城市道路U形槽結(jié)構(gòu)下穿公路橋梁方案比選研究

曾新平

（中鐵四院集團西南勘察設(shè)計有限公司 昆明 650220）

1 工程概況

昆明市西山區(qū)西福路延長線北起廣福路，南止于昆明南連接線，全長2.36 k m，規(guī)劃道路等級為城市次干路，紅線寬度為25 m，雙向4車道。本項目主道（機動車道）約在里程ZK2＋120.000處與昆明南連接線相交，下穿段里程為ZK1＋990.000～ZK2＋310.000，平面長度320 m。南連接線高速公路工程西起高峣立交預(yù)留匝道，止于東連接線大沖立交，全長24.998 k m，工程按高速公路標準設(shè)計，主線道路為雙向6車道瀝青混凝土路面，設(shè)計車速為100 k m／h。南連接線高速公路已先期實施了橋梁的下部工程，已建好蓋梁離地面高差約0.5 m。根據(jù)工程實際情況，本工程將下穿段分為橋下段和引道段。橋下段里程范圍為：ZK2＋122.000～ ZK2＋189.000，長67 m，其余為引道段。下穿段采用明挖U型槽結(jié)構(gòu)下穿南連接線，見圖1。

圖1 下穿段縱斷面圖

圖1 的縱斷面表示了下穿段結(jié)構(gòu)與南連接線橋梁的關(guān)系。圍護結(jié)構(gòu)采用型鋼水泥攪拌樁＋內(nèi)支撐、熱軋U形鋼板樁＋內(nèi)支撐的圍護形式［1］。

根據(jù)本工程勘察鉆孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、物理力學性質(zhì)，以及原位測試成果、室內(nèi)土工試驗成果，下穿段地層自上而下分別為：（0）1人工填土、（4）2-1粉質(zhì)黏土、（4）3-1泥炭質(zhì)土、（4）4-1黏土、（4）4-2粉土、（4）4-3粉土、（4）5-1黏土、（4）5-2粉土、（4）5-3泥炭質(zhì)土、（4）5-4黏土。場地存在人工填土、液化土、泥炭土和沼氣等不良地質(zhì)。根據(jù)基坑開挖深度，周邊環(huán)境等因素，確定本基坑工程的環(huán)境保護等級［2］為：南連接線紅線范圍內(nèi)一級；其余三級。

2 方案確定的影響因素及基本原則

本工程下穿方案的確定主要受以下因素的制約：周邊環(huán)境和工程范圍、結(jié)構(gòu)可實施性、工期、工程造價、防水質(zhì)量和建成后景觀等。針對以上影響因素，在方案的確定過程中應(yīng)遵循以下原則：

（1）充分重視對南連接線橋梁樁基的保護，同時盡量減少拆遷范圍。

（2）需處理好下穿結(jié)構(gòu)與鄰近樁基的關(guān)系，保證兩者結(jié)構(gòu)安全，受力合理，同時盡可能使施工簡便。

（3）保證工期要求。

（4）控制工程造價在合理范圍內(nèi)。

（5）保證防水質(zhì)量。

（6）滿足景觀的要求。

本文綜合考慮以上因素，提出了3種方案進行比選。在道路路線平面設(shè)計上，提出了合并下穿和分幅下穿2種方案，見圖2。合并下穿方案中，又考慮了橋梁樁基破除和不破除2種方案。通過這3種方案的技術(shù)、經(jīng)濟比選，得到一種最合理的下穿方案。

圖2 下穿段平面圖

3 方案一

3.1 方案簡介

此方案中，人行道、非機動車道與機動車道并行，共同下穿南連接線橋梁。對于南連接線原有橋梁結(jié)構(gòu)（樁基、蓋梁）擬采用先破除再恢復(fù)的方式處理。在開挖基坑后將基坑范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)破除，在原樁基兩邊各加1根等長樁基，將橋梁承臺設(shè)置在U形槽主體結(jié)構(gòu)底板以下，然后再澆筑橋墩、蓋梁，而后施工基坑主體結(jié)構(gòu)。見圖3。

圖3 下穿方案一橫斷面圖

本方案擬采用放坡開挖＋鋼板樁垂直圍護開挖的組合開挖方式。先行放坡開挖至人行道與非機動車道深度后，再行施工鋼板樁垂直圍護，而后再進行進一步開挖支護。熱軋U形鋼板樁型號為SP-U500×225，基坑內(nèi)支撐采用直徑609 mm鋼管（t＝16 mm）支撐。

3.2 方案工程造價估算

方案一，工程造價估算見表1。

表1 方案一工程造價估算表

4 方案二

4.1 方案簡介

此方案中，人行道、非機動車道與機動車道并行，共同穿過南連接線橋梁下方。對于南連接線原有橋梁結(jié)構(gòu)（樁基、蓋梁）仍留出一定安全距離，但同時保證人行道、非機動車道能夠同時與機動車道一起由兩跨穿過南連接線橋梁下方。具體見圖4。

