福建福安（溪北洋）至赛岐快速通道工程设计

王建平,徐云飞

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214072）

福建福安（溪北洋）至赛岐快速通道工程设计

王建平,徐云飞

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214072）

介绍了福安至赛岐快速通道工程的设计。该工程为城市主干路兼一级公路标准建设，阐述了道路路线比选、路基路面、桥梁、隧道等方面的设计理念及思路。希望对类似项目的设计提供一般思路参考和工作经验。

工程设计；路线比选；路基路面；特大桥；隧道

0 引言

福安城市总体布局结构呈现带状组团式布局，按照“南展、西拓”的发展思路，以产业发展为动力，以赛江为轴线，以老城区——溪北洋、赛江、湾下三大城市组团为核心。“西拓”就是发展溪北洋城市组团，打通老城区至溪北洋的隧道，以隧道为纽带，充分利用西部的用地优势，拓展老城区用地空间，形成副中心城区。在此背景下，福安（溪北洋）至赛岐快速通道工程的建设被提上日程。

1 工程概况

福安（溪北洋）至赛岐快速通道工程定位为城市主干路（兼公路一级）标准，道路全长约7.992 km。道路下布设的管线有雨水、污水、上水、电力、信息、路灯等管线。

1.1 技术标准

1.1.1 道路部分[1]

道路等级：城市主干路（兼公路一级）。

设计速度：主线60 km/h；廉首大桥连接线50 km/h。

交通量饱和设计年限：20年。

路面结构设计使用年限：15年。

路面设计标准轴载：双轮组单轴100 kN。坐标：1954西安坐标系统。高程：1985国家高程基准。

1.1.2 桥梁部分[3]

设计荷载：汽车荷载为城-A级（公路一级验算），人群荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ 11—2011）取用。设计洪水频率：赛江特大桥1/300，其余1/100。通航要求：按《通航海轮桥梁通航标准》（JTJ 311—1997）相关条款执行，具体如下。

赛江特大桥：通航宽度B=98.3 m（双向通航），B=53.8 m，通航孔高度13.9 m。

廉首大桥：通航宽度B=56 m（双向通航），B= 29 m，通航孔高度8 m。

抗震要求：桥梁抗震设防烈度为6度，设计基本地震动加速度峰值为0.05 g（g为重力加速度），抗震设防类别为丙类，E1地震作用抗震重要性系数取0.46。

结构设计基准期：100年。

设计使用年限：特大桥、大桥设计使用年限100年。

结构安全等级：特大桥、大桥设计安全等级为一级。

桥梁结构的设计环境条件：Ⅱ类。

耐久性设计：按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第1.0.7条执行。

1.1.3 排水标准

设计降雨的重现期：雨水管设计重现期采用5年；路面和路肩表面排水为5年；路界内坡面排水为15年。

区域的综合径流系数取0.6，其中道路路面径流系数取0.9，绿地径流系数取0.15。

1.2 沿线主要控制点及河道情况

1.2.1 现状用地及控制建筑

道路起点接现状令之大道（在建），终点为赛岐大道（规划）。道路两侧现状用地主要为农田、山地、村落、河漫滩等，尚未进行城市建设开发。沿线主要控制物为薛氏宗祠、南北宫、大叶村附近墓群等，路线应考虑避让。

1.2.2 沿线河道

道路右侧为穆阳溪，全线伴行。穆阳溪为通航河道，根据福建省交通厅《关于福建省地方一、二、三级内河通航技术等级的批复》，桥区河段规划为一级航道，通航30 t级货船。据实地调查，桥区河段目前通航的船舶基本为300 t级砂驳船及以下货船。主线跨越赛江，为通航河道，桥区河段规划为一级航道，通航30 t级货船。据实地调查，桥区河段目前通航的船型主要为500 t级的海轮、500 t级的砂驳船及以下船舶。

