水利干渠与公路工程交叉方案研究

2020-07-28刘亮明石家庄交通勘察设计院河北石家庄050000

建设监理 2020年4期

刘亮明（石家庄交通勘察设计院，河北石家庄 050000）

1 工程概况

1.1 水利干渠概况

交叉点处水利干渠为明渠，为供饮用水渠道，渠底净宽 3 m，上口宽 12.1 m，渠底及渠两侧边坡上采用现浇混凝土衬砌，渠顶两侧的堤顶为 4.55 m 宽，渠道左、右侧运行维护道路分别为 3.9 m 宽、2.4 m 宽，渠道外侧边坡采用混凝土框格植草护坡（如图 1 所示）。

图 1 水利干渠现状

1.2 公路工程概况

全线采用双向两车道二级公路标准，设计速度 80 km/h，路基宽度 12 m＝2×（3.75 m 行车道＋1.5 m 硬路肩＋0.75 m土路肩），汽车荷载等级：公路—Ⅰ级，地震动峰值加速度0.20 g。

1.3 交叉方案概述

公路工程与水利干渠交叉角度为 80°，干渠位于公路直线段，采用桥梁方式跨越干渠，上部结构采用 3 m×40 m的预应力混凝土小箱梁，3 孔一联，小箱梁采用预制，先简支后连续。桥梁基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，并考虑桩端阻力，桥下净空 4.6 m。桥梁与干渠构造分离，公路实施期、运营期对干渠不会产生不利影响，桥梁上部构造断面见图 2。

根据 JTG D60－2015《公路桥涵设计通用规范》第1.0.4 条规定，桥梁结构的设计安全等级为二级，桥梁主体结构的设计使用年限不低于 100 a。根据 JTG H11－2004《公路桥涵养护规范》，在公路运营期内新建桥梁交付使用 1 a 后，进行第一次全面检查，之后每隔不到 3 a 进行一次全面检查，根据全面检查结果对桥梁进行维修养护。超出设计使用年限后，若仍满足设计使用要求，将加密定期检查的频率，每年都进行全面检查、维修养护，若不能满足设计使用要求，则按规定进行拆除重建。

2 水利干渠的防护措施

2.1 设计过程中的防护措施

为满足《其他工程跨越下穿邻接河北省南水北调配套工程设计及安全评价技术要求（试行）》的要求，设计跨越水利干渠桥梁时应采用防护措施。

图 2 上部构造标准横断面图

采用一跨跨越干渠主体部分，桥梁的下部结构布置在渠道外坡脚以外，桩基与渠道外坡脚最小直净距 5.5 m，桩基施工时在远离外坡脚侧进行，保证水利干渠运行维护道路以上的净空尺寸≥ 4.5 m。

跨越桥梁两侧设置 SA 级墙式防撞护栏，防撞护栏高出桥面 1 m，设置长度为桥梁全长，有效避免车辆在突发事故时冲出桥面对干渠产生不利影响，同时在干渠的这一跨两侧均设置 40 m 长的防落物网，防落物网高出桥面大于 2.5 m。

为防止桥面积水流入干渠造成水源污染，采用桥面综合排水系统进行排水。设计采取在桥面范围现浇一层防水混凝土，厚度为 12 cm，其上再涂抹一层防水层，以防桥面积水下渗流入干渠。

拟建桥梁排水设计为集中排水，交叉位置为公路高程设计凸曲线顶点，干渠位于第二跨下方，通过桥梁纵坡将水排至两侧桥头道路排水沟处排出，距渠道永久征地线52 m，距渠道上口线 58 m，满足《其他工程跨越下穿临接河北省南水北调配套工程设计及安全评价技术要求（试行）》的规定（要求排水管布置在渠道两侧永久征地线以外 ≥5 m，且距渠道上口线 ≥15 m，并布置专门的排水通道，避免雨水直接或间接进入渠道内）。

严格管理跨渠公路桥两端附近及桥面，特别注意加强装载有毒有害物品车辆的运输管理。跨渠桥梁设置安全警示标牌、限速行驶标志和减速路障，以及在线视频监控系统，以减少发生运输车辆风险事故及货物落入河中的概率。

桥头两侧设置事故池，距离干渠外坡脚 58 m，每处事故池的规模为 100 m3，材料采用 C20 现浇混凝土，避免危险品车辆在干渠大桥上发生侧翻事故，对干渠水体水质产生影响。事故池顶面积为 7 m×7 m，底面积为 1 m×1 m，深度为 4 m，坡率为 1∶0.75，事故池顶设置防护栅栏，并设置醒目标志牌。

大桥第二跨跨越干渠，桥梁两侧投影范围 20 m 以外渠道外坡采用浆砌片石防护，结构为 40 cm 厚浆砌片石＋20 cm 厚砂砾垫层，保证施工及运营期桥下渠道外边坡不受损坏，以保证边坡的稳定性。在两侧维修便道位置，梁底下方设置两块限高标志牌，限制高度为 4.2 m，同时在桥梁两侧投影范围 20 m 以外设置警示柱，间距为 2 m，确保运行维护车辆安全通行。

对桥梁下方堤顶运行维护道路进行硬化处理，处理长度为桥梁两侧投影范围 20 m 以外，处理方式为铺设水泥混凝土路面，路面厚度为 20 cm，以防雨水对堤顶的冲刷和渗透。

