張曉明

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司 武漢市 430051)

0 引言

國(guó)家高速公路網(wǎng)已日趨完善，高速路網(wǎng)密度逐漸增大，高速公路的建設(shè)條件各異，在長(zhǎng)江、黃河及大型河流沿江河區(qū)域修建的路網(wǎng)也越來(lái)越多，江河區(qū)域內(nèi)受洪水影響較大，在沿江河一定范圍內(nèi)主管部門劃分了一定規(guī)模的分蓄洪區(qū)，以調(diào)節(jié)洪水，減少其影響。

以湖北省荊州市境內(nèi)武漢城市圈環(huán)線高速公路洪湖段(以下簡(jiǎn)稱“洪湖段”)為例，詳細(xì)闡述了在工可階段提出的低路堤、高路堤和高架橋方案的優(yōu)缺點(diǎn)，洪湖東樞紐互通設(shè)計(jì)時(shí)方案必選過(guò)程、主線縱坡設(shè)計(jì)原則、路基填料方案，建設(shè)時(shí)樞紐互通現(xiàn)澆箱梁施工工序調(diào)整、樁基試樁及優(yōu)化設(shè)計(jì)、沿線便道建設(shè)等方面進(jìn)行了論述。

1 項(xiàng)目概況

洪湖段為武漢城市圈環(huán)線高速公路西南環(huán)的組成部分，武漢市與周邊鄂州、黃石、黃岡、孝感、咸寧、天門、仙桃、潛江等8個(gè)城市組成“武漢城市圈”，環(huán)線全長(zhǎng)約560km，武漢城市圈環(huán)線如圖1所示。

圖1 地理位置圖

洪湖段起于東荊河五湖南側(cè)(仙桃市與洪湖市行政區(qū)域交界處)，對(duì)接環(huán)線高速仙桃段，起點(diǎn)樁號(hào)K175+938，經(jīng)洪湖市新灘鎮(zhèn)、大沙湖農(nóng)場(chǎng)，止于燕窩鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村，對(duì)接嘉魚長(zhǎng)江公路大橋，終點(diǎn)樁號(hào)K195+641，路線全長(zhǎng)19.703km。全線穿越洪湖分蓄洪區(qū)東分塊，采用高架橋方案，主線共分12個(gè)橋段(含互通主線橋)；設(shè)互通式立交2處，其中樞紐互通1處(與洪湖到監(jiān)利高速公路交叉為洪湖東樞紐互通)、一般互通1處(燕窩互通)；設(shè)匝道收費(fèi)站1處、服務(wù)區(qū)1處(大沙湖)、養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處。主線采用設(shè)計(jì)速度100km/h，雙向四、六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，四車道路基寬26m，六車道寬33.5m，其中起點(diǎn)至洪湖東樞紐互通段為四車道，其余路段為六車道；汽車荷載等級(jí)：公路—Ⅰ級(jí)；設(shè)計(jì)洪水頻率：特大橋?yàn)?/300，其余為1/100。

2 洪湖分蓄洪區(qū)介紹

洪湖段全線穿越洪湖分蓄洪區(qū)東分塊，洪湖分蓄洪區(qū)是長(zhǎng)江中下游整體防洪的重要組成部分，是處理城陵磯地區(qū)超額洪水，保障荊江大堤、武漢市防洪安全的一項(xiàng)重要防洪工程設(shè)施。東分塊全部是洪湖市管轄范圍，由腰口隔堤、洪湖主隔堤、東荊河堤及長(zhǎng)江干堤形成蓄洪封閉圈，蓄洪總面積889.74km2，圍堤總長(zhǎng)164.25km，其中洪湖監(jiān)利長(zhǎng)江干堤85km、洪湖主隔堤10.4km、東荊河堤42.9km、腰口隔堤25.95km。分洪啟用標(biāo)準(zhǔn)在三峽建成后為20～30年一遇。

洪湖段線路距套口進(jìn)洪口門最短直線距離25.4km、最長(zhǎng)直線距離30.5km，距補(bǔ)元退洪口門最短直線距離10.2km。未穿越規(guī)劃的安全區(qū)(臺(tái))，僅跨越了一條轉(zhuǎn)移道路。項(xiàng)目受洪湖分蓄洪水位控制，百年一遇分蓄洪水位為30.71m(85高程，以下同)，內(nèi)澇水位為24.14m。

