武深高速嘉魚北段穿越蓄滯洪區(qū)路段設(shè)計要點分析

唐穩(wěn)，胡承澤

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，武漢430056）

1 項目背景

武深高速公路北起于武漢市，南止于深圳市，是一條聯(lián)系我國中部和南部地區(qū)的縱向運輸通道，作為京港澳高速的復(fù)線工程，建成通車后大大緩解了京港澳高速的交通壓力。如今，京港澳高速湖北段以此為契機，開始進(jìn)行改擴建工程設(shè)計與施工，武深高速嘉魚北段的建成通車對整個交通布局產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響【1】。

西涼湖蓄滯洪區(qū)地處長江中游右岸，蓄洪面積為1 095km2，總?cè)莘e8.5×109m3，有效蓄洪容積為4.23×109m3。西涼湖蓄滯洪區(qū)是長江中下游整體防洪的重要組成部分，對解決武漢附近地區(qū)超額洪水，確保武漢市安全有極其重要的意義。

2 路線總體設(shè)計要點分析

2.1 蓄滯洪區(qū)對項目的影響

項目路線起點與武漢至深圳高速公路武漢段（在建）對接，終點與武漢城市圈環(huán)線高速公路（已建成通車）銜接，并對接武深高速公路嘉通段（已建成通車），起終點較為明確。路線整體位于西涼湖蓄滯洪區(qū)，關(guān)鍵點高程控制和平縱指標(biāo)均受蓄滯洪區(qū)因素制約。

2.2 高程控制

西涼湖蓄滯洪區(qū)設(shè)計蓄洪水位為31.0m，換算為1985國家高程基準(zhǔn)為29.21m。根據(jù)水文局提供資料，該區(qū)域100a一遇的內(nèi)澇水位為23.28m（1985國家高程基準(zhǔn)）。由于設(shè)計蓄洪水位大于100a一遇內(nèi)澇水位，因此蓄洪區(qū)內(nèi)的路段，路線設(shè)計高程按照高于蓄洪水位29.21m進(jìn)行控制，則路基最低控制高程30.51m，主要考慮0.5m浪高、0.5m安全高度和0.3m橫坡；橋梁最低控制高程32.41m，主要考慮0.5m浪高、0.5m安全高度、1.9m梁高和0.3m橫坡。

2.3 蓄滯洪區(qū)相關(guān)設(shè)施設(shè)計

路線在西涼湖蓄滯洪區(qū)路線相關(guān)控制要點主要為：分洪口段、安全區(qū)段設(shè)計及考慮救生、防洪通道要求。

2.3.1 分洪口

分洪口門寬1km，設(shè)計分洪流量10 000m3/s，按照分洪口門兩側(cè)各60°扇形分洪，需要在蓄滯洪水位以上預(yù)留6.0m凈空的防洪通道。項目路線跨越該區(qū)域時需用橋梁跨越，且需要在蓄滯洪水位以上預(yù)留6.0m凈空的防洪通道。項目采用40m跨徑跨越，并在橋下預(yù)留1處6.0m凈空的防洪通道，寬約

300m。

2.3.2 安全區(qū)

安全區(qū)保護(hù)面積11.24km2，采用建設(shè)圍堤的方式，保障周邊村鎮(zhèn)的安全。安全區(qū)圍堤頂寬6m，底寬50m，圍堤的頂面高程為31.21m。項目路線需用橋梁跨越安全區(qū)圍堤，且圍堤堤頂需預(yù)留4.5m凈空的救生通道。

項目采用橋梁跨越方式通過，高程均不低于蓄洪水位29.21m，跨圍堤處采用42m+70m+42m變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁預(yù)留，并為圍堤頂面預(yù)留4.5m凈空。

2.3.3 救生通道

根據(jù)蓄滯洪區(qū)的應(yīng)用要求，在蓄洪水位達(dá)到設(shè)計蓄洪水位29.21m后，為保障本道路兩側(cè)水上交通、救援的需要，需設(shè)置防洪救生通道，其凈空必須滿足內(nèi)河Ⅵ級航運標(biāo)準(zhǔn)，即凈空至少為6.0m，凈寬至少30m。按照蓄滯洪時通行300t級救生船只考慮，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，其設(shè)計吃水深度為1.3m。項目穿越西涼湖蓄滯洪區(qū)約20km，需要預(yù)留2處防洪救生通道。

2.3.4 防洪通道

根據(jù)西涼湖蓄滯洪區(qū)內(nèi)需要，穿越西涼湖蓄滯洪區(qū)的近40km路段，需要預(yù)留3處防洪通道（30m×6.0m）。根據(jù)沿線城鎮(zhèn)、湖泊及河流分布，結(jié)合沿線地質(zhì)、橋梁設(shè)置情況，全線共預(yù)留防洪通道3處，防洪通道凈空不小于6.0m，寬度均約200m。

2.4 蓄滯洪區(qū)局部路段路基與橋梁方案比選

蓄滯洪區(qū)地面高程受分洪口、安全區(qū)圍堤、救生通道、上跨被交路及路線終點跨越武漢城市圈環(huán)線高速公路影響，所以這些路段均選用橋梁方案，按照橋梁標(biāo)高控制縱面設(shè)計。但局部路段可以進(jìn)一步開展路基和橋梁方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，主要為K44+517.5～K47+607.5和K48+751.5～K54+360.398段。2段軟土層均極發(fā)育，埋深分別為2.0～9.5m和3～8m，厚度分別為3.0～21.0m和4～22.5m。

