東北平原地區(qū)高速公路通道橋改擴建設計方案分析

陳連海

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

1 概述

隨著經濟的發(fā)展，我國高速公路建設日趨完善，交通量的增加對交通運輸能力的需求日益嚴峻，為保證高速公路的通行和服務水平，對高速公路進行加寬改擴建是非常重要和行之有效的方式。

通道橋是高速公路與低等級公路、鄉(xiāng)村道路、機耕道相交的立體交叉方式，平原地區(qū)的路網密集、發(fā)達，通道橋所占比重較多，每公里可達2～3座，因此通道橋的改擴建設計對沿線居民出行有著巨大影響。作者結合自身在設計過程中的體驗和理解，對東北平原地區(qū)高速公路改擴建中的通道橋設計方案進行分析介紹，以便提供參考。

2 既有通道橋改擴建方案介紹

通道橋改擴建方案主要考慮橋梁技術狀況評價，以及通行現狀與功能適應性方面。并應在調查、評價的基礎上，結合改擴建需求，予以充分利用[1]。技術狀況評價可通過對橋梁的現場檢測、計算分析等工作確定。通過幾個改擴建項目的工作體會，作者認為技術狀況評價是橋梁改擴建方案的重要因素，這方面工作是必不可少的，在設計中，通道橋的通行現狀和功能要求會影響到每座橋梁的具體加寬改造方案，下面主要針對這方面工作進行分析介紹。

2.1 針對原橋的現狀和功能要求方面，通道橋改擴建設計應符合的原則

(1)既有橋梁應本著“節(jié)約資源、避免污染、節(jié)省投資”的原則盡量考慮利用。

(2)設計時應結合現有地方路網情況、城鎮(zhèn)規(guī)劃情況、施工期地方路網保通方案、縱斷擬合設計等因素綜合考慮。對被交叉公路盡量不改變現有的位置，必須改造的盡量做到直捷、 順適，同時滿足交叉角度的要求，避免大的彎曲和起伏。

(3)通道設置應根據沿線村屯和原有路網的分布，按照“以人為本”的指導思想，最大限度地減少對沿線居民出行的影響。

(4)對于橋下積水的通道，應采用措施加強橋下防排水。

(5)對于橋下凈寬、凈空不滿足使用要求且路線縱斷抬高不大的通道橋，可考慮采用維持甚至降低既有通道標準并增設天橋的設計方案，必要時原橋也可加大孔徑拆除重建。

根據現場調查，平原區(qū)高速公路通道橋普遍存在橋下易積水、淤積嚴重、通行凈空受限等問題。這些問題與原橋設計理念有一定關系，由于這些高速公路沿線地形平緩，多為基本農田，路基高度受占地、取土等限制填高一般較低，這就制約了通道橋底高程和通行凈空的設置，據調查既有通道中很多橋梁采用下挖被交道方案，橋下凈空普遍沒有預留提升空間。而且橋梁加寬時由于橋面橫向坡度順延，還有上部結構拆除新建后建筑高度增加的影響，橋下凈空將進一步被壓縮，橋梁的通行能力更加降低。另外隨著沿線經濟發(fā)展，路網逐步完善，現有通道橋凈空和跨徑也有很多不能滿足地方路網的發(fā)展要求。

2.2 針對發(fā)現的問題，通道橋的加寬改造設計可采用的方案

(1)方案一。原橋完全利用或完全擬合既有標高拼寬改造方案。當通道橋凈空滿足要求僅需處理通道積水時，首先應改善通行條件，重新設置鋪砌；對存在少量積水的通道為方便行人通行可設置人行平臺；對排水困難積水嚴重的通道除改善鋪砌外，還可采取加深邊溝兼做蒸發(fā)池方式；對于橋址處地下水位較深且地下有良好滲水土層時，也可設置滲井將雨水引入地下滲水層排出[2]。

當拼寬通道橋凈空不滿足要求時，應采取原橋下挖至設計高程的方案。該方案需要先挖除舊橋鋪砌再降至設計標高，如果下挖較多則需切除原橋外露的支撐梁等基礎部分，然后重新鋪設混凝土鋪砌，通道鋪砌形成支撐板并配置受力鋼筋兼做支撐梁作用見圖1，同時應參照上述原則處理好通道積水。

圖1 舊橋鋪砌和支撐梁拆除并設置支撐板

(2)方案二。原橋拆除新建、或上部結構通過頂升和拆除新建的方式抬高橋面標高方案。本著“原橋盡量利用”的原則，對原橋是否拆除新建或部分拆除應慎重確定，如舊橋利用價值很低或無法利用時采用拆除新建方案為宜。頂升方案對舊橋利用率高、施工工期短、可節(jié)省投資，但對舊橋自身結構能否經得起頂升過程有很大不確定性，需要進行現狀檢測評價和荷載試驗。通過橋面標高抬高，橋下在滿足凈空要求的同時橋底高程也可合理抬高，原橋下鋪砌拆除新建，以改善道路通行條件，必要時還可設置橋下排水溝，避免橋下出現積水問題。

(3)方案三。既有通道橋維持現狀或降低功能標準，在臨近位置增加天橋方案。高速公路改擴建中的路線縱斷設計雖然原則上應遵守“寧填勿挖”設計理念，但過大的縱斷抬高調整不利于舊路利用，增加了占地面積和土石方工程量，還會影響施工組織設計，增加施工期交通組織的難度，所以設計中應盡量考慮縱斷擬合舊路，減少縱斷抬高段落。當縱斷無法抬高，原橋仍需提升通行條件時，可考慮原橋利用舊橋擬合標高加寬，橋下凈空和積水問題適度處理，對橋下鋪砌適當改善即可，該方案重點在于合理確定天橋位置，合理布設天橋引線等。

