泗宿高速公路工程設計及其優化

吳康寧

(1.安徽省經工建設集團有限公司，安徽 合肥 230051；2. 安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088)

泗縣至宿州高速公路是安徽省“四縱八橫”高速公路網規劃中的“第2橫”，是安徽省“861”行動計劃和首個開工的“十一五”高速公路重點建設項目。工程起點位于泗縣屏山鎮大彭莊，與國道G104交叉，終點位于淮北市烈山區古饒鎮境內，與合徐高速公路交叉，全長91.46km。采用平面線形設計且使用較高的技術指標，平曲線一般較長，均大于不設超高的最小半徑，全線主線不設超高,在滿足構造物凈空的前提下，豎曲線半徑值的選用均滿足視距的要求，平縱技術指標大小均衡，線性平順圓滑。主要設計參數為：公路等級為雙向4車道高速公路，設計速度120km/h，路基寬28m，路面寬23.5m；全線采用瀝青混凝土路面。橋涵設計汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，設計洪水頻率特大橋為1/300，路基、大、中、小橋及涵洞為1/100。樞紐型立交匝道設計速度80km/h(直連式匝道)，70km/h(半直連式匝道)， 50km/h或40km/h(內環匝道)。

1 路基設計方案及其優化

1.1 路基設計方案

(1)路基高程設計。采用中央分隔帶外側邊緣高程，路基設計洪水頻率為1/100。路基設計高主要受橋涵、通道、洪水位及內澇水位的因素控制，在滿足其各項要求的同時，降低路基設計標高，以最大限度的減少路基用土量、節約占地及工程造價，為此路基設計采用低路堤的設計理念。工程沿線均為巨厚的第四紀松散層所覆蓋，其巖性為粘質土、粉質土組成的韻律層，具多元結構。在擬取土深度(5m)范圍內，上部巖性以粘質土為主，其次為低液限粉土和細砂。粘質土中以低液限粘土為主，其次為高液限粘土，局部具有弱膨脹性，低液限粘土一般可以直接作為路基填料，但部分低液限粘土的CBR值偏低，不能滿足路堤填料最小強度要求，不能直接作為路基填料，高液限粘土由于其液限和塑性指數過高，可壓實性差，也不能直接作為路基填料，均應進行摻灰處理，經處理其各項指標都能滿足路堤、路床要求。下部巖性以低液限粉土為主，其次為低液限粉土質砂和細砂，低液限粉土和低液限粉土質砂、細砂由于不易壓實，不宜直接作為路基填土，為有效利用土源，減少取土占地，低液限粉土和低液限粉土質砂，采用摻二灰(石灰+粉煤灰)進行處理用于路基填料加以利用。

(2)路基防護設計。設計原則為當路堤邊坡高度H<3.0m時，邊坡采用(濕法噴播)草灌混植防護；路堤邊坡高度3.0≤H<5.0m時，邊坡采用植物框格+草灌混植或臨時集中排水+草灌混植的生態防護措施；路堤邊坡高度H≥5.0m時，邊坡下部采用拱形骨架護腳，上部4.0m高度的邊坡采用臨時集中排水+草灌混植或植物框格+草灌混植的生態防護措施。邊坡防護盡量采用植物生態綠化措施，提倡“以灌為主、草灌結合”的生態防護理念，營造路基兩側自然和諧的原生態風貌。草灌應按花期不同，混雜使用，以達到邊坡色彩隨四季變化。穿越溝塘段，路堤邊坡設計水位以下采用浸水護坡防護，上部根據高度采用植草或拱形護坡防護。一般分離立交和支線上跨橋兩端采用拱形骨架護坡加固坡面，提高橋頭段路基邊坡的抗沖刷能力，拱圈內采用草灌混植防護，跨河跨溝橋梁兩端采用橋頭滿鋪。

1.2 路基優化設計

(1)路基的優化設計。主要有粉性土、高液限粘土的改良處理、原地表、水塘的清淤及換填處理。工程沿線土質大部分為粘性土夾粉性土且土體含水量較高，素土CBR值不能滿足路基設計規范要求，為保證路基工程質量，進行了如下優化處理：①原地表處理：路線穿越段地勢低平，地下水豐富且埋藏淺，部分路段存在內澇，施工時對原地表清表后摻3%石灰進行回填處理。②路基填料處理：對路基填料為粉性土、高液限粘土及素土CBR值不能滿足路基設計規范要求的低液限粘土均采用摻灰等進行改良處理,即路堤采用3%灰土處理；路床部分上路堤頂面以上0-40cm采用5%灰土處理，40-80cm選用粘性土摻8%石灰土處理。③水塘的清淤及換填處理：溝塘清淤換填處理由原設計的底部回填40cm碎石+素土回填至原地面優化變更為底部回填40cm碎石+3%石灰改善土回填至原地面進行處理。

