津石高速公路跨越保沧干渠设计研究

聂小明

(河北省交通规划设计院 石家庄市 050000)

1 工程概述

津石高速公路是国家2013～2030公路网规划中的G0211联络线，连接天津、石家庄两个省会级城市，同时在京港澳高速和京沪高速之间新增一条东西向连接的高速通道，并连通唐津、石太两条高速公路，对完善国家高速公路网的结构，充分发挥路网资源的总体效益具有重要意义。

津石高速公路津冀界至石家庄段位于河北省南部，起于河北省境内冀津交界的子牙河，途经廊坊市的大城县、文安市，沧州市的任丘市，保定市的安国市、博野县、蠡县、高阳县、定州，止于津石高速公路石家庄段终点，路线全线171.238km。

2 设计标准

津石高速公路全线采用双向六车道高速公路标准，汽车荷载等级为公路—Ⅰ级，设计速度120km/h，路基宽度33.5m。主线的主要技术指标采用情况：中央分隔带宽度2m，右侧硬路肩宽度2～3m，平曲线最小半径2500m，不设超高最小平曲线半径5600m，同向曲线间最短直线长度1175.3m，反向曲线间最短直线长度354.8m，平曲线最小长度921.3m，平曲线占路线总长比例64.8%，最大纵坡2.0%，最小坡长300m，竖曲线最小长度250m，竖曲线占路线总长比例57.3%，停车视距210m。其他主要技术指标见表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点至终点大致呈东西走向，然后转为东北至西南走向；项目范围内保沧干渠工程则呈东北至西南走向，然后转为东西走向。故本项目与保沧干渠的交叉不可避免，共有15处交叉，其中主线与保沧干渠交叉3次、匝道与保沧干渠交叉10次、连接线与保沧干渠交叉2次。

表1 主要技术指标(主线)

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县北三王村东北侧跨越保沧干渠主干线，交叉位置处于北三王互通范围内。交叉处主线里程为K29+867.8，此处干渠位于直线上，主线与干渠交叉角度为59.2°。

在互通范围内，与干渠交叉共7处，均采用桥梁跨越，桥下最小净空为2.1m，桩基与干管的最小净距为6.7m，桥址以亚砂土和亚粘土为主，桩基设计不考虑管沟底部至地面段的摩擦阻力。

(2)任丘市香城铺村北

交叉处保沧干渠里程桩号NPF3+809，高速公路里程为K69+443.9，此处干渠位于直线上，交叉角度为118.9° 。高速公路采用桥梁方式进行跨越，桥下最小净空4.20m，桥址处以粉土和粉质粘土为主，桩基与干渠管道最小净距9.1m，桩基设计不考虑管沟底部至地面段的摩擦阻力。

(3)东墟互通

在互通范围内，与干渠交叉共3处，均采用桥梁跨越，桥下最小净空为2.6m，桩基与干管的最小净距为6.0m，桥址以粉土为主，桩基设计不考虑管沟底部至地面段的摩擦阻力。

(4)赵各庄互通

在互通范围内，与干渠交叉共2处，均采用桥梁跨越，桥下最小净空为4m，桩基与干管的最小净距为5.33m，桥址以粉土和粉质粘土为主，桩基设计不考虑管沟底部至地面段的摩擦阻力。

交叉点处保沧干渠为直埋DN1800双排钢管输水管道，钢管强度为Q345，采用螺旋焊缝焊接，壁厚为20mm，焊接等级为Ⅱ级；钢管外套Ⅲ级混凝土管，混凝土套管采用C40混凝土，橡胶圈密封，管道与高速的交角为100°。

(5)东墟互通连接线

交叉处位于蠡县中卫村西南侧，大齐村北侧，公路里程为K3+358.88，保沧干渠桩号69+497.64，交叉角度为70°。采用桥梁形式跨越，桥下最小净空为2.6m，桩基与干管的最小净距为11.8m，桥址以粉土和粉质粘土为主，桩基设计不考虑管沟底部至地面段的摩擦阻力。

(6)孙氏互通连接线

交叉处位于文安县前孙章村南侧、任文干渠北侧，公路里程为K11+347，保沧干渠桩号NPF35+985.00，交叉角度为75°。采用桥梁形式跨越，桥下最小净空为3m，桩基与干管的最小净距为5.04m，桥址以粉土和粉质粘土为主，桩基设计不考虑管沟底部至地面段的摩擦阻力。

