道路穿越式涉路行为安全评价技术研究

2016-11-18陈国佳魏文鼎

城市道桥与防洪 2016年7期

关键词：桥台桥墩桩基

陈国佳，魏文鼎

（1.江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏　南京　210043；2.广东省建筑设计研究院，广东　广州　500010）

道路穿越式涉路行为安全评价技术研究

陈国佳1，魏文鼎2

（1.江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏南京210043；2.广东省建筑设计研究院，广东广州500010）

在各类涉路行为日趋普遍的情况下，对涉路行为的安全评价结论成为行政许可的主要依据。针对道路穿越式行为可能会对原路基、路面带来不同程度的破坏，结合吕梁山风景区旅游公路新城区段下穿连徐高速公路安全性评估实例，就道路穿越式涉路行为的安全评价展开研究，提出一套可以付诸实践的评价标准，可供相关专业人员参考。

涉路行为；安全评价；评价标准；符合性检验；结构验算

0　引言

道路穿越式涉路行为［1］是指从公路路面下部通过的涉路行为，主要包括铁路、公路、城市道路穿越。根据穿越位置的不同，道路穿越式涉路行为可分为路基下穿越和桥孔下穿越两大类。路基下穿越可能会引起路基的不均匀沉降或局部隆起，造成路面结构的破坏；严重时甚至引起路基的失稳，造成公路结构层的倾覆。桥孔下穿越可能会引起地基的不均匀沉降，造成桥墩结构的水平或竖向位移，严重时造成桥墩的倾覆及上部结构的破坏。

然而，我国目前对于该类涉路行为的安全评价工作还没有相对统一的实施办法，技术标准也存在不足，形成了基层部门自行组织、自行聘请技术人员进行评价的局面，导致评价工作不规范、评价结论权威性不足，行政许可制度执行中存在较多问题［2～4］。

为了改变该类涉路行为安全评价工作实施过程中无章可循的现状，本文就道路穿越式涉路行为的安全评价展开研究，以图提出一套可以付诸实践的评价标准，这不论对公路管理机构还是设计单位、施工单位、涉路工程申请人都能提供一定的指导意义。

1　公路穿越式涉路行为评价内容

（1）穿越段道路设计指标符合性检验：位置、线形（平纵指标）、交叉角度、视距、净空、排水、交通安全措施等是否满足规范要求；设计方案是否满足未来公路拓宽改造的要求；

（2）验算新建道路路基填挖后既有公路桥梁结构是否安全，或分析新建公路隧道或箱涵结构施工对既有公路路基安全的影响；

（3）施工保障措施：评价施工方案是否符合现场情况及相关规范的要求，施工区交通组织、安全保障措施和施工应急预案等是否合理；

（4）运营期安保措施。

2　吕梁山风景区旅游公路新城区段下穿连徐高速公路安全性评估实例

2.1工程概况

某市拟新开辟一风景区以开发旅游资源。该风景区旅游公路工程全长3.5 km，采用二级公路建设标准，设计速度采用60 km/h。路基宽度采用12.0 m，路面宽度采用8.5 m，其中：行车道宽2× 3.5 m，硬路肩宽2×0.75 m，土路肩宽2×1.75 m。

其中一段需要下穿沿江高速公路某桥梁，桥梁全桥13孔20 m，全桥两联组合为19.954 m+5× 20 m+19.954 m和19.954 m+4×20 m+19.954 m，桥梁全长266.016 m。本桥上部结构采用部分预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式台，桥墩采用柱式墩，基础均为桩基础，桥墩直径1.2 m。平面位于R=7 000 m的左偏圆曲线上。

既有桥梁主要设计指标：设计荷载：汽车-超20级；挂车-120；路基宽度：28 m；设计洪水频率：1/300（1/100）；地震基本烈度：Ⅶ度。

由于桥下净空不足，设计方案中下穿高速公路段采用路堑形式，见图1。U型槽为钢筋混凝土结构，混凝土采用C30。U型槽长期处于地下水的环境中，U型槽两外侧壁及内侧底板采取防水措施，抗渗等级为W6级，另外在U型槽的两外侧壁及内侧底板涂渗透结晶型防水材料，在底板下铺膨润土防水毯。U型槽底部高程大于常水位的路段采用石砌挡土墙防护边坡，小于此数值的路段采用U型槽，以防止地下水侵害路面结构层。

图1　路基标准横断面示意图

在高速公路桥梁下方采用沉井法施工，沉井采用排水下沉，每块沉井长度为20 m。先施工沉井，再施工相邻两侧U型槽，由于地下水位较高，且沉井采用排水下沉，因此采用沉井法施工的范围内进行轻型井点降水。

下穿桥梁段路基右侧沿桥台锥坡坡脚线外侧5 m做两排高压旋喷桩，桩长18 m。路基左侧靠近高速公路桥墩一侧，采用单排10 cm塑料管灌浆加固桥墩土体，对桥梁墩台进行防护。

下穿段路面降水通过漫流进入路面边缘集水井，通过钢筋混凝土排水管连至路线检查井，再通过钢筋混凝土排水管汇入泵房，最后经泵房集中排出。

2.2穿越公路设计指标符合性检验

（1）线形（平纵指标）

穿越道路采用二级公路建设标准，设计速度采用60 km/h。经核查：下穿段平面位于半径300 m的圆缓—缓直段，缓直段后接半径为428.907 m的直缓段，平曲线半径满足规范要求。凸形竖曲线最小半径5 000 m，凹形竖曲线最小半径3 000 m，满足规范要求。路线最大纵坡为1.831%，最小坡长150 m，满足规范要求。

