道路下穿高速公路桥梁关键技术探究

摘要 根据武汉市城市总体规划，左岸大道以路基的形式下穿武汉绕城高速公路桥梁。考虑武汉绕城高速远期改扩建的实施条件，下穿道路设计方案在地上建筑界限及地下管线布设均应满足相关设计规范要求。另外，设计方案还要考虑预留远期绕城高速桥梁扩建的实施条件，项目施工期间绕城高速桥梁结构的安全问题也要引起重视。文章通过优化桥下软基的设计方案及施工工艺、局部调整道路断面设计、完善桥上及桥下安全防护设施、优化桥下照明设计以及进行专项安全评估等方式，保证了绕城高速的运营安全。

关键词 路基；下穿；公路；桥梁

中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0103-03

0 引言

作为城市滨江景观大道，其道路平面、横断面设计往往根据地方规划进行布设，受高速公路桥下空间制约，桥下道路设计需要结合桥墩布设进行局部调整。设计师在进行平面、横断面设计的同时必须满足城市道路使用功能的需求[1]，包括建筑界限、行车视距、市政管线布设、桥下排水、安全防护设施等。值得注意的是，桥下道路位于软基段落，需要进行特殊处理，软基处理[2]方案既要考虑桥下作业空间，又要确保施工期间高速公路桥梁使用安全。

1 工程概况

左岸大道是以交通功能为主，兼具交通、景观、游憩综合功能的滨水快速干道，是武汉经济开发区沿江综合发展轴的交通动脉和形象窗口。同时，也是确保华中科技大学军山校区首期项目于2024年9月建成投入使用的城市主干道。

左岸大道（枫林六路～兴七路）项目（简称“左岸大道大军山段”）起于枫林六路，止于兴七路，平行于长江，整体呈南北走向，全长约5.6 km，红线宽度50～70 m，双向八车道，道路等级为城市主干路，设计车速60 km/h。其中，在桩号K0+111～K0+153左右下穿京港澳高速军山长江大桥西端引桥，与桥梁正交。采用路基形式下武汉穿绕城高速，路基宽度为55 m，与绕城高速正交，交叉桩号：左岸大道K0+136（绕城高速K175+135），绕城高速上部构造为两孔30 m现浇箱梁，12#桥墩位于左岸大道路基中央分隔带（8 m），桥墩两侧设置波形护栏防撞，11#、13#桥墩位于道路两侧红线外，桥下净空大于13m，左岸大道效果图如图1所示。

2 路基下穿桥梁设计理念

2.1 主要技术标准

（1）道路等级：城市主干路；

（2）设计速度：主线60 km/h，辅道40 km/h；

（3）车道数：主线双向八车道；

（4）通行净空：主线通行净空不低于5.0 m，高架桥下辅道及调头通行净空不低于4.5 m，小汽车掉头通行净空不低于3.5 m；

（5）车道宽度：3.5 m/3.25 m；

（6）停车视距：70 m；

（7）路面设计标准轴载：BZZ-100；

（8）道路交通量达到饱和状态时的设计年限：20年；

（9）地震基本烈度：Ⅵ级；地震动峰值加速度a=0.05 g；桥梁抗震设防分类为乙类；抗震设计方法为C类；桥梁抗震措施等级按七级设防。

2.2 制约设计方案的主要因素

城市道路设计方案首先要满足城市总体规划，道路平纵横指标也要满足相关设计规范，下穿高速节点设计方案也要兼顾施工方面的技术要求，设计方案要确保施工期间既有高速公路桥梁的结构安全。另外，桥下作业空间有限，施工方案要具备可实施性，桥梁上下安全防护措施要到位，城市道路与绕城高速之间作为独立的基础设施主体，在设计使用期间不能出现相互干扰，桥下视距要开阔、通行顺畅、安全防护措施到位。为确保设计方案的可实施性，设计方案需要经绕城高速主管部门的书面批准，施工图设计前需要对节点方案进行施工安全评估[3]，根据安全评估结论来指导施工图设计及现场施工方案。

