泗宿高速公路工程设计及其优化

吴康宁

(1.安徽省经工建设集团有限公司，安徽 合肥 230051；2. 安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088)

泗县至宿州高速公路是安徽省“四纵八横”高速公路网规划中的“第2横”，是安徽省“861”行动计划和首个开工的“十一五”高速公路重点建设项目。工程起点位于泗县屏山镇大彭庄，与国道G104交叉，终点位于淮北市烈山区古饶镇境内，与合徐高速公路交叉，全长91.46km。采用平面线形设计且使用较高的技术指标，平曲线一般较长，均大于不设超高的最小半径，全线主线不设超高,在满足构造物净空的前提下，竖曲线半径值的选用均满足视距的要求，平纵技术指标大小均衡，线性平顺圆滑。主要设计参数为：公路等级为双向4车道高速公路，设计速度120km/h，路基宽28m，路面宽23.5m；全线采用沥青混凝土路面。桥涵设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，设计洪水频率特大桥为1/300，路基、大、中、小桥及涵洞为1/100。枢纽型立交匝道设计速度80km/h(直连式匝道)，70km/h(半直连式匝道)， 50km/h或40km/h(内环匝道)。

1 路基设计方案及其优化

1.1 路基设计方案

(1)路基高程设计。采用中央分隔带外侧边缘高程，路基设计洪水频率为1/100。路基设计高主要受桥涵、通道、洪水位及内涝水位的因素控制，在满足其各项要求的同时，降低路基设计标高，以最大限度的减少路基用土量、节约占地及工程造价，为此路基设计采用低路堤的设计理念。工程沿线均为巨厚的第四纪松散层所覆盖，其岩性为粘质土、粉质土组成的韵律层，具多元结构。在拟取土深度(5m)范围内，上部岩性以粘质土为主，其次为低液限粉土和细砂。粘质土中以低液限粘土为主，其次为高液限粘土，局部具有弱膨胀性，低液限粘土一般可以直接作为路基填料，但部分低液限粘土的CBR值偏低，不能满足路堤填料最小强度要求，不能直接作为路基填料，高液限粘土由于其液限和塑性指数过高，可压实性差，也不能直接作为路基填料，均应进行掺灰处理，经处理其各项指标都能满足路堤、路床要求。下部岩性以低液限粉土为主，其次为低液限粉土质砂和细砂，低液限粉土和低液限粉土质砂、细砂由于不易压实，不宜直接作为路基填土，为有效利用土源，减少取土占地，低液限粉土和低液限粉土质砂，采用掺二灰(石灰+粉煤灰)进行处理用于路基填料加以利用。

(2)路基防护设计。设计原则为当路堤边坡高度H<3.0m时，边坡采用(湿法喷播)草灌混植防护；路堤边坡高度3.0≤H<5.0m时，边坡采用植物框格+草灌混植或临时集中排水+草灌混植的生态防护措施；路堤边坡高度H≥5.0m时，边坡下部采用拱形骨架护脚，上部4.0m高度的边坡采用临时集中排水+草灌混植或植物框格+草灌混植的生态防护措施。边坡防护尽量采用植物生态绿化措施，提倡“以灌为主、草灌结合”的生态防护理念，营造路基两侧自然和谐的原生态风貌。草灌应按花期不同，混杂使用，以达到边坡色彩随四季变化。穿越沟塘段，路堤边坡设计水位以下采用浸水护坡防护，上部根据高度采用植草或拱形护坡防护。一般分离立交和支线上跨桥两端采用拱形骨架护坡加固坡面，提高桥头段路基边坡的抗冲刷能力，拱圈内采用草灌混植防护，跨河跨沟桥梁两端采用桥头满铺。

1.2 路基优化设计

(1)路基的优化设计。主要有粉性土、高液限粘土的改良处理、原地表、水塘的清淤及换填处理。工程沿线土质大部分为粘性土夹粉性土且土体含水量较高，素土CBR值不能满足路基设计规范要求，为保证路基工程质量，进行了如下优化处理：①原地表处理：路线穿越段地势低平，地下水丰富且埋藏浅，部分路段存在内涝，施工时对原地表清表后掺3%石灰进行回填处理。②路基填料处理：对路基填料为粉性土、高液限粘土及素土CBR值不能满足路基设计规范要求的低液限粘土均采用掺灰等进行改良处理,即路堤采用3%灰土处理；路床部分上路堤顶面以上0-40cm采用5%灰土处理，40-80cm选用粘性土掺8%石灰土处理。③水塘的清淤及换填处理：沟塘清淤换填处理由原设计的底部回填40cm碎石+素土回填至原地面优化变更为底部回填40cm碎石+3%石灰改善土回填至原地面进行处理。

