復雜山地環境下市政工程綠色設計

陳楊喬，熊桂開

（1.同濟大學，上海市 200092；2.重慶市勘測院，重慶市 401121）

0 引 言

2020 年9 月，我國提出了2030 年“碳達峰”與2060 年“碳中和”的目標，“雙碳”背景下“中國建造”已成為國家和土木建筑行業發展的重要方向，亟待走出一條“綠色化”、“工業化”、“裝配化”、“智能化”的發展道路。

王江營等[1]將裝配式技術應用在湖南創意大廈項目建設過程中，解決了建設過程中常見的質量問題，提升了建設效率、安全文明施工度和產品品質，驗證了裝配式技術對綠色建造有重要意義；陳發達[2]在G324 復線（馬巷—小盈嶺段）項目中因地制宜選取綠色環保施工材料，加強施工過程中綠色施工控制，平衡好環境保護與項目管理之間的關系；熊桂開等[3]將地理信息（GIS）與建筑信息模型（BIM）技術引入到山地城市路網優化設計中來，實現了在大范圍三維GIS 場景中BIM 要素的可視化模擬與分析，使用GIS 與BIM 技術對重慶港城工業園區B 區路網工程進行優化設計，實現了優化后的路網與周邊地形、地貌以及地理環境的完美融合，且節省工程投資3.46 億元。

重慶是典型的山地城市，其地形、地貌、地質條件復雜，對城市用地布局、建筑選址、基礎設施布局等方面有著較大制約，對工程建設的難易度與工程建安費用的投入有很大影響，因山地城市建設條件的復雜性，其建設難度與工程建安費用遠大于其他類型城市[3]。

本文在前人研究基礎上對山地城市復雜地理環境下市政工程設計進一步研究，將綠色、經濟、適用、安全、環保理念融入到工程實踐中。

1 工程概況

1.1 項目區位

本次設計4號道路項目位于重慶園博園花溝片區，金山大道、金開大道、金興大道、金渝大道圍合區域內，西側緊靠園博園，向北延伸至中央公園，往南與曾家巖北延伸通道相接（圖1 為區位路網圖）。周邊已建、在建項目有華僑城、耀中國際、金山國際醫院、重慶財政學校、碧桂園項目,其區位優勢明顯。禮嘉作為兩江新區的核心功能，兩江新區管委會擬將其打造成為：“以多功能綜合型體育館為核心，周邊配套文化設施、群眾性室外體育設施、酒店、商業、公寓住宅、生態體育公園”。本項目的實施不僅可以加強區域內外的交通聯系，也能有效改善該區域人居環境，同時還可以推進城市化進程，推動道路兩側閑置地塊的開發建設，帶動沿線的經濟發展，改變片區落后面貌，促進兩江新區花溝片區的快速發展，帶動該區域的經濟和配套發展。加強區域內外的交通聯系均具有重要的意義。

圖1 區位路網圖

1.2 工程規模

4號道路全長約3 km，道路等級為城市主干路，雙向6 車道，設計時速50 km/h，標準路幅寬度36 m。本次工程設計范圍內含3 座地通道和一座橋梁：1號通道位于園博園東門，樁號K1+100～K1+520，全長420 m，雙向6 車道路幅，寬度26.5 m；2號通道為下穿金興大道，樁號K2+000～K2+190，全長190 m，雙向6 車道路幅，寬度26.5 m；3號通道為E 匝道下穿4號路與云竹路平交路口，樁號K0+250～K0+330，全長80 m，單向1 車道路幅，寬度8 m；橋梁段為重慶少年宮段廣場與道路共建的雙層框架橋，樁號K1+521～K1+982.65，全長461.65 m。

1.3 地形地貌

擬建場地位于兩江新區花溝片區，擬建場地原始地貌單元為丘陵地貌，道路區主要為山地及耕地。勘察區范圍內溝壑縱橫，地形起伏較大，道路區內地形總體呈西南側較低，北東側較高，高程介于252.5～392.5 m 之間。道路橫向地形坡角3°～25°，局部路段達到50°～82°（呈陡崖狀），縱向地形坡角5°～80°。 擬建道路起點跨越柳吊溪后，穿越華僑城地塊之間的山體、綠化帶走廊及生態城地塊。

丘陵斜坡地段植被發育，主要為荒地，坡底寬緩，溝谷地帶為農田耕地，縱向上線路區地形以溝谷與山地為主。山地多呈橢圓、渾圓狀，斜坡坡度一般20°～85°，一般呈上陡下緩，局部陡坎可達85°，山頂高程一般350～390 m，相對高差40 m，溝床一般高程252.5～263.9 m，相對高差11.6 m。丘體間間隔發育沖溝，多呈寬緩“U”型，一般寬35～50 m，發育方向大致呈東西向，呈東高，西低發育，縱向上溝床地形平坦、開闊，坡角一般1°～5°。丘間溝谷多為梯狀耕田，田埂高0.5～2.0 m。目前，項目區域內尚未開發建，區域主要為自然山體、河流、農田。