3 设计方案关键技术探究

3.1 桥下道路断面空间布设分析

桥下道路横断面红线宽度为55 cm，绕城高速12#桥墩位于道路中间绿化带内，标准段落断面中间带宽度只有5 m，而12#桥墩承台宽度就有6.7 m，如果按照标准断面布设，桥墩承台将位于机动车道正下方，施工期间附加荷载对承台桩基影响较大，通车运营后汽车荷载直接通过承台传递至桩基，增加桥墩的附加荷载。根据收集的相关资料，12#桥墩桩基原设计为摩擦桩，周边土体存在软弱地质层，施工期间安全风险较大，荷载直接作用于承台正上方会影响桥梁结构的使用寿命。桥下净空高度大于13 m，满足规范要求，但桥下软基处理方案应满足施工作业空间，桥下空间布设断面如图2所示。

3.2 下穿道路设计方案

3.2.1 横断面设计

为保证中分带桥墩的使用安全，同步预留新建军山长江公铁两用大桥引桥布设桥墩条件，对下穿道路中分带宽度进行优化设计，左岸大道从绕城高速至枫林七路区间中分带宽度均加宽至8 m，能满足新建军山长江公铁两用大桥引桥布设桥墩条件。

3.2.2 软基处理方案

受桥下施工空间限制，桥下承台边缘5 m范围以外采用高压旋喷桩进行软基处理，设计采用高压旋喷桩的原因如下。

（1）施工净空高度要求：高压旋喷桩的施工净空高度要求较低，一般在3 m左右，而水泥搅拌桩的施工净空高度要求较高，需要满足搅拌轴的上下左右移动空间，在现有桥梁下施工，净空高度为13 m，高压旋喷桩的净空要求更符合实际情况。

（2）在理论上，如果旋喷桩的施工符合规范，并且距离桥墩承台净距5 m以上，对桥墩的安全影响是比较小的。旋喷桩施工完成后，土体中的超孔隙水压力会逐渐消散，导致土体发生一定程度的收缩，但这个收缩量通常比较小，不会对桥墩等建筑物产生较大的影响。此外，旋喷桩施工完成后，可以在旋喷桩的顶部设置排水设施，以避免超孔隙水压力对桥墩等建筑物的影响。

（3）在实际工程中，还需要考虑一些其他的因素，如土质情况、施工设备的精度、操作人员的素质等，这些因素都可能对桥墩的安全产生一定的影响。因此，在旋喷桩施工过程中，只要严格控制施工参数和按照操作规程进行施工，加强施工期监测，确保工程的安全和质量，对桥梁承台、桥墩安全几乎没有影响。

（4）在靠近桥墩处布置土压力监测点，旋喷桩施工期间加强土压力监测，监测结果动态反馈调整施工参数，确保旋喷桩施工对桥桩的附加压力不大于10 kPa。

高压旋喷桩喷射有效桩径60 cm，桩长按穿透软土层进入持力层不少于1 m来进行控制，建议采用单管法施工，喷射注浆压力不小于20 MPa，流量80～120 L/min，高压旋喷桩采用的普通硅酸盐水泥强度等级应不低于42.5 MPa，水泥浆液水灰比1∶1，设计用灰量不少于180 kg/m，桩体28d无侧限抗压强度要求≥1.5 MPa。高压旋喷桩处理平面如图3所示。

3.2.3 高压旋喷桩施工

该项目下穿高速净空受限路段软基处理采取单管高压旋喷桩处治，设计桩径60 cm，呈正三角形布置，中至中间距1.7 m，桩顶设0.5 m厚级配碎石褥垫层，层内铺设一层土工格栅。施工工艺流程为：施工准备—测量定位—机具就位—钻孔至设计标高—旋喷开始—提升旋喷注浆—旋喷结束成桩。

质量检测：质量检验在旋喷注浆结束28 d后进行，检验桩的数量不小于已经完成桩数的0.5%，不合格者进行补喷，施工质量检测项目如表1所示。

3.2.4 地下管线设计

为保证管道施工及运营期不对绕城高速造成影响，对下穿范围管线进行了平面避让设计。道路左侧通信管道距离承台边缘最小净距为2.36 m，右侧电力管道距离承台边缘最小净距为2.7 m。给水、雨水、污水管距离承台边缘净距均大于5 m[4]。

（1）给水管线：调整距离承台5.0 m以上，给水管道需整体移至机动车道，导致后期自来水检修影响道路机动车通行能力。

（2）电力和通信管线：需要经常穿线拉线，其检查井宜设置在人行道或非机动车道，不宜设置在机动车道上面，可对电力与通信检查井向道路中心适当平移，适当增加管线与承台间的水平距离。