本方案擬采用放坡開挖＋鋼板樁垂直圍護開挖的組合開挖方式。先行放坡開挖至人行道與非機動車道深度后，再行施工鋼板樁垂直圍護，而后再進行進一步開挖支護。熱軋U形鋼板樁型號為SP-U500×225，基坑內(nèi)支撐采用直徑609 mm鋼管（t＝16 mm）支撐。

圖4 下穿方案二橫斷面圖

4.2 方案工程造價估算

方案二工程造價估算見表2。

表2 方案二工程造價估算表

5 方案三

5.1 方案簡介

此方案中，人行道、非機動車道與機動車道分別從四跨穿過南連接線橋梁下方。此方案盡可能地保證與南連接線橋梁結(jié)構(gòu)間的安全距離［3］。具體見圖5。

圖5 下穿方案三橫斷面圖

機動車道非南連接線紅線范圍內(nèi)部分，擬采用熱軋U型鋼板樁＋內(nèi)支撐形式，熱軋U型鋼板樁型號為SP-U500×225，基坑內(nèi)支撐采用直徑609 mm鋼管（t＝16 mm）支撐。兩側(cè)人非道U型槽采用熱軋U型鋼板樁＋內(nèi)支撐的圍護形式。熱軋U形鋼板樁型號為SP-U400×125，基坑內(nèi)支撐采用支撐（25c槽鋼）支撐。對于機動車道南連接線紅線范圍內(nèi)部分，圍護結(jié)構(gòu)可采用鉆孔灌注樁＋內(nèi)支撐或型鋼水泥土攪拌樁＋內(nèi)支撐形式。經(jīng)方案比選，前者雖較后者安全，但工程造價接近后者的2倍，且施工工期長。因此選擇后者作為本工程圍護結(jié)構(gòu)方案。

如上述，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》［4］7.3.2，水泥土攪拌樁用于處理泥炭土時，必須通過現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗確定其適用性。但是，考慮到工期及造價（含封堵墻）等因素，同時根據(jù)相關(guān)施工單位經(jīng)驗，本設(shè)計暫定圍護方案采用型鋼水泥土攪拌樁＋內(nèi)支撐形式。型鋼水泥攪拌樁采用直徑850 mm 3軸水泥土攪拌樁，內(nèi)插700×300 H型鋼。

5.2 方案工程造價估算

方案三工程造價估算見表3。

表3 方案三工程造價估算表

6 綜合比較

綜上所述，方案一、二、三各有側(cè)重，亦各有缺陷。針對本工程的特點，從施工安全、對周邊環(huán)境影響、工程范圍、可實施性、施工工期、防水質(zhì)量、土建造價等幾個方面對上述可行的方案做了對比，見表4。

表4 方案綜合比較

方案一在工程范圍、工期及造價、建成后景觀等方面，具有一定優(yōu)勢。但需要破除南連接線原有橋梁結(jié)構(gòu)（蓋梁、樁基）后再增加恢復(fù)相應(yīng)結(jié)構(gòu)（承臺、橋墩及蓋梁）。對于恢復(fù)的橋梁結(jié)構(gòu)與西福路延長線的結(jié)構(gòu)的關(guān)系，若將新建承臺與西福路延長線主體結(jié)構(gòu)底板做成整體結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致二者彼此影響，受力體系復(fù)雜，后期維護較難處理等問題。若將橋梁與U型槽結(jié)構(gòu)分開處理，由于此處地下水豐富，引出防水問題：此處水位幾乎接近地面，而新建橋墩由主體結(jié)構(gòu)底板穿出，負水位約6 m，即使采取一定防水措施，在運營期的防水效果也較難保證［5］。

方案二，除在工程范圍、工期及造價等方面具有優(yōu)勢外，較方案一而言，方案二不需要破復(fù)南連接線原有結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)之間相互影響小，受力體系清晰，運營期防水效果可以得到保證。

方案三，在實施難度、安全性以及防水效果等方面都較有優(yōu)勢。但是其工程范圍太大，由此導(dǎo)致施工工期長，土建造價大大增加。根據(jù)前期專家咨詢會和專家審查會建議，該方案不是最優(yōu)化、最合理方案。

綜合分析考慮多種影響因素，建議采用方案二作為西福路延長線下穿南連接線方案。

7 結(jié)語

本文提出了3種下穿南連接線的結(jié)構(gòu)方案，主要圍繞南連接線樁基是否破除、機動車道和人非道整體下穿還是分幅下穿的問題進行比選研究。通過詳細研究工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工工期、防水質(zhì)量、工程造價及與南連接線之間相互影響等因素，通過技術(shù)分析、造價比較，最后建議以方案二作為西福路延長線下穿南連接線方案。

［1］ 劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］ JGJ120－2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］ 梁進軍，樊 軍，劉亞文.城市明挖隧道基坑施工監(jiān)測分析［J］.交通科技，2012（2）：71-74.

［4］ JGJ79－2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［5］ JTG D70－2004公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.