(2)路基防護優化設計。由于全線路基填料多為粉性土，為防止運營前期雨水沖刷邊坡造成危害，路基防護由原設計防護措施優化變更為路堤邊坡高度H<3.5m時，邊坡采用(濕法噴播)草灌混植防護；路堤邊坡高度H≥3.5m時，邊坡采用拱形護坡。

(3)路堤邊溝與支線上跨路面優化設計。將全線路堤邊溝原設計為生態草皮邊溝優化變更為U型現澆混凝土邊溝；支線上跨路面由原設計瀝青混凝土路面優化變更為水泥混凝土路面，有利于施工單位統一協調組織施工。

2 橋涵設計方案及其優化

2.1 橋涵設計方案

(1)橋涵位置設計。依據自然河流、灌溉干渠、溝、塘及公路等級和現有路面狀況，經過現場勘察，確定各類構造物的分布、位置、方向、功能、跨徑、孔數、結構形式等。路線所經區域內河流屬淮河水系，河流流量隨季節變化較大，主要受降雨量的影響，每年6月份～8月份為豐水期，流量較大，水位高，枯水期為12月至次年2月，流量較小，甚至斷流。另外沿線區域內人工溝渠交錯，水網密布，各類不同的排灌體系，控制流量的排灌站、漫水壩等設施較完善，構成較為發達的地表灌溉體系。設計中橋位選擇原則上服從路線總體走向，對斜交角度過大的橋梁，布線時綜合考慮斜交的影響，進行局部調整，做到路橋協調，融為一體。

(2)橋涵設置設計。橋梁涵洞的設置，以盡量不改變現有河流自然狀態、不降低原有溝渠使用功能，充分考慮渠泄洪、灌溉需要，兼顧群眾生產、生活方便為原則。路線的線形標準決定了全線大部分橋梁為斜橋，為使橋下水流順暢，一般情況下橋涵順河渠按10°一級設置。當斜度較大時，進行河渠的曲直及改移。對斜交角度大于45°，由于修路而失去作用的河溝或斷頭溝，距離較近適當溝通就能恢復排灌的溝渠，結合路線縱面設計對其進行了適當的改移、合并和連通處理。

(3)橋涵基礎設計。因地質情況直接影響到結構物的布跨及橋梁涵洞的下部結構形式，橋梁的基礎形式多為樁基，少數跨徑為8m的分離立交橋采用擴大基礎；涵洞通道的基礎形式根據實際情況分別采用分離式基礎或整體式基礎，在軟基路段和部分地質條件較差的路段，涵洞、通道采用鋼筋混凝土箱式結構。

2.2 橋涵優化設計

(1)橋涵位置優化設計。主要是對橋梁位置進行改移，由于少數支線上跨橋接線征地范圍內，已經建成地方公路的養護工區及其它建筑物，在減少拆遷和降低工程造價的前提下將支線上跨橋移位，進行局部的調整以取得更好的效益與效果。

(2)橋涵設置優化設計。當地的路網和水系比較發達，高速公路建成后對沿線水系產生較大影響，阻斷了部分道路和溝渠。因此對沿線農田水利設施認真調查，適當增設涵洞、通道，連通當地的路網和水系，以滿足群眾出行和灌溉、排水的需求，橋涵設置與全線路基、路面排水形成完整的系統。

(3)橋涵基礎優化設計。工程地處淮北平原，粉性土較多并含有少量軟土，地質情況復雜，對構造物基礎影響較大，因此對部分橋涵基礎優化設計有：①對于地質情況的復雜及突變，由原設計樁基中摩擦樁樁長進行優化或將摩擦樁變更為嵌巖樁；部分樁頂和系梁頂的設計高程較低，根據樁基施工現場的實際情況，適當提高樁頂和系梁頂的設計高程，以降低施工難度。②因地下水位較高，部分橋涵在施工過程中造成地基承載力不能滿足設計要求時，根據現場地基承載力檢測結果，對這部分橋涵分別采取變更基礎型式或增加基底的換填面積。

(4)橋梁護欄優化設計。將全線橋梁的墻式護欄優化變更為外包式護欄，以增加橋梁的美觀，使橋和路與自然環境和諧統一。

3 結束語

通過對路基和橋涵的設計及優化，充分利用成熟的設計經驗與成果，在保證工程質量的同時降低了建設成本，縮短了施工周期，取得了良好的經濟效益和社會效益。該工程獲得了交通運輸部公路交通優質工程獎(李春獎)一等獎、國家優質工程獎，建造了安徽省首條平原地區資源節約型示范高速公路工程，為今后平原區高速公路工程設計與施工提供了參考。