2 路线设计

2.1 路线布设原则

（1）路线布设要根据沿线地形、地质、水文等特点，充分研究，妥善处理与本项目的相关关系，合理进行布线。

（2）合理利用地形，准确运用标准，在选用线形要素和技术指标时，进行全面的综合分析，在造价增加不多的情况下，尽量选用较高的技术指标，以提高道路的通行能力和使用质量。

（3）注重环境保护，路线布设时尽可能与沿线自然环境相协调，尽量减少高填深挖路基。

（4）注重空间线形的连续，使线形顺适，技术指标均衡，平、纵、横相互配合协调，保证行车安全、舒适，并能满足驾驶员视觉以及心理方面的要求。

（5）路线布线时尽可能与沿线城镇及路网规划相配合，促进地区经济的发展。

2.2 路线方案布置及比选论证

线路起点北接溪北洋片区令之大道已实施段落，南行接横一线（规划濂溪路）后，线路东折从南北宫和薛氏祠堂中间穿过，新建仙山顶隧道（约1 890 m）到达大叶村墓区，沿墓区南侧山体展线过后太桥，经锦埔村、陈沃村、廉首村后，新建赛江大桥到达赛歧片区，线路上跨规划江滨路、赛平路，与赛岐路平交，线路近期沿赛岐路、宅里路与104国道平交。远期通过新建狮子山隧道（约760 m）与104国道衔接。

廉首大桥连接线起点S302，终点接本次福安至赛岐快速通道，远期与规划纵二线相连。

本工程路线基本沿赛江布设，路线走向较明确。设计主要针对廉首村处路线方案进行比选。

2.2.1 平面线形方案比选

正线：从廉首村后经过，沿天鹅山山脚展线（见图1）。

比较线：方案二从廉首村前经过，沿赛江布线（见图1～图3）。

图1 路线方案平面比选示意图

图2 正线方案纵断面图

图3 比较线方案纵断面图

2.2.2 各方案主要指标比较

2.2.2.1 路线平纵线形比较

正线方案最小平曲线半径为650 m，最大纵坡为1.6%；比较线方案最小平曲线半径为1 000 m，最大纵坡为1.64%[2]。正线方案圆曲线半径较小，指标较低。

2.2.2.2 征地比较

征地比较见表1。正线方案从村后经过存在大量拆迁，共计拆迁12 600 m2，坟3座，拆迁量见表2。比较线方案不存在拆迁。

表1 征地比较表 亩

2.2.2.3 工程量比较

正线方案从村后经过，天鹅山山高林密，山势陡峭，道路建设存在高边坡及高挡墙，边坡最大分为4阶，挖方较大，布设挡墙两座共340 m。比较线方案以桥梁的形式从村前经过，布设挡墙115 m，不存在高边坡。两方案工程数量详细比较见表3。

表2 拆迁比较表

表3 工程数量比较表

2.2.2.4 施工方案

正线方案从村后经过存在高边坡及高挡墙，路边即为廉首村，对山体高边坡施工需要开挖、爆破等特殊处理方式，挡墙基础开挖会出现基坑，两者均存在安全隐患，需制定详细的施工组织方案保证施工安全，施工干扰因素多，施工速度将受到限制。

比较线方案从村前以桥梁形式通过，梁体预制安装，施工速度快，施工干扰因素小，较安全。

2.2.2.5 景观效果

正线方案大开挖，破坏天鹅山山体，虽可通过人工方式进行绿化，人工处理工程量大。

比较线方案以桥代路，桥梁高度普遍高于廉首村房屋高度，即保证廉首村视野通透，又犹如一条玉带缠绕廉首村。

2.2.2.6 方案优缺点

（1）正线。优点：平纵线形好，技术指标高。缺点：涉及廉首村拆迁比较多，工程需大开挖，破坏天鹅山山体，路基存在高边坡及高挡墙，施工较困难需爆破，存在安全隐患。但经当地镇政府组织的村民大会沟通，村民愿意选择此方案。

