市政道路下穿高速公路设计方案探讨

张小强 符 健 李龙刚

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010）

1 工程概况

该路段工程地质条件较差，地质由素填土（厚度0.9～1.1 m，平均1.0 m）、淤泥质粉质黏土（厚度2.7～2.9 m，平均2.8 m）、粉质黏土夹粉土（厚度4.9～6.7 m，平均5.8 m）组成。素填土均匀性较差，工程性能差异大，结构疏松；淤泥质粉质黏土呈软塑状态（fk=60 kPa），偏高压缩性，承载力偏低。无法满足上部荷载对路基的要求，会导致路基在通车后产生较大沉降，产生病害。为保证该路段路基的强度和稳定，需提高地基土强度和变形模型，满足承载力要求，因此该路段路基需采取加固处理。

项目地理位置如图1所示。

图1 项目地理位置

2 平纵横设计方案

2.1 平面设计

本项目K0+944.961～K0+974.119范围需下穿京港澳高速公路，下穿长度约29 m。京港澳高速公路在市政道路规划红线机动车道范围内有4根桩基础桥墩，桥墩距离道路中心线为4.2 m，距离道路边线3.3 m。市政道路机动车道与京港澳高速公路桥墩产生冲突。

为了避免市政道路与京港澳高速公路桥墩产生冲突，本次设计方案将市政道路左侧机动车道进行绕行，将京港澳高速公路桥墩采用中央绿化带隔离，用防撞墙保护。左幅处于圆曲线范围内，圆曲线半径R=500 m，右幅处于直线段范围内。机动车道边线距离桥墩最近距离为1.619 m>1.5 m，满足相关规范要求。

道路与京港澳高速相交如图2所示，市政道路下穿京港澳高速公路如图3所示。

图2 道路与京港澳高速相交

图3 市政道路下穿京港澳高速公路

2.2 纵断面设计

纵断面设计如图4所示。

图4 纵断面设计

京港澳高速公路桥梁梁底标高为24.3 m，K0+944.961处道路设计标高19.705 m，K0+960处道路设计标高19.512 m，现状地面标高20.017 m，现距离现状地面4.2 m。根据规范要求，市政道路机动车道净空要求为4.5 m，因此需将现状下挖0.3 m。下穿高速路段位于凹曲线范围内，对应竖曲线半径为2 000 m。本段道路变坡点为桩号K0+980，其前后段衔接坡度分别为-2.645%及2.832%。

2.3 横断面设计

横断面设计如图5所示。

定义Za为附加阻抗。测量阻抗Zm为ZK与Za之和。对于双侧电源系统，一方面N侧的助增作用使得IF＞IM，即附加阻抗比过渡电阻本身大[2]。另一方面 M侧与N侧有功角差，IF与IM相位不一致，Zm相位发生偏移，可能超出动作范围。根据上述分析，距离保护反映过渡电阻的能力有限，高阻接地时Rg数值较大，测量阻抗数值增大且相位发生偏移，超出阻抗动作范围，造成距离保护拒动。

图5 横断面设计（单位：m）

市政道路下穿高速路段采用左右幅分离式路面形式，中间设置0～7.025 m宽渐变式绿化带以保护高速公路桥墩。

下穿京港澳高速公路横断面设计为2.5 m人行道+2.5 m非机动车道+2.5 m绿化带+7.5 m机动车道+0～6.2 m中央分隔带+7.5 m机动车道+2.5 m绿化带+2.5 m非机动车道+2.5 m人行道。

3 路基设计方案

3.1 地勘资料

根据勘察报告，市政道路在下穿京港澳高速公路范围内有淤泥质粉质黏土，灰褐色、湿、软塑、切面较光滑、含腐殖质、土质较均匀。层顶埋深1.1～1.9 m，层顶标高18.32～19.56 m，层厚1.9～2.7 m，如图6所示。

图6 市政道路下穿京港澳高速公路范围地勘

根据勘察报告评价，粉质黏土软塑，fak=60 kPa，埋深较深、层厚较厚、层位稳定、均匀性好、具偏高压缩性、承载力偏低。因此，本次设计需要进行路基加固处理设计。

3.2 方案分析

根据道路纵断面设计，为满足规范4.5 m的净高，路面设计高程需要在桥下现状地面超挖0.3 m，还应超挖0.7 m路面结构层，即超挖厚度1.0 m的现状土。此时路床正处于淤泥质粉质黏土层，因此需要对路基进行加固处理以达到规范规定的承载力和沉降要求，该处理方案根据路段地质条件和对桥墩的影响，提出两种路基加固方案。

方案一采用常规的换填法，需要清除平均2.8 m的淤泥质粉质黏土，再填筑合格土，施工方便、路基加固效果好，但换填2.8 m厚的土层对既有桥墩有较大影响。

方案二采用注浆法，其不破坏现状而达到加固地基的目的，不需要清除淤泥质粉质黏土，只需要在路床顶面进行注浆处理，对既有桥墩影响较小，但对施工工艺控制精度高。

由于京港澳高速交通流量大，注浆法施工对既有桥墩的影响较小，因此提出该段路基采用注浆法加固处理方案，注浆后其力学强度、抗变形能力和均一性有所提高，整体结构得到加强；淤泥质粉质黏土通过钻孔灌入浓浆后，使软土路基得到加固。

3.3 注浆法

注浆处理长度2.5～3 m，间距1.5 m，孔径0.8 m，注浆顺序应按跳孔间隔注浆方式进行，并宜采用先外围后内部的施工方法，浆液宜采用普通硅酸盐水泥，注浆水灰比宜取0.5～0.6。路基承载力控制值132 kPa，工后沉降≤0.18 m。

4 注浆施工工艺

4.1 施工工艺流程

下穿高速路段施工顺序：淤泥层清淤外弃→置换毛渣→钻孔劈裂注浆→路床填筑→排水管道埋设、一体化雨水泵房安装→路面基层施工→路面沥青铺装→路面附属工程施工→交通、照明、绿化工程施工。

4.2 施工要点

（1）淤泥层清淤外弃。

清除淤泥层，开挖时分段分层进行，每层厚度不得超过1 m，按阶梯式推进。为确保桥墩两侧土体不产生不平衡侧压力，需对称开挖。墩身四周2 m范围内以人工配合清理，桥梁区域不得堆积弃土，以即挖即弃、即运即填的方式处理施工材料。

（2）置换毛渣。

基坑采用毛渣填筑处理，填筑至标高18.621 m，填筑时分层碾压，两侧对称进行，靠近墩身附近采用压路机静压+人工打夯辅助处理。

（3）钻孔劈裂注浆。

注浆加固范围为两侧机动车道至人行道间，中间花坛不注浆处理，注浆孔采用地质钻机打孔，注入纯水泥浆。

5 结语

市政道路下穿高速公路桥梁段设计方案可为类似工程提供参考。注浆法不但可用于建筑地基加固，也可用于加固软土路基，可以避免大开挖施工，尤其适用于不适合开挖处理的路基加固，有效提高了路基承载力和变形模量，具有显著的社会效益和经济效益。