梁上跨的難點在于如何選擇橋型及施工方案,以減少對高速公路通行的影響。橋型選擇受跨徑制約,飛天路與高速公路斜交角度較大;同時,高速路基高度僅為1.5 m,受南側(cè)永勝路交叉口凈空限制,橋梁長度增加,橋梁跨越該2 處位置需要的跨徑大約為150 m。
本方案采用2×75 m 下承式雙索面梁拱組合橋,橋梁總長150 m,單個拱圈跨度75 m,矢高15 m,矢跨比1/5;上部結(jié)構(gòu)梁高2 m,采用鋼箱梁結(jié)構(gòu),拱肋斷面采用5 邊形斷面,為變高度布置,拱頂高度約1.3 m,拱腳高度約2 m;單個拱圈共設(shè)置34 根吊索,索距3.75 m,為雙索面布置。主橋及兩側(cè)接線總長為465 m,橋型立面布置圖、橋梁上跨方案平面圖和縱斷面圖見圖6~圖8。
圖6 橋梁立面布置圖(單位:m)
圖8 橋梁上跨方案縱斷面圖
橋梁上跨方案優(yōu)點:采用適宜的施工方案,高速公路交通可不中斷;造型景觀效果好。
橋梁上跨方案缺點:造價高,大跨徑橋梁施工在西北偏遠地區(qū)困難大,施工力量不足,轉(zhuǎn)體施工技術(shù)有限。
針對本項目建設(shè)條件,從施工工期、施工交通影響、工程造價、施工方案適應(yīng)性等幾個方面進行綜合比選(見表1),同時結(jié)合高速公路管理部門及項目主管部門意見,最終確定本項目采用路改橋方案。
(1)穿越高速公路方案選擇應(yīng)結(jié)合當?shù)貙嶋H建設(shè)條件,尤其對于大跨度橋梁、轉(zhuǎn)體施工等,需考慮地區(qū)施工是否具備相應(yīng)能力;同時綜合施工工藝、造價等因素進行合理選擇。
(2)對于西北季節(jié)性冰凍地區(qū),1 年內(nèi)施工時間有限,尤其是對于擬穿越高速公路為地區(qū)對外唯一交通大動脈的情況,選擇穿越方案時需考慮施工時限,盡可能減少對高速公路交通的干擾。