（2）比较线。优点：不需拆迁，不存在正线高边坡及高挡墙路段，施工较安全。缺点：造价较高，桥梁工程量增加较多。

综上所述，从尊重当地政府及村民的意愿出发，降低工程社会风险，综合比较，推荐正线方案。

3 路基路面设计

3.1 路基换填

本次道路滨水，路基材料当换填透水性材料时，宜采用砂、砾石、卵石、片石、碎石、隧道洞渣等透水性材料或强度较高的砂性土。具体物性指标见表4。

表4 换填透水性材料物理性质指标表

地下水较丰富，路基强度不高，且土基E0值达不到设计要求或遇到高液限土时，需超挖换填处理，换填厚度为不小于80 cm的透水性材料，具体物理性质指标见表4。

减少桥头路车现象，桥头路基回填采用透水性材料。桥头路基压实度要求比一般路段高，要求从填方基底至路床部分压实度为96%,增强路基整体性，减少不均匀沉降。

3.2 路基防护工程方案

（1）填方路基边坡防护。当路基填土高度不大于4 m时，路基边坡采用喷播植草灌防护；填土高度大于4 m边坡设浆砌片石拱形骨架防护，拱圈内植草灌防护；沿河、塘及受洪水影响地段，设浆砌片石或混凝土等护坡、填石路堤表层码砌等防护，局部受地形地物限制，设置浆砌片石护肩、护脚、浆砌片石挡土墙（或混凝土挡土墙）等。

护坡道根据不同情况种植乔木、灌木、植草形成绿色防护，使其与地形地貌相协调。

（2）挖方路堑边坡则根据土质、岩性、开挖深度和边坡坡率等分别采用CF网液压客土喷播植草灌、液压客土喷播植草灌、镀锌网植草灌、CS混合纤维植灌、拱形骨架（内植草灌）、护面墙、路堑挡土墙、锚杆或锚索框架等防护措施，以确保路堑边坡的稳定，尽量少设圬工砌体支挡结构物，在设置护面墙、路堑挡土墙段落的碎落台处种植爬墙虎等绿色植物以达到美化环境的目的。

4 桥梁设计

本项目推荐线位方案共有特大桥2 792.16 m/2座(大叶村特大桥、赛江特大桥)、大桥623.20 m/2座（廉首大桥、大叶村匝道桥）。

比较线位共有特大桥3 362.20 m/2座(大叶村特大桥、赛江特大桥)、大桥623.20 m/2座（廉首大桥、大叶村匝道桥），见表5。

表5 线位比较桥梁表

桥梁的设计基准期为100年，特大桥、大桥设计安全等级为一级，适用环境类别为滨海环境，为Ⅱ类[3]。本文篇幅所限，本次仅对特大桥进行比较论证。

4.1 桥型方案的选择

本工程桥梁长度较长，引桥较高，桥型的设计和施工方案拟定应充分重视控制造价和工期相统一，提出合理的工程方案。

考虑到本工程跨越河道处水深相对较浅，工期要求紧及工程数量多，为减小施工难度，对没有通航要求的桥梁以及要通航要求桥梁的引桥部分拟采用等高度的上部结构。

大桥的施工要同时考虑国内施工能力、技术水平，选择较成熟的施工工艺。下面对相关内容进行对比分析。

4.1.1 预制T梁和现浇预应力混凝土连续箱梁对比分析

对预制T梁和现浇预应力混凝土连续箱梁进行对比分析，如采用同跨径的布跨形式，桥梁的下部工程量几乎相当，而预应力混凝土连续箱梁上部结构采用现浇方式，其施工工期长，工艺复杂，造价较高，因此本工程不宜采用。40 m以上跨径T梁吊装重量较大，施工吊装设备较少，而且其梁高较高，本工程引桥桥梁高度有限，较高的梁高将会大大影响桥梁的整体效果，并且经济性也较30 m及以下跨径差，因此对于没有通航要求的大叶村特大桥拟采用25 m和30 m连续T梁作为备选方案，对于通航要求不高的廉首大桥，主桥拟采用40 m的T梁作为备选方案，对于有通航要求的桥梁引桥拟采用30 m连续T梁作为备选方案，选用理由如下：