(2)路基防护优化设计。由于全线路基填料多为粉性土，为防止运营前期雨水冲刷边坡造成危害，路基防护由原设计防护措施优化变更为路堤边坡高度H<3.5m时，边坡采用(湿法喷播)草灌混植防护；路堤边坡高度H≥3.5m时，边坡采用拱形护坡。

(3)路堤边沟与支线上跨路面优化设计。将全线路堤边沟原设计为生态草皮边沟优化变更为U型现浇混凝土边沟；支线上跨路面由原设计沥青混凝土路面优化变更为水泥混凝土路面，有利于施工单位统一协调组织施工。

2 桥涵设计方案及其优化

2.1 桥涵设计方案

(1)桥涵位置设计。依据自然河流、灌溉干渠、沟、塘及公路等级和现有路面状况，经过现场勘察，确定各类构造物的分布、位置、方向、功能、跨径、孔数、结构形式等。路线所经区域内河流属淮河水系，河流流量随季节变化较大，主要受降雨量的影响，每年6月份～8月份为丰水期，流量较大，水位高，枯水期为12月至次年2月，流量较小，甚至断流。另外沿线区域内人工沟渠交错，水网密布，各类不同的排灌体系，控制流量的排灌站、漫水坝等设施较完善，构成较为发达的地表灌溉体系。设计中桥位选择原则上服从路线总体走向，对斜交角度过大的桥梁，布线时综合考虑斜交的影响，进行局部调整，做到路桥协调，融为一体。

(2)桥涵设置设计。桥梁涵洞的设置，以尽量不改变现有河流自然状态、不降低原有沟渠使用功能，充分考虑渠泄洪、灌溉需要，兼顾群众生产、生活方便为原则。路线的线形标准决定了全线大部分桥梁为斜桥，为使桥下水流顺畅，一般情况下桥涵顺河渠按10°一级设置。当斜度较大时，进行河渠的曲直及改移。对斜交角度大于45°，由于修路而失去作用的河沟或断头沟，距离较近适当沟通就能恢复排灌的沟渠，结合路线纵面设计对其进行了适当的改移、合并和连通处理。

(3)桥涵基础设计。因地质情况直接影响到结构物的布跨及桥梁涵洞的下部结构形式，桥梁的基础形式多为桩基，少数跨径为8m的分离立交桥采用扩大基础；涵洞通道的基础形式根据实际情况分别采用分离式基础或整体式基础，在软基路段和部分地质条件较差的路段，涵洞、通道采用钢筋混凝土箱式结构。

2.2 桥涵优化设计

(1)桥涵位置优化设计。主要是对桥梁位置进行改移，由于少数支线上跨桥接线征地范围内，已经建成地方公路的养护工区及其它建筑物，在减少拆迁和降低工程造价的前提下将支线上跨桥移位，进行局部的调整以取得更好的效益与效果。

(2)桥涵设置优化设计。当地的路网和水系比较发达，高速公路建成后对沿线水系产生较大影响，阻断了部分道路和沟渠。因此对沿线农田水利设施认真调查，适当增设涵洞、通道，连通当地的路网和水系，以满足群众出行和灌溉、排水的需求，桥涵设置与全线路基、路面排水形成完整的系统。

(3)桥涵基础优化设计。工程地处淮北平原，粉性土较多并含有少量软土，地质情况复杂，对构造物基础影响较大，因此对部分桥涵基础优化设计有：①对于地质情况的复杂及突变，由原设计桩基中摩擦桩桩长进行优化或将摩擦桩变更为嵌岩桩；部分桩顶和系梁顶的设计高程较低，根据桩基施工现场的实际情况，适当提高桩顶和系梁顶的设计高程，以降低施工难度。②因地下水位较高，部分桥涵在施工过程中造成地基承载力不能满足设计要求时，根据现场地基承载力检测结果，对这部分桥涵分别采取变更基础型式或增加基底的换填面积。

(4)桥梁护栏优化设计。将全线桥梁的墙式护栏优化变更为外包式护栏，以增加桥梁的美观，使桥和路与自然环境和谐统一。

3 结束语

通过对路基和桥涵的设计及优化，充分利用成熟的设计经验与成果，在保证工程质量的同时降低了建设成本，缩短了施工周期，取得了良好的经济效益和社会效益。该工程获得了交通运输部公路交通优质工程奖(李春奖)一等奖、国家优质工程奖，建造了安徽省首条平原地区资源节约型示范高速公路工程，为今后平原区高速公路工程设计与施工提供了参考。