高速公路跨越南水北调工程桥梁布置与设计

张信鹏

（河北省交通规划设计研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

一、工程概况及跨越必要性论证

北京新机场至山东德州高速公路京冀界至津石高速段（以下简称“京德高速”）起于河北廊坊市固安县东北的京冀界，向南经固安县东、永清县西、霸州市东、文安县西，终于沧州市任丘梁召镇与津石高速交叉处，全长约87.256km。

南水北调中线工程是解决京、津和其他华北地区水资源短缺，优化水资源配置的一项战略性基础设施，南水北调中线一期工程天津干线（以下简称“天津干线”）向天津市和河北省部分城镇供水，是天津市的生命线。天津干线起点为河北省保定市徐水县西黑山村，东至天津市外环河，途经河北省保定市的徐水、容城、雄县、高碑店，廊坊市的固安、霸州、永清、安次和天津市的武清、北辰、西青，共11个区县，全长约155km。

京德高速与南水北调天津干线在廊坊市霸州市北庄头村交叉，交叉位置处的天津干线为现浇混凝土箱涵，内部尺寸为3孔4.4m×4.4m，为有压输水。交叉处京德高速路线总体为南北走向，位于大广高速公路以东、京台高速公路以西的走廊带，该项目范围内天津干线呈东西走向，因此该项目与天津干线的交叉不可避免。

二、跨越工程布置研究

京德高速于廊坊市霸州市北庄头村跨越天津干线，采用（34+52+34）m变截面连续悬浇箱梁结构跨越，交角为79.34°，桥宽34.5m，地面距梁底最小距离10.2m，桥墩承台与箱涵最小净距10.6m。

《其他工程穿越跨越邻接南水北调中线干线工程设计技术要求》[1]第5.1.9条和第5.1.3条规定，“跨越工程布置应采用一跨跨越中线干线工程管理范围”“跨越的方式应结合其工程所在地的南水北调中线干线工程相关建筑物布置情况、地形地质条件等，经方案比选确定”，交叉处的南水北调天津干线为输水箱涵，正常通水，场地地形较平坦，属稳定场地，较适宜跨越工程建设。

（一）跨越角度选择

在京德高速与天津干线交叉处，北侧受一座正在运营中的油井制约，无法向东偏移；南侧设置霸州东互通，受西侧泄水渠影响，互通若向西偏移则布设困难，且路线与前营村、马兴庄村距离变近，对村庄影响较大。综合以上因素，京德高速与天津干线交叉角度为79.34°。

（二）跨越净空确定

跨越净空主要从天津干线日后维护检修的便捷性考虑，维护检修按日常巡查、日常维修、工程大修3种工况分析。

日常巡检主要收集布设的检测点数据，要保证巡检人员正常通过。日常维修主要包括暗涵上覆土的整治、暗涵周边监测点布控等维护，需通行小型机械。京德高速跨越天津干线跨径为52m，暗涵两侧具有通行空间，跨越位置桥梁至地面净空最小为8.9m，具备巡检人员和小型机械通行条件。

工程大修主要是在停水时对暗涵进行开挖整治、更换等。在对暗涵开挖时，需根据暗涵破坏情况进行整修。为避免箱涵大修开挖对高速公路桥梁承台、桩基造成影响，同时保证天津干线大修机械的作业空间，在京德高速交叉范围内暗涵两侧设置了两排防护桩，防护桩强度需能够抵抗暗涵大修开挖后外侧土压力。防护桩设置位置选择在暗涵外侧8m位置，平行于天津干线暗涵走向布置。

（三）桥梁跨径选择

天津干线箱涵宽15.3m，京德高速与天津干线交叉角度为79.34°，京德高速桥梁全宽34.5m。考虑到天津干线大修基坑开挖工况，防护桩与箱涵外侧净距为7.4m，该桥梁斜交正做，考虑桥墩基础尺寸及相应的承台施工空间，桥梁跨径不应小于48m。箱涵两侧各预留2m安全距离，桥梁主跨跨径选择52m，配孔选择34m，即桥梁方案采用（34+52+34）m变截面连续箱梁结构。