（1）国内、省内对于50 m及以下跨径桥梁预制结构多采用T梁形式，因其工艺成熟，利于施工控制。

（2）工程造价比同等跨径的箱梁低，故经济性较好。

（3）T梁在预制场完成，可采用整片吊装和梁上运梁的施工方式，施工周期比同等跨径箱梁现浇短，安装一孔T梁时间为2～3 d，按照相对充裕的时间3 d考虑。

（4）相对于采用实体墩配群桩加大承台的箱梁，采用双柱式墩及小承台，下部施工速度快。

其缺点包括：结构整体性没有箱梁好；单幅桥墩需做成双柱式，桥下墩柱林立，景观效果较差。

4.1.2 变截面连续箱梁及连续刚构

对于有通航要求的主桥，为满足通航要求，主桥采用大跨度变截面连续箱梁或连续刚构作为备选方案，并根据不同的通航方式选择合理的跨径，理由如下：

（1）主桥采用大跨度连续箱梁或连续刚构，其跨度大，跨越能力强，故能很好地满足该桥的通航要求。

（2）大跨度连续箱梁或连续刚构整体性好，桥墩采用薄壁墩或空心墩配群桩加大承台，防撞性能好。

（3）变截面连续箱梁外观线形流畅，景观效果较好。

（4）与斜拉桥、悬索桥等特殊桥形相比，连续箱梁或连续刚构施工工艺相对较简单，工期相对较短，造价相对较低。

综上所述，本次设计，对于有通航要求的桥梁，主桥采用大跨度变截面连续箱梁或连续刚构作为备选方案，并根据不同的通航方式选择合理的跨径。

4.2 大叶村特大桥

大叶村特大桥起于仙山顶隧道南侧出口处（穆阳溪大叶村支流附近），终于张坑村南侧山头（后太大桥附近），左幅桥分一号、二号桥，两桥全长977 m，右幅桥桥梁全长1 479 m。该桥桥位南侧紧邻穆阳溪，顺河而行，北侧紧贴山体，桥梁沿线跨越两条穆阳溪支流，沿线地形略有起伏。

总体布置：推荐方案桥位位于大叶村西南侧，桥梁紧邻穆阳溪北侧，沿线跨越两条穆阳溪支流。左幅1#桥梁起点桩号为K3+725.500，终点桩号K4+ 484.500，桥长759 m，桥型布置为5×（5×30 m）预应力混凝土连续T梁,桥梁平面曲线与道路一致；左幅2#桥梁起点桩号为K4+980.500，终点桩号ZK5+198.500，桥长218.0 m，桥型布置为（4×30 m+ 3×30 m）预应力混凝土连续T梁,桥梁平面曲线与道路一致；右幅桥梁起点桩号为K3+720.500，终点桩号K5+199.500，桥长1 479 m,桥型布置为2×30 m箱梁+30 m T梁+30 m箱梁+30 m T梁+30 m箱梁+3×30 m T梁+2×30 m箱梁+6×（5×30 m）T梁+2×（4×30 m）T梁，桥梁平面曲线与道路一致。桥墩、桥台横桥向均沿设计线的法线方向布置，平面线形通过T梁翼缘板调整。桥墩采用柱式墩，桩基采用灌注桩基础；除左幅2#桥大桩号侧桥台采用桩柱式桥台外，其余桥台均采用肋式台。

4.3 赛江特大桥

赛江特大桥起于廉首村附近，终于狮子头村南侧山头附近，桥梁跨越赛江。推荐线位桥位从廉首村穿越，依山而行，跨越赛江；比较线位桥位从廉首村南侧绕行，跨越赛江。推荐线桥长1 320 m左右，比较线位桥长1 890 m左右。沿线地形较为平坦，桥台处略有起伏。桥梁主桥跨越赛江，赛江为通航河道，根据福建省交通厅《关于福建省地方一、二、三级内河通航技术等级的批复》，桥区河段规划为一级航道，通航30 t级货船。根据现场实地调查，桥区河段目前通航的船型主要为500 t级的海轮、500 t级的砂驳船及以下船舶，考虑到赛江通航现状和河道水深的实际情况，拟建赛江特大桥通航标准按照500 t级海轮和500 t级砂驳船。根据船型尺寸等参数，计算出最高通航水位为6.28 m，通航孔高度13.9 m，双向通航，通航净宽要求不小于98.3 m；单向通航，通航净宽要求不小于53.8 m。