若采用路基方案，填土分別高6.5～14.5m和7.7～13.1m，軟基處理成本大且路基整體穩(wěn)定性較差，具體數(shù)量見表1。

表1 主要工程數(shù)量表

若選用橋梁方案，相應(yīng)征地為30.28hm2（454.25畝），工程概算為112 196.9萬元，相對路基方案節(jié)約用地，且路基方案不利于蓄滯洪區(qū)行洪和退洪，沿線土源缺乏，軟土處理難度大。經(jīng)綜合分析，蓄滯洪區(qū)全線采用橋梁方案。

2.5 軟基處理及沖刷防護(hù)

蓄水洪區(qū)一般地基承載力較差，路基處理是否妥當(dāng)直接影響整個項目的安全性。本項目沿線區(qū)軟土廣泛分布，局部地段直接出露于地表，根據(jù)勘察資料，設(shè)計過程中對軟土地基處理方案，包括水泥攪拌樁、碎石樁、CFG樁、PHC樁、水泥攪拌樁+泡沫輕質(zhì)土和CFG樁+泡沫輕質(zhì)土等可行性方案均進(jìn)行充分比較分析，綜合考慮項目特點、處理效果、沉降要求、工期和施工控制等，最終選用PHC樁及水泥攪拌樁。

蓄水洪對項目的沖刷影響主要為蓄滯洪區(qū)內(nèi)溝渠水系對橋墩的沖刷和蓄滯洪區(qū)運用時洪水對橋墩的沖刷。項目穿越金水河和余碼河，河道內(nèi)的橋墩受到河水沖刷，對橋墩安全設(shè)計造成了影響，經(jīng)計算得公路跨越金水河和余碼河的橋墩最大沖刷深度分別為2.6m和7.0m。在現(xiàn)狀和規(guī)劃條件下進(jìn)行分洪運用時，洪水對擬建公路大橋的橋墩產(chǎn)生一定的沖刷，橋墩最大沖刷深度約為1.42m，位置位于武漢至嘉魚段高速公路在分洪口門附近處，工程設(shè)計時應(yīng)充分考慮橋墩基礎(chǔ)的埋深。此段應(yīng)重點巡查設(shè)計洪水位以下路基防護(hù)設(shè)施，發(fā)現(xiàn)有裂縫、破損現(xiàn)象，及時進(jìn)行修復(fù)。

考慮到蓄滯洪區(qū)運用后較長時間的蓄、滯洪情況，橋墩和路基將受到長期的浸泡和風(fēng)浪襲擊，在工程設(shè)計、施工和運用時可根據(jù)線路實際地質(zhì)條件，采用可靠的防沖刷、防風(fēng)浪措施，以保證在分蓄洪時期線路不會因沖刷而受到破壞，保證分蓄洪時工程線路自身的防洪安全。工程沿線隔離網(wǎng)應(yīng)設(shè)置為活動型式，便于拆卸，并設(shè)置相關(guān)安全標(biāo)示，增加水上救生設(shè)施。

2.6 蓄滯洪區(qū)橋型方案選擇

項目為全橋方案，橋型的選擇對整個項目起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)蓄滯洪區(qū)橋梁跨徑及梁高分別進(jìn)行相同跨徑不同上部構(gòu)造、不同標(biāo)準(zhǔn)跨徑同橋長及下部構(gòu)造雙柱及三柱式橋墩的方案比選，通過經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析并結(jié)合施工、地形、地質(zhì)條件，考慮橋梁建筑美學(xué)的要求，最終確定了橋梁跨徑采用20、30m小箱梁及40m T梁，下部橋墩采用雙柱式墩方案【2】。

2.7 洪水影響評價

采用水流連續(xù)性方程和水流動量方程擬定數(shù)學(xué)模型，采用有限體積法的數(shù)值方法，進(jìn)行工程對蓄滯洪區(qū)分洪、退洪、溝渠水系的影響分析。本工程對防洪工程的影響主要表現(xiàn)為工程對堤防安全的影響，根據(jù)二維水流的模擬計算結(jié)果可以得出，在現(xiàn)狀和規(guī)劃條件下，工程的修建在蓄滯洪區(qū)分洪和退洪時，都不會對長江干堤造成影響【3】。

西涼湖蓄滯洪區(qū)運用機率為20～30a一遇，分洪運用概率較高，由于工程施工期時間較長，且橫跨各年的枯季和汛季，因此，項目施工時一定程度上會遇上汛期，并對工程施工質(zhì)量和安全帶來影響。在工程設(shè)計、施工時，可根據(jù)各橋墩處的實際地質(zhì)條件，采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，以保證在蓄滯洪區(qū)運用時期線路不會因沖刷而受到破壞。

3 結(jié)語

本文以實際工程項目為示例，通過武深高速嘉魚北段對穿越蓄滯洪區(qū)路段設(shè)計要點進(jìn)行歸納總結(jié)，闡述了蓄水洪地區(qū)高速公路建設(shè)的設(shè)計要點，以期對今后蓄水洪區(qū)內(nèi)公路設(shè)計提供一些借鑒。