洞庭湖濱湖平原區(qū)高速公路設(shè)計(jì)理念探索

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(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 湖南 長沙 410205; 2.長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司 ，湖南 長沙 410013)

洞庭湖濱湖平原區(qū)高速公路設(shè)計(jì)理念探索

龍光1,肖澤林2

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 湖南 長沙 410205; 2.長沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司 ，湖南 長沙 410013)

湖區(qū)高速公路是相對少見而特殊的一種高速公路，湖區(qū)平原地勢平坦，普遍存在軟土不良地質(zhì)，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的湖區(qū)高速公路正在建設(shè)和規(guī)劃中，根據(jù)從事洞庭湖區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對湖區(qū)高速中合理的互通形式、橋型方案、軟基處置方案，以及路基和橋梁方案的比選進(jìn)行了研究。研究結(jié)果貼近工程實(shí)際，為湖區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)及建設(shè)提供借鑒。

高速公路； 洞庭湖平原區(qū)； 軟土處治； 橋梁； 互通

0 引言

洞庭湖地處湖南省北部、湖北省南部、長江荊江河段以南,跨岳陽、汩羅、湘陰、望城、益陽、沅江、漢壽、常德、津市、安鄉(xiāng)和南縣等縣市,由東、西、南洞庭湖和大通湖四個(gè)較大的湖泊組成,面積2820 km2,是我國第二大淡水湖。

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在洞庭湖濱湖平原區(qū)內(nèi)開始規(guī)劃和修建多條高速公路，本文根據(jù)從事設(shè)計(jì)的數(shù)條洞庭湖平原區(qū)高速公路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對湖區(qū)高速公路設(shè)計(jì)理念進(jìn)行總結(jié)和探索，對湖區(qū)高速公路互通方案選擇、軟基處置經(jīng)驗(yàn)、路基與橋梁方案比選提出建議。

1 湖區(qū)高速公路互通方案選擇

1.1 互通形式選擇

洞庭湖平原區(qū)地勢開闊，建筑物較少，影響互通方案的因素主要是控制用地規(guī)模，減少侵占農(nóng)田?；ネㄐ问奖容^簡單，一般采用單喇叭互通或菱形互通。如圖1、圖2。

圖1 單喇叭互通

圖2 菱形互通

菱形互通在節(jié)約占地方面有較大優(yōu)勢[1]，但考慮到菱形互通在匝道上設(shè)置平面交叉，平交范圍內(nèi)沖突點(diǎn)難以消除，在行車安全和運(yùn)行效率方面存在不足，目前湖南省內(nèi)主要的湖區(qū)高速公路如：岳陽至常德高速公路、南縣至益陽高速公路、伍市至益陽高速公路普遍采用單喇叭互通，僅在用地極端受控的情況下考慮采用菱形互通。

1．2 主線上跨、下穿選擇

在湖區(qū)平原控制主線標(biāo)高的因素主要是跨越地方道路設(shè)置橋梁或通道的標(biāo)高，因此主線標(biāo)高普遍在原地面5～7 m以上。

當(dāng)單喇叭互通采用主線上跨匝道時(shí)，匝道標(biāo)高控制在湖區(qū)內(nèi)澇水位以上，其標(biāo)高約在原地面以上1～2 m以內(nèi)，此時(shí)主線跨匝道標(biāo)高在原地面標(biāo)高以上6～8 m左右，主線跨匝道橋梁長度較短。如圖3。

圖3 主線上跨單喇叭互通

當(dāng)采用主線下穿匝道時(shí)，主線標(biāo)高受地方道路控制，其標(biāo)高仍需高出原地面5～7 m，而匝道跨越主線處的標(biāo)高需高出原地面11～13 m，由此導(dǎo)致匝道跨越主線的跨線橋橋長較長。如圖4。

圖4 主線下穿單喇叭互通

因此在一般情況下，湖區(qū)高速公路互通宜采用主線上跨匝道的布置方式。

2 湖區(qū)高速公路常規(guī)橋梁方案選擇

湖區(qū)高速公路穿越大片平原區(qū)，出于跨越地方道路以及防洪排澇的考慮常需設(shè)置較大比例的橋梁。

根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對不同跨徑的橋型進(jìn)行比較，尋找最經(jīng)濟(jì)合理的橋型方案。