总体布置：本桥推荐线位推荐方案桥梁起点桩号为K7+159.420，终点桩号K8+472.580，桥跨布置为[4×30+2×（5×30）]m（引桥）+（75+135+75）m（主桥）+4×（5×30）m（引桥），桥梁全长1 313.16m。西侧引桥及大部分主桥位于平曲线上，东侧引桥及局部主桥边跨位于R=1 500 m的圆曲线上。主桥形式为双幅分离式变截面预应力混凝土连续刚构，单幅截面形式为直腹板单箱单室，引桥为双幅分离式等截面预应力混凝土连续T梁。桥梁平面曲线与道路一致。桥墩、桥台分孔线横桥向均沿设计线的法线方向布置，平面线形通过箱梁、T梁翼缘板调整。

结合赛江通航净空要求，桥梁纵断面以主桥跨中为中心，向两侧引桥方向均采用1.60%的纵坡，竖曲线半径为4 450 m的凸曲线。

主桥为（75＋135+75）m变截面预应力混凝土连续刚构，采用挂篮悬臂施工。

4.3.1 箱梁主要尺寸

主桥箱梁为变截面单箱单室箱梁，跨中梁高3.2 m，墩顶梁高8.2 m，端支点梁高3.2 m。单幅箱梁顶板宽17.50 m，顶板厚度35 cm；翼缘板采用大挑臂折线形翼缘板，翼缘板端头厚20 cm，根部厚70 cm；底板宽8.5 m，厚度30～120 cm；腹板为直腹板，腹板厚度50～100 cm。

箱梁在支点处均设置横梁，端支点处横梁厚2 m，中墩支点处横梁厚（1.4+1.4）m，墩梁固接,中墩处横梁每道布置一个高1.8 m、宽1.0 m的进人孔，底板设置永久性检修孔。

4.3.2 混凝土标号及节段划分

预应力混凝土连续箱梁采用C55混凝土。0号节段考虑到挂篮的拼装要求定为12 m。根据施工中合拢段的浇筑时间要求短、结合施工中操作方便等因素，合拢段取2 m长。剩下的梁长分段，除考虑节段的重量不宜差别太大外，还考虑节段类型不宜太复杂，故1～4节段长3.0 m，5～11节段长3.5 m,12～17节段长4.0 m。悬臂施工最大节段重222 t，设计计算考虑挂篮重90 t（包含模板重），施工过程中挂篮实际重量应及时反馈，以便计算复核。

5 隧道设计

仙山顶隧道进口位于溪潭镇濑尾村北面山体中，出口位于大叶村西南面山体中，隧道全长1 890 m。

5.1 隧道主体工程设计

5.1.1 隧道建筑限界

隧道建筑限界的拟定依据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），并综合考虑本隧道道路性质、功能定位、服务车型、设计车速、通行能力和交通安全等因素，并满足近、远期使用功能要求，隧道建筑限界尺寸拟定如下[5]。

车行道宽度：2×3.75 m=7.5 m。

隧道净高度：5.0 m。

检修道及人行道宽度：2×0.75 m=1.5 m。侧向宽度：0.75 m+0.5 m=1.25 m。

隧道总净宽：3.75 m×2+0.75 m×2+0.5 m+ 0.75 m=10.25 m（每座隧道）。

隧道紧急停车带地段总净宽：3.75 m×2+0.75 m× 2+0.5 m+3.50 m（紧急停车带宽）=13.0 m。

行人横洞建筑限界：净宽2 m；净高2.5 m。

行车横洞建筑限界：净宽4.5 m；净高5.0 m。

5.1.2 隧道内轮廓

隧道内轮廓是依据隧道建筑限界加上设备安装空间及必要的安全间距设置[5]，隧道洞内通风设施、照明、监控等放在上部建筑限界以外，各种管线、电缆设在下部沟槽之中，另外预留约10 cm的装修空间。