3 工可階段[1]方案研究

在工可階段提出了低路堤、高路堤和高架橋方案進(jìn)行比選，其中低路堤方案以內(nèi)澇水位控制整體路線的基本高程，路線在分蓄洪區(qū)范圍設(shè)置一定長(zhǎng)度的高架橋段(其余為路堤)，使其只是滿足低水位時(shí)的過(guò)洪要求。高路堤方案以蓄洪水位控制整體路線的基本高程，路線在分蓄洪區(qū)范圍設(shè)置足夠長(zhǎng)度的高架橋段(其余為路堤)，使其充分滿足預(yù)計(jì)的洪水條件下的過(guò)洪要求。分蓄洪時(shí)路堤不被淹沒(méi)，路面交通將不中斷，不影響公路發(fā)揮防洪搶險(xiǎn)作用。高架橋方案以蓄洪水位控制整體路線的基本高程，分洪區(qū)全境采用高架橋，對(duì)于分蓄洪區(qū)過(guò)洪影響最小，路面交通將不中斷，不影響公路發(fā)揮防洪搶險(xiǎn)作用。針對(duì)三種方案，從工程量、造價(jià)、環(huán)評(píng)、水保、對(duì)分蓄洪區(qū)影響等方面進(jìn)行了定量和定性比較，主要數(shù)量及影響因素對(duì)比見表1，最后推薦方案采用高架橋建設(shè)方案。

表1 主要數(shù)量及影響因素對(duì)比表

4 設(shè)計(jì)[2]技術(shù)要點(diǎn)

考慮到論文篇幅要求，僅對(duì)路線、樞紐互通、橋梁布跨和路基設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

4.1 路線

項(xiàng)目起點(diǎn)接正在施工的環(huán)線仙桃段，終點(diǎn)接嘉魚長(zhǎng)江大橋，大橋的通航、防洪等專題均已批復(fù)，起終點(diǎn)明確，路線平面受洪湖東樞紐互通交叉位置、內(nèi)荊河規(guī)劃IV級(jí)航道、服務(wù)區(qū)設(shè)置等控制，路線縱面需考慮橋梁梁底標(biāo)高應(yīng)高出計(jì)算水位(蓄洪水位+壅水+浪高)0.5m以上[3]，考慮排水問(wèn)題主線最小縱坡不小于0.3%，并在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)考慮分洪時(shí)救災(zāi)船只通行凈空的要求。

4.2 洪湖東樞紐互通

項(xiàng)目與在建的洪湖至監(jiān)利高速公路(以后簡(jiǎn)稱洪監(jiān)高速)交叉，項(xiàng)目上跨洪監(jiān)高速，在初步設(shè)計(jì)階段提出3個(gè)方案進(jìn)行比選，洪湖東樞紐互通交通量及方案比較如圖2所示。

方案一采用變形苜蓿葉形三環(huán)式，立交形式滿足主交通流,設(shè)置兩條集散車道增大了橋梁規(guī)模；方案二采用變形苜蓿葉形對(duì)角象限雙環(huán)式(2)型，滿足主要交通流向，且不存在交織，交通轉(zhuǎn)換功能相對(duì)較好，該形式互通規(guī)模大，占地較多；方案三采用變形苜蓿葉形對(duì)角象限雙環(huán)式(1)型，立交形式滿足主交通流,工程規(guī)模較小,占地少,主線方向存在兩個(gè)出口，容易誤導(dǎo)司乘人員，經(jīng)綜合比選推薦方案三為推薦方案，后續(xù)施工圖設(shè)計(jì)把雙出口優(yōu)化成單出口設(shè)置，定量比較見表2。

表2 互通方案比較表

4.3 橋梁[4]方案設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)制橋梁上部結(jié)構(gòu)方案采用了20m、30m、40m小箱梁進(jìn)行了定量比較，由于路線縱坡受蓄洪區(qū)水位控制，橋梁高度一般在15～30m，經(jīng)比較30m跨徑最經(jīng)濟(jì)，下部結(jié)構(gòu)在六車道路段范圍內(nèi)分別采用雙柱式和三柱式進(jìn)行比較，采用雙柱式最經(jīng)濟(jì)，由于樁柱數(shù)量減少1/3，節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了施工工期。根據(jù)航道主管部門回函意見，該工程所跨內(nèi)荊河航道規(guī)劃等級(jí)為四級(jí)，為限制性航道，該航道跨河建筑物雙向通航孔通航凈空尺度應(yīng)不小于凈高8m，凈寬55m。結(jié)合實(shí)際兩側(cè)堤防的相對(duì)位置及防洪部門意見，上構(gòu)設(shè)計(jì)采用63.5m+100m+63.5m的變截面連續(xù)箱梁，采用掛籃施工，下構(gòu)采用實(shí)體橋墩接承臺(tái)樁基?；ネā⒎?wù)區(qū)內(nèi)變寬較大路段采用等截面連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)，采用滿堂支架施工，后續(xù)施工由于支架高度太高，施工措施費(fèi)用大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，部分墩高較高的現(xiàn)澆梁采用了移動(dòng)模架施工。

