津石高速公路跨越保滄干渠設計研究

聶小明

(河北省交通規劃設計院 石家莊市 050000)

1 工程概述

津石高速公路是國家2013～2030公路網規劃中的G0211聯絡線，連接天津、石家莊兩個省會級城市，同時在京港澳高速和京滬高速之間新增一條東西向連接的高速通道，并連通唐津、石太兩條高速公路，對完善國家高速公路網的結構，充分發揮路網資源的總體效益具有重要意義。

津石高速公路津冀界至石家莊段位于河北省南部，起于河北省境內冀津交界的子牙河，途經廊坊市的大城縣、文安市，滄州市的任丘市，保定市的安國市、博野縣、蠡縣、高陽縣、定州，止于津石高速公路石家莊段終點，路線全線171.238km。

2 設計標準

津石高速公路全線采用雙向六車道高速公路標準，汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，設計速度120km/h，路基寬度33.5m。主線的主要技術指標采用情況：中央分隔帶寬度2m，右側硬路肩寬度2～3m，平曲線最小半徑2500m，不設超高最小平曲線半徑5600m，同向曲線間最短直線長度1175.3m，反向曲線間最短直線長度354.8m，平曲線最小長度921.3m，平曲線占路線總長比例64.8%，最大縱坡2.0%，最小坡長300m，豎曲線最小長度250m，豎曲線占路線總長比例57.3%，停車視距210m。其他主要技術指標見表1。

3 跨越位置及跨越方案

津石高速公路津冀界至保石界段自起點至終點大致呈東西走向，然后轉為東北至西南走向；項目范圍內保滄干渠工程則呈東北至西南走向，然后轉為東西走向。故本項目與保滄干渠的交叉不可避免，共有15處交叉，其中主線與保滄干渠交叉3次、匝道與保滄干渠交叉10次、連接線與保滄干渠交叉2次。

表1 主要技術指標(主線)

3.1 跨越位置

(1)北三王互通

津石高速公路津冀界至保石界段于文安縣北三王村東北側跨越保滄干渠主干線，交叉位置處于北三王互通范圍內。交叉處主線里程為K29+867.8，此處干渠位于直線上，主線與干渠交叉角度為59.2°。

在互通范圍內，與干渠交叉共7處，均采用橋梁跨越，橋下最小凈空為2.1m，樁基與干管的最小凈距為6.7m，橋址以亞砂土和亞粘土為主，樁基設計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(2)任丘市香城鋪村北

交叉處保滄干渠里程樁號NPF3+809，高速公路里程為K69+443.9，此處干渠位于直線上，交叉角度為118.9° 。高速公路采用橋梁方式進行跨越，橋下最小凈空4.20m，橋址處以粉土和粉質粘土為主，樁基與干渠管道最小凈距9.1m，樁基設計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(3)東墟互通

在互通范圍內，與干渠交叉共3處，均采用橋梁跨越，橋下最小凈空為2.6m，樁基與干管的最小凈距為6.0m，橋址以粉土為主，樁基設計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(4)趙各莊互通

在互通范圍內，與干渠交叉共2處，均采用橋梁跨越，橋下最小凈空為4m，樁基與干管的最小凈距為5.33m，橋址以粉土和粉質粘土為主，樁基設計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

交叉點處保滄干渠為直埋DN1800雙排鋼管輸水管道，鋼管強度為Q345，采用螺旋焊縫焊接，壁厚為20mm，焊接等級為Ⅱ級；鋼管外套Ⅲ級混凝土管，混凝土套管采用C40混凝土，橡膠圈密封，管道與高速的交角為100°。

(5)東墟互通連接線

交叉處位于蠡縣中衛村西南側，大齊村北側，公路里程為K3+358.88，保滄干渠樁號69+497.64，交叉角度為70°。采用橋梁形式跨越，橋下最小凈空為2.6m，樁基與干管的最小凈距為11.8m，橋址以粉土和粉質粘土為主，樁基設計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

(6)孫氏互通連接線

交叉處位于文安縣前孫章村南側、任文干渠北側，公路里程為K11+347，保滄干渠樁號NPF35+985.00，交叉角度為75°。采用橋梁形式跨越，橋下最小凈空為3m，樁基與干管的最小凈距為5.04m，橋址以粉土和粉質粘土為主，樁基設計不考慮管溝底部至地面段的摩擦阻力。

