分蓄洪区高速公路设计建设技术要点

张晓明

(湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉市 430051)

0 引言

国家高速公路网已日趋完善，高速路网密度逐渐增大，高速公路的建设条件各异，在长江、黄河及大型河流沿江河区域修建的路网也越来越多，江河区域内受洪水影响较大，在沿江河一定范围内主管部门划分了一定规模的分蓄洪区，以调节洪水，减少其影响。

以湖北省荆州市境内武汉城市圈环线高速公路洪湖段(以下简称“洪湖段”)为例，详细阐述了在工可阶段提出的低路堤、高路堤和高架桥方案的优缺点，洪湖东枢纽互通设计时方案必选过程、主线纵坡设计原则、路基填料方案，建设时枢纽互通现浇箱梁施工工序调整、桩基试桩及优化设计、沿线便道建设等方面进行了论述。

1 项目概况

洪湖段为武汉城市圈环线高速公路西南环的组成部分，武汉市与周边鄂州、黄石、黄冈、孝感、咸宁、天门、仙桃、潜江等8个城市组成“武汉城市圈”，环线全长约560km，武汉城市圈环线如图1所示。

图1 地理位置图

洪湖段起于东荆河五湖南侧(仙桃市与洪湖市行政区域交界处)，对接环线高速仙桃段，起点桩号K175+938，经洪湖市新滩镇、大沙湖农场，止于燕窝镇团结村，对接嘉鱼长江公路大桥，终点桩号K195+641，路线全长19.703km。全线穿越洪湖分蓄洪区东分块，采用高架桥方案，主线共分12个桥段(含互通主线桥)；设互通式立交2处，其中枢纽互通1处(与洪湖到监利高速公路交叉为洪湖东枢纽互通)、一般互通1处(燕窝互通)；设匝道收费站1处、服务区1处(大沙湖)、养护工区1处。主线采用设计速度100km/h，双向四、六车道高速公路标准建设，四车道路基宽26m，六车道宽33.5m，其中起点至洪湖东枢纽互通段为四车道，其余路段为六车道；汽车荷载等级：公路—Ⅰ级；设计洪水频率：特大桥为1/300，其余为1/100。

2 洪湖分蓄洪区介绍

洪湖段全线穿越洪湖分蓄洪区东分块，洪湖分蓄洪区是长江中下游整体防洪的重要组成部分，是处理城陵矶地区超额洪水，保障荆江大堤、武汉市防洪安全的一项重要防洪工程设施。东分块全部是洪湖市管辖范围，由腰口隔堤、洪湖主隔堤、东荆河堤及长江干堤形成蓄洪封闭圈，蓄洪总面积889.74km2，围堤总长164.25km，其中洪湖监利长江干堤85km、洪湖主隔堤10.4km、东荆河堤42.9km、腰口隔堤25.95km。分洪启用标准在三峡建成后为20～30年一遇。

洪湖段线路距套口进洪口门最短直线距离25.4km、最长直线距离30.5km，距补元退洪口门最短直线距离10.2km。未穿越规划的安全区(台)，仅跨越了一条转移道路。项目受洪湖分蓄洪水位控制，百年一遇分蓄洪水位为30.71m(85高程，以下同)，内涝水位为24.14m。

3 工可阶段[1]方案研究

在工可阶段提出了低路堤、高路堤和高架桥方案进行比选，其中低路堤方案以内涝水位控制整体路线的基本高程，路线在分蓄洪区范围设置一定长度的高架桥段(其余为路堤)，使其只是满足低水位时的过洪要求。高路堤方案以蓄洪水位控制整体路线的基本高程，路线在分蓄洪区范围设置足够长度的高架桥段(其余为路堤)，使其充分满足预计的洪水条件下的过洪要求。分蓄洪时路堤不被淹没，路面交通将不中断，不影响公路发挥防洪抢险作用。高架桥方案以蓄洪水位控制整体路线的基本高程，分洪区全境采用高架桥，对于分蓄洪区过洪影响最小，路面交通将不中断，不影响公路发挥防洪抢险作用。针对三种方案，从工程量、造价、环评、水保、对分蓄洪区影响等方面进行了定量和定性比较，主要数量及影响因素对比见表1，最后推荐方案采用高架桥建设方案。

表1 主要数量及影响因素对比表

4 设计[2]技术要点

考虑到论文篇幅要求，仅对路线、枢纽互通、桥梁布跨和路基设计进行论述。

4.1 路线

项目起点接正在施工的环线仙桃段，终点接嘉鱼长江大桥，大桥的通航、防洪等专题均已批复，起终点明确，路线平面受洪湖东枢纽互通交叉位置、内荆河规划IV级航道、服务区设置等控制，路线纵面需考虑桥梁梁底标高应高出计算水位(蓄洪水位+壅水+浪高)0.5m以上[3]，考虑排水问题主线最小纵坡不小于0.3%，并在一定长度范围内考虑分洪时救灾船只通行净空的要求。