圖2 洪湖東樞紐互通交通量及方案比較圖

4.4 路基方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)置大沙湖服務(wù)區(qū)和燕窩互通，其中燕窩互通為A型單喇叭，接省道329，服務(wù)區(qū)場(chǎng)坪、互通部分匝道包含路基工程，項(xiàng)目地處江漢平原，為河湖沖洪積平原區(qū)基本地貌單元，取土困難。由于整個(gè)項(xiàng)目填方僅為43.7萬(wàn)立方米，在路基附近旱田設(shè)置2處取土場(chǎng)，取土場(chǎng)按3m深取土設(shè)計(jì)，取土后恢復(fù)表層耕植土，旱田調(diào)整為水田。從地質(zhì)資料分析，路基段軟土地基廣泛分布，淺層淤泥或軟土且深度小于或等于3m的一般軟基路段采用挖除換填4%石灰土方案處治，換填后壓實(shí)度不得小于93%，對(duì)于軟基深度大于3m的，一般軟基處理措施主要有塑料排水板、雙向水泥攪拌樁、CFG樁和預(yù)應(yīng)力管樁等加固處理[5]，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，綜合對(duì)比后選定采用雙向水泥攪拌樁加固處理，樁徑一般0.5m，采取正三角形布置，樁間距根據(jù)處理位置不同和計(jì)算結(jié)果綜合確定，樁頂設(shè)有一層0.5m厚的砂礫墊層。后期實(shí)施時(shí)，由于無(wú)法落實(shí)取土場(chǎng)，服務(wù)區(qū)場(chǎng)坪填料變更為細(xì)砂，在路側(cè)設(shè)置一定寬度的粘土包邊。

5 建設(shè)期主要施工特點(diǎn)

洪湖東樞紐互通在施工圖設(shè)計(jì)階段，綜合考慮了互通匝道的施工工序，按施工工序進(jìn)行了現(xiàn)澆箱梁分段施工順序，后期實(shí)施時(shí)，由于工期要求，需要展開多個(gè)施工作業(yè)面，后續(xù)變更設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)變更施工梁段，原設(shè)計(jì)按逐孔施工張拉，變更為兩孔逐孔施工；部分箱梁采用設(shè)置梁端后澆帶，以適應(yīng)張拉空間要求，在后澆帶無(wú)預(yù)應(yīng)力筋通過(guò)時(shí)，通過(guò)增設(shè)鋼筋骨架，提高箱梁的抗剪承載能力。樞紐互通區(qū)內(nèi)有開口寬度達(dá)20多米幸福渠，水網(wǎng)密布，臨時(shí)便道建設(shè)采用在整個(gè)互通區(qū)內(nèi)吹砂后加鋪砂礫和碎石路面，在跨幸福渠時(shí)采用臨時(shí)鋼便橋，后期三期綠化設(shè)計(jì)結(jié)合互通場(chǎng)區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀進(jìn)行綠化整體方案設(shè)計(jì)。

圖3 洪湖東樞紐橋梁平面布置圖注：陰影部分為預(yù)制結(jié)構(gòu)小箱梁，其余為現(xiàn)澆箱梁

項(xiàng)目開工前，業(yè)主委托有資質(zhì)單位專門進(jìn)行了試樁試驗(yàn)，根據(jù)試樁后成果對(duì)地勘資料的樁側(cè)摩阻力和樁端承載力進(jìn)行修正，為優(yōu)化樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，優(yōu)化后經(jīng)統(tǒng)計(jì)全線每根樁長(zhǎng)減小約1.5～3m。

項(xiàng)目區(qū)沿線湖渠分布廣，農(nóng)田基本為水田，地方道路一般為1.5～3.5m寬的碎石路，少數(shù)道路為水泥混凝土硬化路面，等級(jí)較低，不適宜重載的施工車輛通行，在項(xiàng)目實(shí)施前，沿占地線一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置了施工便道，由于取土困難，便道路基填料采用吹砂法施工，即細(xì)砂加水?dāng)嚢韬?，用泥漿泵輸送，吹填至工程場(chǎng)地。

6 結(jié)語(yǔ)

洪湖段項(xiàng)目于2012年開工建設(shè)，2014年底建成通車，建設(shè)期間得到了業(yè)主方和社會(huì)各方的多次表?yè)P(yáng)，營(yíng)運(yùn)至今，高速公路使用狀況良好。

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目和分蓄洪區(qū)情況介紹，從工可階段的低路堤、高路堤和高架橋方案比較，到設(shè)計(jì)階段路線、樞紐互通、橋梁方案設(shè)計(jì)和路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及建設(shè)期施工難點(diǎn)包含互通區(qū)現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉處理、橋梁試樁和施工便道建設(shè)進(jìn)行了詳細(xì)論述和總結(jié)，為后續(xù)類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供借鑒。