城市下穿道路的U 槽與擋墻方案研究

趙曉娟，程京偉

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

隨著城市道路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，道路建設(shè)面臨著諸多問題，無論是早期建設(shè)的鐵路，還是伴隨快速發(fā)展的軌道交通建設(shè)的停車場或者車輛段，都對道路建設(shè)提出了更高的要求。為了實現(xiàn)路網(wǎng)規(guī)劃，聯(lián)系區(qū)域交通，道路與鐵路或者軌道交通面臨著交叉問題，在上跨條件不滿足時，道路往往采取下穿的形式。城市下穿道路在下穿鐵路或者軌道交通時，一般采用閉合框架的形式，而閉合框架兩側(cè)，可以采取U型槽（閉水結(jié)構(gòu)）或者擋墻加盲溝（排除地下水）的方式。兩種方案有各自的優(yōu)缺點，U 型槽造價高，因此，為節(jié)省投資，一些項目視具體情況需要研究擋墻加盲溝的可行性。

本文主要以榆樹莊東路穿榆樹莊停車場為例，通過分析道路周邊建設(shè)條件、地下水情況、土質(zhì)情況，結(jié)合榆樹莊停車場的建設(shè)，研究道路下穿停車場時，U 型槽和擋墻加盲溝兩種方案的適用性，給相關(guān)設(shè)計人員在下穿道路結(jié)構(gòu)形式的選擇上提供一些實用有效的思路。

1 項目背景及概況

北京地鐵十六號線新建榆樹莊停車場一座，設(shè)在十六號線宛平站與榆樹莊站之間，位于豐臺區(qū)花鄉(xiāng)榆樹莊村，主要承擔(dān)北京地鐵十六號線配屬列車的月檢、臨修及運用維修任務(wù)。十六號線目前處于施工建設(shè)階段。

榆樹莊東路規(guī)劃為城市主干路，南起六圈路，北至京港澳高速公路，全長約5.2 km。根據(jù)規(guī)劃，榆樹莊東路與十六號線新建榆樹莊停車場（咽喉區(qū)位置）相交，為優(yōu)化調(diào)整軌道交通場站周邊土地利用，促進(jìn)軌道交通與土地利用的協(xié)調(diào)發(fā)展，榆樹莊停車場將進(jìn)行上蓋開發(fā)，受制于南北兩側(cè)規(guī)劃路網(wǎng)的間距以及停車場二層的開發(fā)空間，道路上跨方案比較困難，因此，本次采用下穿方案。

榆樹莊東路下穿停車場處采用閉合框架的形式，閉合框架需下穿榆樹莊一號路、停車場區(qū)域以及豐西二號路，全長360 m。平面見圖1，立面見圖2。

圖1 閉合框架平面圖（單位：m）

圖2 閉合框架立面圖

根據(jù)地勘資料，道路所在場地上層為人工堆積層，道路下穿停車場的結(jié)構(gòu)埋深處均為卵石層，滲透系數(shù)為5.0×10-1（cm/s），針對項目地下結(jié)構(gòu)埋深條件，地勘建議抗浮設(shè)計水位按標(biāo)高49.5 m 考慮。

2 U 型槽方案

下穿榆樹莊停車場段閉合框架兩側(cè)設(shè)置U 槽，北側(cè)U 槽長度137 m，南側(cè)U 槽長度313 m，總長度為450 m，U 槽段道路斷面型式如下：1 m（U 槽結(jié)構(gòu)）+3 m（人行道）+4 m（非機動車道）+2.5 m（兩側(cè)分隔帶含U 槽結(jié)構(gòu)）+11.5 m（機動車道）+2.5 m（中央分隔帶）+11.5 m（機動車道）+2.5 m（兩側(cè)分隔帶含U槽結(jié)構(gòu)）+4 m（非機動車道）+3 m（人行道）+1 m（U 槽結(jié)構(gòu)）。U 型槽橫斷面見圖3。

圖3 U 型槽橫斷面圖（單位：m）

3 擋墻加盲溝方案

若采用擋墻加盲溝方案，采用相同的道路橫斷面，新建4 道鋼筋混凝土擋土墻，為排除地下水，道路及擋墻底下加鋪50 cm 級配碎石層，主路兩側(cè)靠近擋墻位置新建盲溝，盲溝距路側(cè)緣石2 m，盲溝井間距35 m，最低點設(shè)橫向盲溝，排出路外，通過雨水管接入泵站。擋墻加盲溝橫斷面見圖4。平面布置見圖5。

圖4 擋墻加盲溝橫斷面圖（單位：m）

圖5 擋墻加盲溝平面布置圖（單位：m）

根據(jù)地勘，本工程滲溝均位于含水層內(nèi)，按不完整滲溝計算流量，滲透系數(shù)k 為5.0×10-1（cm/s），經(jīng)理論計算，上述4 根盲管平均每天抽水量為8 005 t。