桥梁桩基孔成孔过程中，采用旋挖钻施工成孔，旋挖钻机对各种条件土层适应性强、无挤压效应、无振动对地层扰动小、噪声小、无泥浆、成孔速度快，既减少了桩基施工过程中对干渠的不利影响，又不会对干渠保护区范围内的环境产生破坏。桩基成孔埋置钢护筒与泥浆护壁，钢护筒选用 8 m～10 m 厚的钢板卷制成圆形，护筒高出地面且高出干渠水的自由液面，深度上至少要深入地面以下 5 m，进入相对隔水地层，有效保证护筒在整个钻孔桩施工中的稳定，以防钻孔过程对干渠保护范围产生渗透。本桥桩基距离干渠坡脚线最小直距为 5.5 m，桩柱一体施工，不存在基坑开挖现象，与渠道液面不存在压力差，不会对渠道产生渗透影响[1]。

2.2 施工过程中的防护措施

2.2.1 施工组织设计

根据《其他工程跨越下穿邻接河北省南水北调配套工程设计及安全评价技术要求（试行）》规定，干渠保护范围为自管理范围边线向外延伸至 30 m 以内的区域。公路构造物施工不能影响渠道管线，施工时要做好施工组织设计的规划和安排，满足其技术要求的同时做到安全文明施工。

为尽量避免桥梁施工对干渠造成不利影响，施工期间要求大型施工机械一般情况下不得进入干渠保护范围，施工道路不得使用配套工程管理维护道路，施工时不在保护区内设置混凝土拌合站、桥梁预制场和施工营地等临时工程。在保护范围 50 m 以外设置废弃物收集池，并及时回收清理施工废弃物，确保施工废弃物不影响干渠。施工完成后，必须对两侧干渠保护范围内的施工迹地进行恢复。

2.2.2 桥梁桩基钻孔桩施工

桥梁桥墩桩基直径 1.8 m，由专业测量人员准确地测放基线、基点及桩位，桩位测量偏差不得＞1 cm，以防定位过程偏位造成钻孔对干渠的破坏。桥梁桩基孔成孔过程中，应埋置钢护筒，钢护筒选用 8 mm～10 mm 厚的钢板卷制成圆形，护筒高出地面且高出干渠水的自由液面，深度上至少要深入地面以下 5 m，进入相对隔水地层，有效保证护筒在整个钻孔桩施工中的稳定，防止钻孔过程对干渠保护范围产生扰动。桥梁桩基施工应隔桩跳打，适当提高钢护筒高度，加大泥浆稠度和密度，并加强对灌注桩施工过程中泥浆密度的监测，重点关注泥浆密度是否突然减小，若有异常，立即停止施工，查找原因。钻出的淤泥及时清理，严禁将淤泥堆放于干渠保护范围内，以免淤泥污染干渠保护范围内的地面。孔内水头始终保持在地面高程以下 1 m～2 m，以加强护壁，防止塌孔破坏干渠保护范围。对干渠堤坝安排专人巡防，重点关注施工区附近渠水面的漩涡、漂流物聚集等异常现象，若有异常，立即停止施工，查找原因。钢筋笼在加工场统一加工，严禁在干渠保护范围内设置钢筋场。钢筋笼入孔使用吊机下放。吊机尽量停放在干渠保护范围以外。混凝土灌注采用导管法，吊机及混凝土罐车停放于干渠保护范围以外。

2.2.3 桥梁上部结构施工

桥梁上部结构小箱梁采用预制梁场预制，利用运梁车沿拟建线路方向运输至干渠，用架桥机进行架设，以减少对干渠的影响。

预应力混凝土小箱梁施工所使用的各种原材料进场并检验，施工设备及各类机具进场并检验。详细分析施工图，结合现场的地形、便道情况、天气等施工条件以及考虑其他施工工序的干扰等，制订详细可行的施工计划和具体方案。加快跨干渠桥梁施工进度，尽量减小桥梁施工对干渠的影响。各班组第一次施工，对作业人员进行现场技术指导、安全交底，防止人为破坏干渠。

2.3 第三方安全监测设计

在跨越干渠施工及其影响期（一般为运营期 1 a）内，应根据水利主管部门的要求，对穿越处一定范围内的配套工程变形进行监测。要求在测区内选定适量的水准点作为观测点，并埋设标志，同时在变形范围外的稳定处设置适量的基准点。根据变形观测资料，可以分析变形规律，预计变形的发展趋势。在施工影响期通过安全监测系统，监测渠道是否安全运行。

沉降监测采用 1985 国家高程基准，与水利高程基准一致。监测基准网与监测网按二等水准精度施测。施工前，布设基准点及监测点，观测 2 次并取平均值作为初始值。跨桥施工中，沉降监测分别在桥墩浇筑完成 25%、50%、75% 和 100% 时各观测 1 次，大桥竣工后监测 1 次。施工完成后，每个月观测 1 次。

沉降监测点沉降变形控制值为 10 mm，若超过 10 mm，应暂停施工，并由监测单位报告给业主与水利主管部门，协商后，组织相关水利、公路专家进行现场勘察，确定加固措施后再进行施工。

3 运营期的管理

桥梁在使用过程中由于车辆荷载和自然因素的影响逐渐产生各种破损。因此，对桥梁必须采取预防性、经常性的养护和维修措施，使桥梁保持良好的技术标准状况，保证公路的服务水平。在桥梁维修养护过程中，尽量减少对渠道的扰动。养护施工前必须明确渠道的准确位置，合理选取施工方法和施工器械。若有必须干扰渠道的作业，则要事先联系渠道主管部门，采取合理的措施，确保渠道的安全。

总体来说，为保证工程的安全使用，干渠与公路交叉范围内，如果建设单位单方需要进行工程维护，则必须要同另一方进行协调，不可单方面进行施工作业。