5.1.3 衬砌形式及支护参数

根据隧道所处的工程地质条件，按新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，其支护衬砌参数根据隧道的埋置深度、围岩级别、跨度及受力特征，按工程类比，结合有限元分析确定。

初期支护以喷射混凝土、锚杆、钢筋网为主要支护手段；洞口加强段、Ⅴ级围岩、Ⅳ级围岩等洞身软弱带以型钢拱或格栅钢架作为初期支护加劲措施，并辅以长管棚或超前小导管作为超前支护措施；二次衬砌采用整体式模板台车浇筑。

5.1.4 隧道洞口设计

根据本隧道的地形、地质条件，结合环境保护理念，同时遵循“早进洞、晚出洞”的原则，隧道进、出口端均采用削竹式明洞洞门。采用“零开挖”方式确定暗洞口的位置，并借助超前大管棚等辅助措施完成进洞，以保证隧道洞口的自然环境和自然条件不被破坏或把破环的程度降到最小值。洞口边坡及洞顶以上仰坡坡比不小于1∶1，视现场仰坡开挖实际情况，若土体稳定则边仰坡防护尽量采用挂三维网的绿化护坡，若土体不稳定则采用喷锚网等工程防护措施。

5.2 隧道防排水设计

隧道防排水按“防排堵相结合、因地制宜、综合治理”的原则进行设计。

5.2.1 洞口防排水

结合洞口的地形情况，于洞口边仰坡坡口外5 m左右设截水天沟，防止雨水对坡面、洞口的危害；洞口雨水不得进入隧道，经截、排水沟汇入邻近路基涵洞或自然沟渠中。

5.2.2 洞身防排水

隧道洞身防水是在二次衬砌与初期支护之间铺设1.2 mm EVA复合防水卷板+300 g/m2无纺布。在施工缝和沉降缝位置二次衬砌背面设置背贴式止水带进行分区防水。在沉降缝、施工缝二次衬砌中央设置中埋式橡胶止水带、止水条加强防水，二次衬砌混凝土抗渗标号不小于P8。

隧道衬砌排水是在衬砌拱背、防水层与喷射混凝土层之间设纵、环向盲沟。纵向盲沟设在边墙脚部，沿隧道两侧，全隧道贯通，环向盲沟沿隧道拱背环向布设，每10 m一道。并下伸到边墙脚与纵向盲沟相连，在遇有地下水较大的地段或有集中渗水地段应加设环向排水盲沟，在大面积淋水地段在应加设EVA防排水板，衬砌背后的地下水通过环向排水盲沟（防排水板）汇集到纵向盲沟以后，通过横向排水管，将地下水引入排水边沟排出洞外。洞内路缘边沟主要排放消防及清洗水。

隧道围岩较差地段采用超前小导管注浆，在隧道洞室周边形成注浆堵水圈，可封闭大部分基岩中输水裂隙和涌水空间。在初期支护渗漏水较大地段，及时进行背后注浆填充，减少地下水的排放。做防水板前对初期支护渗漏处进行补充注浆处理，施工期间尤其要重视该项工程措施。

6 结语

本工程为山区城市快速通道同时兼一级公路，地形复杂，设计内容包含道路、特大桥、长隧道等，道路总体设计需考虑的方面较多，通过对路线方案的比选、桥型方案的比选、隧道主体方案的分析，希望能对类似其他项目的设计提供一般思路、参考和工作经验。

[1]CJJ 37—2012，城市道路工程设计规范[S].

[2]JTG D20—2006，公路路线设计规范[S].

[3]JTG D60—2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[4]CJJ 11—2011，城市桥梁设计规范[S].

[5]JTG D70—2004，公路隧道设计规范[S].

U412.37

B

1009-7716（2017）09-0023-06

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.008

2017-04-10

王建平（1982-），男，江苏丹阳人，工程师，从事路桥设计工作。