3.2 跨越方案

公路跨越保滄干渠處采用橋梁方案，以維持管道上方原土壓力不變，保證高速公路運營期間對保滄干渠等設施無影響。詳見表2。

表2 跨越方案

鄰接管道部分路基設置擋土墻，路基不放坡，擋土墻基礎與干管的凈距大于5m。

4 設計過程中的防護措施

4.1 防撞設計

擬建橋梁兩側設置SA級墻式防撞護欄，有效地避免了車輛在突發事故時沖出橋面對保滄干渠產生不利影響。

4.2 跨越位置處排水設計

跨越位置處橋面范圍內不設置泄水孔，將橋面水引至橋梁兩側的路基排出，避免橋面排水對輸水管道頂面覆土的沖刷。

路基邊溝在橋梁位置處不設置。

4.3 跨越位置處邊溝設計

橋頭兩側6m和橋梁范圍內，不設置路基邊溝，干渠上方不挖土。

4.4 橋下安全圍擋

在橋下設1m高磚墻作為圍擋。

4.5 鄰接段位置、長度、安全距離

鄰接段涉及北三王互通DK0+554.755、BK0+536.567、HK0+242.325三座橋梁，鄰接段的處理方案及長度，與干管的相對位置關系如圖1～圖4。

DK0+554.755、BK0+536.567、HK0+242.325，臺后設置泡沫輕質土，段落長10m，路堤段和泡沫輕質土采用錐坡連接。錐坡坡腳距管道間距≥5m。

圖1 DK0+554.755小樁號側臺后設計圖

圖2 DK0+554.755大樁號側臺后設計圖

圖3 BK0+536.567臺后設計圖

圖4 HK0+242.325臺后設計圖

4.6 管道更換

橋下凈空大于3m的采用通常機械進行施工，更換管道。東墟互通及東墟連接線處共4座橋梁橋下凈空為2.6m，管道更換采用門架方案進行。門架有縱梁和橫梁構成，縱梁為混凝土簡支梁，高度為600mm，起吊橫梁為2根I63b工字鋼，基礎為混凝土灌注樁，交通部門進行橋梁施工前需先對4座橋下的門架基礎和縱梁施工，門架設計起吊最大起吊重量為9t。管道更換具體施工步驟如下：

(1)巡視人員發現橋下位置處有漏水現象，因為是雙排管道，不能確定是左側還是右側漏水，故先在漏水位置采用小型挖掘機清除1.3m覆土(經咨詢廠家，挖掘機工作高度2.06m，梁底至地面凈空2.6m，滿足要求)，管道上方預留0.5m覆土，進一步觀察確認漏水管道位置。

(2)假設確認需要更換管道為左側管道，采用人工挖土方式清除管道上方0.5m覆土；管道右側覆土清除至管道中心高程處，并以1∶1放坡至第一次開挖工作面，確定右側為損壞管道處于覆土保護安全狀態。

(3)待更換管左側距離門架樁凈距6m，左側覆土清除至管道中心高程處，并向左側清除4m，然后以1∶1放坡至第一次開挖工作面。

(4)此時待更換管道中心以上覆土完全清除，然后進行管道切割破碎工序，然后清除破損管道。

(5)采用平板車等工具將新管(鋼管)運送至更換位置附近。

(6)新換鋼管每節重約6t，采用CD1鋼絲繩葫蘆10t級吊起新管，經過咨詢廠家，手動葫蘆需要的管頂以上操作空間為2.1m，工字鋼梁底至管頂凈空2.45m，滿足要求。

(7)手動葫蘆在工字鋼梁上向右側移動至管溝上方，然后吊放至管溝內。

經計算I63b工字鋼最大撓度為30.3mm<19000/600=31.66mm，撓度滿足要求；最大拉應力為105.1MPa<235MPa，強度滿足要求。

4.7 臺后填土對干管產生的影響分析

臺后填土會對干渠處產生附加應力，其影響分析如下：

附加應力的計算按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》JTG D63-2007 4.2.1條進行，經計算產生的附加應力為7kPa，干管處土的壓縮模量Es=3500kPa，干管處的沉降為6mm<10mm，滿足要求。

5 結語

根據實際工程案例，分析了在津石高速公路跨越保滄干渠時設計采用橋梁跨越的方式，并提出了設計過程中的防護措施，為類似跨越項目提供了一定的借鑒。