（四）桥梁施工方案比选

对于变截面连续箱梁桥，常见的施工方法有：满堂支架法、悬臂施工法等。

方案一为满堂支架法施工。施工期间禁止在暗涵上方搭设支架，因此在距离箱涵外侧边缘8m位置搭设贝雷梁，跨径为29m。在贝雷梁两侧位置及基础两侧至桥墩位置铺设厚度为0.5m的C30混凝土作为支架基础，待混凝土具备强度后搭设满堂支架。

方案二为悬臂浇筑法施工。悬浇方案是指主梁施工从桥中间墩处开始，按对称方式逐步接长，直至悬出梁段合龙的方法[2]。其优点是施工支架和临时设备少，施工时对桥下的影响较小。

该项目桥下暗涵为有压输水箱涵，方案一考虑采用大跨径贝雷梁顶搭设支架减小对暗涵的影响，但桥梁上部结构施工浇筑混凝土荷载较大，支架对暗涵的影响存在不确定性，且支架搭设过程中存在一定风险；方案二施工工期较长，但挂篮施工方案对暗涵的影响相对较小，综合以上分析，采用悬臂浇筑施工方案。

三、桥梁与箱涵防护设计要点

（一）桥梁结构设计

京德高速上部结构采用（34+52+34）m变截面连续箱梁结构，桥梁箱梁除墩顶0、1号块外，各单T箱梁均采用挂篮悬臂浇筑法施工，分7对梁段，按5×3m+2×4m进行对称悬臂浇筑。桥墩墩顶块件长4m，中孔合龙段长2m，边孔现浇段长8.9m，边孔合龙段长2m。下部结构主墩为薄壁墩、桩基础，承台与暗涵最小净距为10.6m，地面至梁底距离为10.2m，满足规范要求。

（二）桥面排水设计

为避免桥面排水（危险化学品泄露等）对输水箱涵产生不利影响，该桥设置集中排水系统将桥面污水（雨水）引至较低侧事故池中。交叉位置处，桥面纵坡-2.211%，其中跨越天津干线52m主孔桥面范围内不设置泄水孔，两侧34m边孔桥面排水通过竖向泄水管汇至纵向集水管，纵向集水管在桥墩处延伸至地面，汇入事故池中，事故池设置在箱涵保护范围（50m）以外的桥下征地范围内。

（三）桥梁交安设施设计

桥梁两侧设置SS级墙式防撞护栏，有效地避免了车辆在突发事故时冲出桥面，降低了公路运输对南水北调管道的影响。在跨越位置桥梁起终点两侧合适位置，设置禁止停车标志及其他提醒标志，禁止任何超限超载及运载易燃、易爆等危险品的车辆在跨越范围内停留[3]，避免公路运输事故对天津干线输水管道的不利影响。

（四）箱涵防护设计

工程大修对暗涵开挖时，考虑耐久性与施工便利性，基坑开挖采用排桩作为防护措施。在交叉位置对箱涵顶部标高进行实测，跨越位置暗涵最大埋深约2.88m，最小埋深约2.72m，暗涵高度为5.6m。箱涵检修时，基坑开挖至箱涵底部标高，基坑开挖深度为8.48m，结合项目地质情况，防护桩采用钻孔灌注桩，桩径1.2m，根据以上数据计算防护桩嵌固深度。

四、结语

本文以京德高速上跨南水北调天津干线为工程实例，从跨越必要性、工程布置研究、桥梁设计要点等方面综合分析，得出以下结论：高速公路跨越南水北调工程设计中，应对交叉位置、角度、跨径、施工方案等进行充分综合考虑；南水北调工程是一项战略性基础设施，高速公路设计时既要考虑桥梁施工对南水北调的影响，又要考虑南水北调箱涵维修维护、事故检修等设计。