經(jīng)過對目前高速公路上應(yīng)用較多的空心板、T梁、小箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后可以看出，在20 m跨徑橋梁中，橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋在造價(jià)上占有一定優(yōu)勢。但其跨徑不能很大(目前通常最大跨徑25 m)，板梁間采用鉸接，結(jié)構(gòu)為橋面連續(xù)，結(jié)構(gòu)整體性和行車舒適性較差，另外在運(yùn)營期間支座更換、養(yǎng)護(hù)工作量比較大。

在25～40 m跨徑橋梁中，預(yù)制小箱梁較經(jīng)濟(jì)、美觀性優(yōu)于板梁及T梁。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)性以及跨越地方道路的需要，同時(shí)考慮視覺效果等因素，在湖區(qū)平原區(qū)采用25 m小箱梁是比較合適的橋型方案。

3 湖區(qū)高速公路軟土路基處置方案

洞庭湖平原區(qū)由洞庭湖多年沉積而成，主要的不利地質(zhì)情況是軟土，軟土路基處置一直是湖區(qū)公路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

根據(jù)省內(nèi)已建成的岳陽至常德高速公路以及在建的南縣至益陽高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，適合工程實(shí)際且行之有效的軟基處置方案有如下3種。

3．1 常用軟土路基處置方案

3.1.1 堆載預(yù)壓排水固結(jié)法(塑料排水板)

排水固結(jié)法是人為地在軟土層內(nèi)造成滲水通道，排水通道用塑料排水板(袋裝砂井)[2]。在路堤填土荷載預(yù)壓下加快排出孔隙水，提高軟土的固結(jié)速度，從而提高軟基強(qiáng)度和承載力。在路堤填土完成后，要經(jīng)過一定時(shí)間的預(yù)壓期，使得沉降大部分在預(yù)壓期內(nèi)發(fā)生，滿足工后沉降的要求。使用超載預(yù)壓，能進(jìn)一步加快固結(jié)，在較短時(shí)間滿足工后沉降的要求。如圖5。

圖5 塑料排水板

其突出的特點(diǎn)是： 造價(jià)較低、效果可靠，施工簡便，易于管理，但工期較長，預(yù)壓期必須做好沉降觀測。

3.1.2 碎石樁

碎石樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁, 碎石樁是散體樁的一種，按其制樁工藝可分為振沖(濕法)碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振動(dòng)加水沖的制樁工藝制成的碎石樁稱為振沖碎石樁或濕法碎石樁。采用各種無水沖工藝(如干振、振擠、錘擊等)制成的碎石樁統(tǒng)稱為干法碎石樁。當(dāng)以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。如圖6。

圖6 碎石樁

其特點(diǎn)是： 處理深度適中、工后沉降小、工期短、造價(jià)高。但對施工的要求高，加固效果直接受到施工質(zhì)量的影響。受施工工藝的限制，目前碎石樁只能較可靠地處理到20 m以內(nèi)的深度。

3.1.3 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁是利用靜壓樁機(jī)或動(dòng)力打樁機(jī)將預(yù)制的砼預(yù)應(yīng)力空心薄壁管打入地基，地面荷載主要通過管樁向深層硬土層或基巖傳遞，并通過樁內(nèi)外壁與地基土摩阻力和擠密作用，使地基與樁形成復(fù)合地基。如圖7。

圖7 預(yù)應(yīng)力管樁

適用范圍： 淤泥質(zhì)粘土、粉土、一般粘性土、松散砂質(zhì)粉土等具有可達(dá)持力層的深層軟土。

方案特點(diǎn)： 處理深度大、施工簡單、樁距較大，造價(jià)較高，使用效果良好，對環(huán)境有一定的影響，要求有穩(wěn)定的可達(dá)持力層。

3．2 軟土路基處置方案選擇

根據(jù)岳陽至常德高速公路以及南縣至益陽高速公路相關(guān)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[3]，不同情況下軟土路基處置方案如下：

1) 軟土深度較淺(≤10 m)路段，宜采用塑料排水板處理。

2) 對軟土深度適中(≤15 m)的路段，可采用碎石樁處治，當(dāng)軟土深度≥20 m時(shí)，碎石樁處治效果不理想。

3) 對于軟土深度較深(≥25 m)的路段，可采用預(yù)應(yīng)力管樁處治。

4 路基與橋梁方案比選

湖區(qū)高速公路由于地處洞庭湖平原，路線周邊往往缺少可供路基填筑的土源，路線填土需要借土遠(yuǎn)運(yùn)，同時(shí)由于軟土地基的存在，在方案設(shè)計(jì)階段往往需要綜合路基填筑高度、軟基處治深度進(jìn)行路基方案和橋梁方案的比選[4]。