4.2 洪湖东枢纽互通

项目与在建的洪湖至监利高速公路(以后简称洪监高速)交叉，项目上跨洪监高速，在初步设计阶段提出3个方案进行比选，洪湖东枢纽互通交通量及方案比较如图2所示。

方案一采用变形苜蓿叶形三环式，立交形式满足主交通流,设置两条集散车道增大了桥梁规模；方案二采用变形苜蓿叶形对角象限双环式(2)型，满足主要交通流向，且不存在交织，交通转换功能相对较好，该形式互通规模大，占地较多；方案三采用变形苜蓿叶形对角象限双环式(1)型，立交形式满足主交通流,工程规模较小,占地少,主线方向存在两个出口，容易误导司乘人员，经综合比选推荐方案三为推荐方案，后续施工图设计把双出口优化成单出口设置，定量比较见表2。

表2 互通方案比较表

4.3 桥梁[4]方案设计

初步设计时预制桥梁上部结构方案采用了20m、30m、40m小箱梁进行了定量比较，由于路线纵坡受蓄洪区水位控制，桥梁高度一般在15～30m，经比较30m跨径最经济，下部结构在六车道路段范围内分别采用双柱式和三柱式进行比较，采用双柱式最经济，由于桩柱数量减少1/3，节省了工程造价，缩短了施工工期。根据航道主管部门回函意见，该工程所跨内荆河航道规划等级为四级，为限制性航道，该航道跨河建筑物双向通航孔通航净空尺度应不小于净高8m，净宽55m。结合实际两侧堤防的相对位置及防洪部门意见，上构设计采用63.5m+100m+63.5m的变截面连续箱梁，采用挂篮施工，下构采用实体桥墩接承台桩基。互通、服务区内变宽较大路段采用等截面连续箱梁设计，采用满堂支架施工，后续施工由于支架高度太高，施工措施费用大，施工风险高，部分墩高较高的现浇梁采用了移动模架施工。

图2 洪湖东枢纽互通交通量及方案比较图

4.4 路基方案设计

项目设置大沙湖服务区和燕窝互通，其中燕窝互通为A型单喇叭，接省道329，服务区场坪、互通部分匝道包含路基工程，项目地处江汉平原，为河湖冲洪积平原区基本地貌单元，取土困难。由于整个项目填方仅为43.7万立方米，在路基附近旱田设置2处取土场，取土场按3m深取土设计，取土后恢复表层耕植土，旱田调整为水田。从地质资料分析，路基段软土地基广泛分布，浅层淤泥或软土且深度小于或等于3m的一般软基路段采用挖除换填4%石灰土方案处治，换填后压实度不得小于93%，对于软基深度大于3m的，一般软基处理措施主要有塑料排水板、双向水泥搅拌桩、CFG桩和预应力管桩等加固处理[5]，结合本项目特点，综合对比后选定采用双向水泥搅拌桩加固处理，桩径一般0.5m，采取正三角形布置，桩间距根据处理位置不同和计算结果综合确定，桩顶设有一层0.5m厚的砂砾垫层。后期实施时，由于无法落实取土场，服务区场坪填料变更为细砂，在路侧设置一定宽度的粘土包边。

5 建设期主要施工特点

洪湖东枢纽互通在施工图设计阶段，综合考虑了互通匝道的施工工序，按施工工序进行了现浇箱梁分段施工顺序，后期实施时，由于工期要求，需要展开多个施工作业面，后续变更设计时通过变更施工梁段，原设计按逐孔施工张拉，变更为两孔逐孔施工；部分箱梁采用设置梁端后浇带，以适应张拉空间要求，在后浇带无预应力筋通过时，通过增设钢筋骨架，提高箱梁的抗剪承载能力。枢纽互通区内有开口宽度达20多米幸福渠，水网密布，临时便道建设采用在整个互通区内吹砂后加铺砂砾和碎石路面，在跨幸福渠时采用临时钢便桥，后期三期绿化设计结合互通场区内现状进行绿化整体方案设计。

图3 洪湖东枢纽桥梁平面布置图注：阴影部分为预制结构小箱梁，其余为现浇箱梁

项目开工前，业主委托有资质单位专门进行了试桩试验，根据试桩后成果对地勘资料的桩侧摩阻力和桩端承载力进行修正，为优化桩长设计提供依据，优化后经统计全线每根桩长减小约1.5～3m。

项目区沿线湖渠分布广，农田基本为水田，地方道路一般为1.5～3.5m宽的碎石路，少数道路为水泥混凝土硬化路面，等级较低，不适宜重载的施工车辆通行，在项目实施前，沿占地线一侧或两侧设置了施工便道，由于取土困难，便道路基填料采用吹砂法施工，即细砂加水搅拌后，用泥浆泵输送，吹填至工程场地。

6 结语

洪湖段项目于2012年开工建设，2014年底建成通车，建设期间得到了业主方和社会各方的多次表扬，营运至今，高速公路使用状况良好。

通过对项目和分蓄洪区情况介绍，从工可阶段的低路堤、高路堤和高架桥方案比较，到设计阶段路线、枢纽互通、桥梁方案设计和路基设计要点，以及建设期施工难点包含互通区现浇箱梁预应力张拉处理、桥梁试桩和施工便道建设进行了详细论述和总结，为后续类似项目设计提供借鉴。