4 方案比選

4.1 技術(shù)與可行性方面

兩種方案在技術(shù)上均是可行的。U 型槽采用整體封閉結(jié)構(gòu)，將地下水封堵在道路結(jié)構(gòu)外面，U 型槽結(jié)構(gòu)具有剛度大、變形小、穩(wěn)定性好、收坡支擋防水效果優(yōu)良等優(yōu)點。但是在地下水位較高時，為使結(jié)構(gòu)整體在水浮力作用下不會浮起來，需進(jìn)行抗浮設(shè)計。此外，U 型槽在運營期間長期處于地下水位以下，本項目地層滲透系數(shù)較大，為保證主體結(jié)構(gòu)本身的耐久性和堅固性，必須進(jìn)行防水設(shè)計[1]。

擋墻加盲溝方案是在閉合框架結(jié)構(gòu)兩側(cè)修建擋土墻解決道路高差問題，同時為使路基處于干燥狀態(tài)，使其具有足夠的穩(wěn)定性[2]，在道路下面修建盲溝，盲溝內(nèi)埋設(shè)盲管，低點設(shè)泵站，當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r，將路基范圍的水抽出排走[3]。本項目道路下穿榆樹莊停車場段閉合框架結(jié)構(gòu)較長，達(dá)360 m，規(guī)劃泵站位于停車場南側(cè)，榆樹莊東路西側(cè)，道路范圍內(nèi)在停車場北側(cè)的盲管內(nèi)的水需通過在道路外新建套管，往南接入泵站，套管長度達(dá)400 m，地面為停車場及軌道用地，檢修起來對比其他下穿一般鐵路的項目來說會比較困難。

4.2 環(huán)境和水土保持方面

U 型槽方案對地下水資源及水土保持基本無影響，而擋墻加盲溝方案需要在工后運營期間持續(xù)不斷降水，不利于涵養(yǎng)水源。本項目下穿榆樹莊停車場，地面為軌道線，周邊規(guī)劃多為多功能用地。不斷降水可能會造成周邊區(qū)域地基沉降，可能對軌道線路及周邊建筑產(chǎn)生一定的不利影響。

4.3 經(jīng)濟(jì)方面

U 型槽方案：新建U 槽長為450m，面積為23175m2，該部分工程費為16 418 萬元；擋墻加盲溝方案：需要新建鋼筋混凝土擋墻（平均高度約2 m）長約672 m，人行道外側(cè)鋼筋混凝土擋土墻（平均高約5.5 m） 長約904 m，需新建盲溝長約872 m，管線D=400 mm 長約85 m，穿停車場套管D=2 000 mm長約400 m，級配碎石約15 594 m3，此外施工時及工后均需要降水，上述總工程費約為4 663 萬元。

擋墻加盲溝方案對比U 型槽方案造價要經(jīng)濟(jì)很多。

經(jīng)上述比選研究，從項目本身建設(shè)條件來看，項目下穿榆樹莊停車場閉合框架結(jié)構(gòu)較長，土層滲透系數(shù)較大，水力影響距離也較大，若設(shè)置擋墻和盲溝，理論計算抽水量達(dá)到8005t/d，雖然理論計算水量與實際抽水量有一定差別，但是地下水位升高時，實際抽水量增大，對涵養(yǎng)地下水以及上層軌道交通線路、上蓋開發(fā)構(gòu)筑物等的穩(wěn)定性是極為不利的。因此，本次仍采用U 型槽方案。

U 型槽段按抗浮水位作為設(shè)計水位來確定U 型槽設(shè)計起終點，U 型槽兩側(cè)與地塊兒仍有高差段接鋼筋混凝土擋土墻，抗浮水位以上擋墻下不再設(shè)置盲溝。

5 結(jié)語

相比于北京已建成的下穿鐵路段擋墻加盲溝方案，例如通州的玉帶河?xùn)|大街、北運河?xùn)|濱河路下穿京秦鐵路處的擋墻加盲溝方案，根據(jù)地勘報告，項目所在地土質(zhì)多為粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土，滲透系數(shù)為1×10-4cm/s，穿鐵路段理論計算水量基本為300～700 t/d。且下穿鐵路框架結(jié)構(gòu)較短，經(jīng)多方面論證比選，為節(jié)省投資，可考慮此種方案。

因此，下穿道路U 型槽方案與擋墻加盲溝方案的選擇要根據(jù)項目本身的具體情況來分析，要考慮項目的周邊用地情況，軌道交通場站或者鐵路條件，項目所在地的地質(zhì)條件等，選擇合理可行的方案。

除此之外，無論是U 型槽還是擋墻加盲溝方案，道路下穿時，還需考慮地面水的排除問題，道路范圍內(nèi)應(yīng)形成完整通暢的排水系統(tǒng)，地面水首選自流排除，當(dāng)不能自流排除時，一般需要設(shè)泵站排水。