通道橋改擴建須根據被交道路通行等級和規(guī)劃要求，并結合路線縱斷線擬合、調整情況采用合理的設計方案。

方案一適用于既有通道橋凈空滿足要求或縱斷設計只擬合舊路的情況，該方案在節(jié)省造價、節(jié)約占地、充分利用舊橋方面有一定優(yōu)勢，但該方案對橋下通行狀況改善不足，平原地區(qū)本身排水困難，為滿足凈空要求原橋繼續(xù)下挖，更容易造成橋下積水，即便采取排水措施，也只能起到緩解作用，如果現場與設計不符或措施處理不當，對沿線群眾的生產生活影響很大。另外東北屬于季凍地區(qū)，基礎埋深需要考慮地基凍脹影響，埋深一般控制在1.5～1.8m左右，對于遼寧南部埋深不小于1.0m，而黑龍江可達2.0m以上，這也制約了舊橋下挖空間。而且積水在冬季結冰后更不利于通行，也降低了凈空標準。所以采用方案一應考慮通道橋現狀與路網規(guī)劃要求的適應程度，并做好防排水設計。

當橋下道路現狀很差、橋下凈空嚴重不足時，宜考慮采用方案二或方案三。方案二更適用于凈空需要提高較多，或原橋孔徑不滿足規(guī)劃要求，且路線縱斷可抬高的情況。該方案可有效改善通道橋的通行狀況，對橋下道路改善可達到最大化處理。方案三適用于路線縱斷無法抬高，且現場有條件設置天橋，以改善地方路網的情況。該方案雖然對通道橋功能沒有改善甚至會有所降低，但通過設置天橋，將橋下道路改為上跨高速公路，最大程度地回避了舊橋凈空和跨徑不足，以及橋下積水問題。

3 改擴建案例分析

上述三種方案適用條件不同也各具優(yōu)勢，需要結合實際情況進行分析選取。方案比選時應從定性分析和定量分析兩方面考慮。定性分析主要是考慮方案的可行性，定量分析主要是考慮方案的造價、占地、工程量、施工難度以及工期影響等方面。以東北某高速公路改擴建項目為例，原路通道橋孔徑為1-10m，現狀凈空為3.0m，橋下積水嚴重且鋪砌已破損。經調查，該通道橋為村民主要通行道路，根據地方路網規(guī)劃該路規(guī)劃為鄉(xiāng)道，凈高要求為4.5m，并且地方要求橋下鋪砌應抬高來解決橋下積水問題。

該通道橋如果采用前述舊橋下挖方案(即方案一)設計，為滿足規(guī)劃凈空要求并考慮橋面橫坡對加寬的影響，原橋則需要下挖2.0m左右。采用該方式會造成原橋基礎、支撐梁等完全外露(原橋埋深1.8m)，將給橋梁結構安全帶來隱患，而且由于下挖深度較大橋下積水問題無法解決，還可能給居民出行帶來更大不便。通過分析，該通道橋改擴建設計不宜采用下挖方式，所以設計時主要針對另外兩個方案進行了比較，以確定更加經濟、合理的方案，具體比較情況如下：

方案A(見圖2)：增設天橋方案，即原通道保留(即方案三)，原橋僅滿足機耕道的通行能力，同時橋下鋪砌適當抬高，改善橋下排水條件，凈高調整為2.7m。并在主線合適位置增設天橋，以滿足地方規(guī)劃要求。天橋引線設置原則應遵循與原地方路順接，且縱坡滿足規(guī)范要求(縱坡不大于3%為宜)，同時也盡可能減少村民繞行距離。經詳細核查，天橋位置確定距離原通道約380m處。

圖2 方案A平面示意

方案B(見圖3)：原通道縱斷抬高(即方案二)，通道凈高按4.5m控制，并抬高橋下鋪砌避免橋下積水，為滿足要求，經核實縱斷最大需要抬高2.1m，涉及主線長度2.2km。

圖3 方案B通道縱斷圖

兩個方案的主要工程量和概算造價比較見表1。

從表1中可以看出：方案A與方案B相比土方基本相同，舊路加鋪面積增加2091m2，新建路面面積減少20910m2，征地面積多1.619公頃，雖然增加天橋一座，但總概算造價減少約110萬元。

表1 路線方案比較表

另外，若抬高通道處縱斷，需抬高2.2km主線縱斷，最大抬高2.1m，造成施工工期增長。由于項目工期安排緊湊，施工期間采用半幅封閉半幅通車的施工組織方案，而抬高主線縱斷不利于施工期的保通安全和工期安排，因此應盡量避免大段落的縱斷抬高，故經綜合比較設計推薦采用方案A。

4 結束語

綜上所述，方案選取需要結合通行現狀、路網規(guī)劃要求和路線縱斷設計情況。設計時優(yōu)先考慮方案一的可行性，盡量考慮原橋利用。當舊橋現狀與預期的功能要求差距較大，方案一不能滿足時，應分別考慮方案二和方案三的適應性。

無論采用何種方案，對通道橋下積水的情況，應根據實際情況考慮采用加強縱橫向排水、抬高被交路標高、設置大邊溝蒸發(fā)池等相結合的設計方案進行改善。