4．1 典型路段比較方案

1) 橋梁與路基填筑的方案計(jì)算比較長度均取為1 km，路基寬度24.5 m。

2) 參與比選的填土高度為5、6、7、8、9、10 m。

3) 路基借土填筑運(yùn)距取35 km。

4) 橋梁方案采用25 m小箱梁。

4．2 方案比較

4.2.1 按塑料排水板處置(間距1.3 m)

對于一般路段來說，當(dāng)填筑高度≤5.7 m時(shí)，如果軟土不是特別深(≤10 m)且力學(xué)性質(zhì)不是特別差時(shí)，均可采用塑料排水板處理，雖然排水固結(jié)法是最為經(jīng)濟(jì)的，但也是路堤沉降量最大的。

當(dāng)采用塑料排水板處治時(shí)，路基方案與橋梁方案建安費(fèi)對比情況如圖8。

圖8 路、橋方案建安費(fèi)對比(塑料排水板處治深度10 m)

當(dāng)路基填筑高度較低，且軟土深度較淺的情況下采用塑料排水板處治的路基方案相比橋梁方案在造價(jià)上有較大優(yōu)勢。

4.2.2 按碎石樁處治(間距2.6～2.1 m)

對于軟土深度適中(≤15 m)的路段，可考慮采用碎石樁復(fù)合地基的處治方法。

采用碎石樁處治時(shí)，路基方案與橋梁方案建安費(fèi)對比情況如圖9。

圖9 路、橋方案建安費(fèi)對比(按碎石樁處治)

對于軟土深度適中(≤15 m)的路段，在一般路基填筑高度范圍內(nèi)(≤9 m)，采用碎石樁處治的路基方案相比橋梁方案在造價(jià)上有一定優(yōu)勢。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力管樁處治(間距2.6～2.1 m)

對于軟土深度較深(≥15 m)的路段，宜采用預(yù)應(yīng)力管樁處治。

采用預(yù)應(yīng)力管樁處治時(shí)，路基方案與橋梁方案建安費(fèi)對比情況如圖10。

圖10 路、橋方案建安費(fèi)對比(預(yù)應(yīng)力管樁處治)

當(dāng)軟土深度≥15 m且≤25 m，在一般路基填筑高度(≤7 m)，可考慮采用預(yù)應(yīng)力管樁處治。

當(dāng)軟土深度較深(≥25 m)，從工程經(jīng)濟(jì)的角度考慮，宜采用橋梁方案。

4．3 小結(jié)

從工程經(jīng)濟(jì)的角度考慮，在軟土深度≤15 m的路段宜采用路基方案，在軟土深度≥15 m且≤25 m的路段可考慮采用路基方案，在軟土深度≥25 m的路段宜采用橋梁方案[5]。

5 結(jié)論

1) 湖區(qū)高速公路地勢平坦，互通選型宜采用主線上跨的單喇叭互通。

2) 湖區(qū)高速公路橋梁方案宜采用25 m小箱梁。

3) 軟土深度較淺(≤10 m)的路段，宜采用塑料排水板處理。

4) 軟土深度適中(≤15 m)的路段，可采用碎石樁處治。

5) 軟土路基深度≥15 m且≤25 m的路段，可采用預(yù)應(yīng)力管樁處治。

6) 軟土深度較深(≥25 m)的路段，宜采用橋梁方案。

[1] 劉子劍.互通式立體交叉設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社有限責(zé)任公司，2015.

[2] JCJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 陳江濤，李宏泉.湖南省岳陽至常德高速公路施工圖設(shè)計(jì)[Z].長沙：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院.

[4] 賈軍，龍光.湖南省南縣至益陽高速公路施工圖設(shè)計(jì)[Z].長沙：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院.

[5] 龍光，劉文.伍市至益陽高速公路施工圖設(shè)計(jì)[Z].長沙：湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院.

1008-844X(2017)03-0038-04

U 412.36

A

2017-07-28

龍 光(1983-)，男，工程師，從事路線總體設(shè)計(jì)工作。