3.2 跨越方案

公路跨越保沧干渠处采用桥梁方案，以维持管道上方原土压力不变，保证高速公路运营期间对保沧干渠等设施无影响。详见表2。

表2 跨越方案

邻接管道部分路基设置挡土墙，路基不放坡，挡土墙基础与干管的净距大于5m。

4 设计过程中的防护措施

4.1 防撞设计

拟建桥梁两侧设置SA级墙式防撞护栏，有效地避免了车辆在突发事故时冲出桥面对保沧干渠产生不利影响。

4.2 跨越位置处排水设计

跨越位置处桥面范围内不设置泄水孔，将桥面水引至桥梁两侧的路基排出，避免桥面排水对输水管道顶面覆土的冲刷。

路基边沟在桥梁位置处不设置。

4.3 跨越位置处边沟设计

桥头两侧6m和桥梁范围内，不设置路基边沟，干渠上方不挖土。

4.4 桥下安全围挡

在桥下设1m高砖墙作为围挡。

4.5 邻接段位置、长度、安全距离

邻接段涉及北三王互通DK0+554.755、BK0+536.567、HK0+242.325三座桥梁，邻接段的处理方案及长度，与干管的相对位置关系如图1～图4。

DK0+554.755、BK0+536.567、HK0+242.325，台后设置泡沫轻质土，段落长10m，路堤段和泡沫轻质土采用锥坡连接。锥坡坡脚距管道间距≥5m。

图1 DK0+554.755小桩号侧台后设计图

图2 DK0+554.755大桩号侧台后设计图

图3 BK0+536.567台后设计图

图4 HK0+242.325台后设计图

4.6 管道更换

桥下净空大于3m的采用通常机械进行施工，更换管道。东墟互通及东墟连接线处共4座桥梁桥下净空为2.6m，管道更换采用门架方案进行。门架有纵梁和横梁构成，纵梁为混凝土简支梁，高度为600mm，起吊横梁为2根I63b工字钢，基础为混凝土灌注桩，交通部门进行桥梁施工前需先对4座桥下的门架基础和纵梁施工，门架设计起吊最大起吊重量为9t。管道更换具体施工步骤如下：

(1)巡视人员发现桥下位置处有漏水现象，因为是双排管道，不能确定是左侧还是右侧漏水，故先在漏水位置采用小型挖掘机清除1.3m覆土(经咨询厂家，挖掘机工作高度2.06m，梁底至地面净空2.6m，满足要求)，管道上方预留0.5m覆土，进一步观察确认漏水管道位置。

(2)假设确认需要更换管道为左侧管道，采用人工挖土方式清除管道上方0.5m覆土；管道右侧覆土清除至管道中心高程处，并以1∶1放坡至第一次开挖工作面，确定右侧为损坏管道处于覆土保护安全状态。

(3)待更换管左侧距离门架桩净距6m，左侧覆土清除至管道中心高程处，并向左侧清除4m，然后以1∶1放坡至第一次开挖工作面。

(4)此时待更换管道中心以上覆土完全清除，然后进行管道切割破碎工序，然后清除破损管道。

(5)采用平板车等工具将新管(钢管)运送至更换位置附近。

(6)新换钢管每节重约6t，采用CD1钢丝绳葫芦10t级吊起新管，经过咨询厂家，手动葫芦需要的管顶以上操作空间为2.1m，工字钢梁底至管顶净空2.45m，满足要求。

(7)手动葫芦在工字钢梁上向右侧移动至管沟上方，然后吊放至管沟内。

经计算I63b工字钢最大挠度为30.3mm<19000/600=31.66mm，挠度满足要求；最大拉应力为105.1MPa<235MPa，强度满足要求。

4.7 台后填土对干管产生的影响分析

台后填土会对干渠处产生附加应力，其影响分析如下：

附加应力的计算按照《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007 4.2.1条进行，经计算产生的附加应力为7kPa，干管处土的压缩模量Es=3500kPa，干管处的沉降为6mm<10mm，满足要求。

5 结语

根据实际工程案例，分析了在津石高速公路跨越保沧干渠时设计采用桥梁跨越的方式，并提出了设计过程中的防护措施，为类似跨越项目提供了一定的借鉴。