（2）交叉角度

下穿道路与高速桥梁的交角为90°，满足规范要求。

（3）视距

分离式立体交叉跨线桥应满足桥下公路的视距和对前方信息识别的要求。经核查，下穿道路在高速桥梁处的视距满足规范要求。

（4）净空

本工程下穿桥梁第13孔，设计文件高速桥下净高调整为：下穿段终点处路线净高5.3 m，考虑高速未来拓宽后净高为5.1 m，净空高度满足要求。公路路基边缘距12号桥墩盖梁0.95 m，距13号台前锥坡2.83 m，净空宽度满足规范要求。

（5）排水

本工程在下穿段的路线纵坡为2.33%，纵断面最低点在K1+580位于桥梁外侧，满足规范要求。

高速公路现有排水沟断面尺寸为底宽0.6 m、深1.0 m、顶宽2.6 m，本项目设计排水沟断面尺寸为底宽1.0 m、深1.5 m、顶宽4.0 m，满足排水要求。

（6）安全防护措施

本工程道路虽为二级道路，但车流量较大，下穿处U型槽侧墙的端面设置立面警示标记。

2.3桥梁结构验算

为保证下挖施工对原有高速桥梁结构不产生破坏，需要对桥梁结构进行安全性验算。桥梁桩基承载能力验算：计算开挖后桥台以及桥墩桩基在正常使用极限状态荷载作用下的桩顶位移、地基承载力，在承载能力极限状态荷载作用下的桩基受弯、受压承载力，验算以上是否满足要求。

（1）桥台桩基承载能力验算

在进行桩基承载能力验算时，不考虑高压旋喷桩加固对桥台的影响，桥台桩基承受的土压力计算高度为开挖后的地面至桥台台后填土表面的高度，计算地面处桩基荷载计算结果见表1。

表1　地面处13号桥台桩基荷载计算表

计算结果及验算：13号桥台桩基计算内力沿桩长分布见图2，13号桥台桩基承载力计算结果见表2。

图2　13号桥台桩基计算内力沿桩长分布图

表2　13号台桩基承载力结果表

经验算：

13号台桩基地面处水平位移6.41 mm＜10 mm，台底水平位移满足要求；桩底实际承载力2 508 kN＜桩底容许承载力4 288 kN，地基承载力满足要求；实际弯矩最大值2 094 kN·m＜弯矩抗力值4 838 kN·m，实际轴力最大值2 754 kN＜轴力抗力6 080 kN，桩基受弯、受压承载力满足要求。

（2）桥墩桩基承载力验算

12号墩经开挖后对桩基产生水平土压力，在承载力验算时，不考虑高压旋喷桩的影响，桩基受到的侧向土压力计算高度为开挖的高度，桥墩桩基荷载计算结果见表3。

表3　地面处12号墩桩基荷载计算表

计算结果及验算：12号桥墩中桩计算内力沿桩长分布见图3，12号桥墩中桩承载力计算结果见表4。

图3　12号桥墩桩基内力沿桩长分布图

表4　12号墩桩基承载力结果表

经验算，12号墩桩基地面处水平位移1.732 mm＜ 10 mm，桩顶水平位移满足要求；桩底实际承载力4 538 kN小于桩底容许承载力6 044 kN，地基承载力满足要求；实际弯矩最大值508.6 kN·m＜弯矩抗力值2 084 kN·m，实际轴力最大值5 170 kN＜轴力抗力20 550 kN，桩基受弯、受压承载力满足要求。

（3）桥梁结构保护措施

原设计下穿桥梁段路基右侧沿桥台锥坡坡脚线做两排高压旋喷桩，设计桩长8.5 m。根据评估审查意见，为减小井点降水对高速公路路基的影响，改为将高压旋喷桩打入粘土层，桩长18 m，并且做出高速公路路基锥坡外侧5 m，符合要求。

原设计地勘资料显示地下水常水位为37.47 m，经核实确认地下水常水位为33.60 m，随季节变化约为1.0 m，按34.60 m验算U型槽抗浮系数为1.17，满足要求。

2.4施工保障措施

（1）沉井下沉、高压旋喷桩开挖施工时采用一定的防护措施，确保大桥下部结构的安全。

（2）沉井采用排水下沉施工方法，在施工过程中要严格按照施工方案执行，抽取的地下水要及时进行排除，防止出现大范围的漫流以及积水。

（3）施工方案在桥台两侧坡脚外各设置一个地下水位观测孔，用于观测地下水位情况，若地下水位下降速度过快、降幅过大，应减小降水速度。在降水期间，应定期对基坑外地面、桥台锥坡、桥墩及桥台背墙附近高速公路路面进行沉陷监测。

（4）高压旋喷桩施工时严禁大范围开挖土体，旋喷桩完成后要立即回填，保证桥梁下部结构的安全。

（5）施工场地应设明显的安全警戒线，夜间施工时应设醒目的标志灯，施工现场灯光必须严格规范布置，以免对高速公路桥上行驶车辆造成眩光等影响。施工过程中严禁地方村民、行人，尤其是儿童和老人进入施工作业区，严禁施工人员进入高速公路路面，以免对高速公路正常运行造成隐患。

（6）施工使用机械应符合安全标准，操作人员应具有相关的职业资格证，开挖操作需严格按照相应的规章制度进行，严令防止由于机械设备操作不当对桥墩桩基本身造成破坏。

2.5运营期安保措施评价

（1）设计在交叉处附近按照相关规定设置限速标志和解除限速标志。