3.2.5 桥下照明设计

高速公路桥下净空约13 m，灯杆高于高架桥，需考虑灯光对既有京港澳高速行车眩光的影响，此段道路机动车道进行了展宽（单幅机动车道宽度接近20 m），12 m路灯照明效果无法达到要求。考虑灯杆距离绕城高速桥边有约12 m，16 m中杆灯安装灯具时可把灯具仰角适当调下，避免对桥上产生眩光。

3.2.6 安全设施设计

（1）桥墩警示标涂装

对武汉绕城高速的桥墩做警示标涂装，左右幅共计6个桥墩。警示标涂装可以在能见度较低，或是夜晚的时分起到警醒提示作用，有效降低事故发生率。

（2）波形梁护栏

对武汉绕城高速的桥墩两侧增加波形梁护栏[5]，防止车辆撞击桥墩，确保道路使用阶段京港澳高架桥墩的安全。

（3）防落网

在武汉绕城高速两侧增设防落网，设置长度为左岸大道宽度并各向路外分别延长15 m。

4 桥梁安全性评价

根据道路施工图设计图纸，结合该项目与高速公路的相互位置关系，道路与桥梁交叉安全性评价结论如下。

（1）拟建道路地上设施及地下管线均未侵入高速公路硬路肩范围，且绕城高速桥梁梁底距离道路设计标高净距13.5 m。拟建道路及设施未侵入高速公路建筑限界（净高要求≥5 m），满足《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）及相关规范的要求。

（2）拟建道路采用路面的形式正交下穿绕城高速桥梁，中间带桥墩宽度1.5 m，承台宽度6.7 m，而中分带预留8 m宽，左岸大道运营期间对既有桥梁影响较小。

（3）对武汉绕城高速的桥墩两侧增加波形梁护栏，防止车辆撞击桥墩，确保道路使用阶段绕城高速桥墩的安全；在武汉绕城高速两侧增设防落网，设置长度为左岸大道宽度并各向路外分别延长15 m；对武汉绕城高速的11#、12#、13#桥墩做警示标涂装。拟建桥梁附属安全设施满足《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）的相关要求。

（4）根据设计方案，采用有限元进行模拟分析，确保施工及运营期间绕城高速桥墩周边的地面变形满足规范要求。

（5）根据《涉路工程安全评价规范》（DB42/T2002—2023）3.2.1条规定，既有公路桥梁结构的桩顶水平位移需小于3 mm，经有限元验算桩顶水平位移均符合要求。

（6）根据《涉路工程安全评价规范》（DB42/T2002—2023）3.2.1条规定，既有公路桥梁结构因不均匀沉降而产生的附加纵坡不应大于0.1%。经有限元计算，该桥附加纵坡远小于该控制值。

综上所述，桥梁运营期间安全满足公路行业相关规范要求。

5 结论

根据收集的绕城高速高架桥竣工图设计资料，结合实地勘察和测量分析，将既有高速公路桥梁按照实际空间坐标叠加到设计方案中，设计师对影响下穿方案的各种控制因素进行综合研究分析，在满足道路通行功能的同时，对市政管线的布设方案也进行了充分论证，保证设计方案均能满足相关设计规范要求，另外，施工期及运营期市政道路与高速公路之间的相互影响是制约整个方案的决定性因素，根据安全评估及相关施工规范规定，设计师对下穿范围软基处理进行了单独设计，采用了对桥梁影响较小的高压旋喷桩施工工艺，能够保证施工期及运营期安全。因此，该项目采用的路基下穿绕城桥梁设计方案技术可行、经济合理、可实施性强。

参考文献

[1]城市道路工程设计规范：CJJ37—2012（2016年版）[S].北京：中国建筑工业出版社， 2016.

[2]公路软土地基路堤设计与施工技术细则：JTG/TD31-02—2013[S].北京：人民交通出版社， 2013.

[3]涉路工程安全技术评价规范：DB42/T2002—2023[S].北京：人民交通出版社， 2023.

[4]城市工程管线综合规划规范：GB 50289—2016[S].北京：中国建筑工业出版社， 2016.

[5]公路交通安全设施设计规范：JTG D81—2017[S].北京：人民交通出版社， 2017.