2 工程綠色設計

4號路起點接萬年東路，終點接B 區縱四路，全長約3 km，標準路幅寬度36 m，在園博園處采用主線下穿的方案，該方案建安費用約6.8 億元，見圖2～圖6。

圖2 道路平面總體布置圖

圖3 路基段標準橫斷面（單位：cm）

圖4 園博園地通道橫斷面（單位：cm）

圖5 少年宮段標準橫斷面（單位：cm）

圖6 現狀路改造段橫斷面（單位：cm）

項目所處建設環境非常復雜：（1）本項目4號路與軌道5號線關系緊密，該段線路處于軌道5號線丹鶴站至園博中心站的區間段，4號路路線與軌道交通5號線路線基本平行。4號路與1號路交叉口處為丹鶴站，4號路與龍景路交叉口處為園博中心站（見圖3）。（2）項目周邊分布有大量110 kV 高壓線、220 kV 高壓線和高壓鐵塔。1號鐵塔處于4號路與1號路交叉口，鐵塔位于挖方邊坡上，距離人行道邊線3.5 m，鐵塔基礎高程423，道路標高404。2號鐵塔、3號鐵塔分別位于4號路樁號K0+760 和K0+940 位置處，鐵特位于車行道上。4號鐵塔距離4號路邊緣約26 m，5號鐵塔位于金興大道人行道上，遠期金興大道拓寬后，鐵塔位于輔道上。（3）經現場踏勘，目前項目周邊分布有大量的廠房、企業。力帆、園博園、愛思帝、高金華信昌汽車等為現狀，福米機電機動車零部件、萬科地產等目前正在施工建設中，龍景路沿線共設有4 處開口，云卉路主要有1 處現狀開口和1處在建開口。

由于影響制約本項目設計因素較多，限于篇幅，以園博園段1號通道與少年宮段廣場與道路共建段設計為例闡述綠色設計理念。

2.1 園博園段1號通道設計

1號通道位于園博園東門，樁號K1+100～K1+520，全長420 m，雙向6 車道，寬度26.5 m。因考慮到平面拓寬方案占用園博園用地較多，后期對園博園東門檢票口距離較近，為減少對園博園東門運營的影響，預留足夠檢票排隊空間，擬采用方案一地通道與方案二高架橋兩種方案進行對比設計。

2.1.1 方案一地通道設計

方案一為4號路主線采用地通道下穿園博園東門，輔道與龍景路形成平交口的方案。 4號路為南北向的交通主干路，在與龍景路交叉口設置簡易立交，主線采用地通道穿過該區域，平層設置輔道與龍景路形成平交口，改交叉口采用信號燈控制路口，完成交通轉換。結合交通流量預測，主要交通方向為南北向過境交通，地通道均采用雙線6 車道標準。圖7為方案一地通道平面設計，圖8 為方案一地通道設計效果圖。

圖7 方案一地通道平面設計

圖8 方案一地通道設計效果圖

2.1.2 方案二高架橋設計

方案二采用4號路主線上跨，輔道與龍景路形成平交口的方案。4號路為南北向的交通主干路，與龍景路交叉口設置簡易立交，主線采用高架橋穿過該區域，平層設置輔道與龍景路形成平交口，改交叉口采用信號燈控制路口，完成交通轉換。高架橋采用雙線6 車道標準。圖9 為方案二高架橋平面設計，圖10 為方案二高架橋設計效果圖。

圖9 方案二高架橋平面設計

經以上論述，對園博園段1號通道設計方案一和方案二比選見表1。

表1 1號通道設計比選表

從表1 可以看出，方案一地通道設計方案占用園博園用地較少，行道樹移栽數量較少，景觀效果較好，在工期與工程造價上較方案二有優勢，且在建設過程中的碳排放量較方案二少，所以推薦方案一地通道方案為本次設計方案。

2.2 少年宮段廣場與道路共建設計

少年宮段位于現狀龍景路西側、少年宮(在建)東側，現狀龍景路路幅全寬20 m，其中兩側人行道寬度4.0 m。龍景路東側為愛思帝、高金等廠區，現狀龍景路為廠區的主要運輸道路，4號路施工期間龍景路交通無法中斷。考慮到少年宮疏散需求，在本項目上方設有2 個人行出口及1 個車行出口，同時前期與業主及少年宮方對接，考慮到疏散面積需要，需要在人行出口及車行出口之間全部設置上蓋的廣場結構。

由于龍景路無法中斷交通，同時4號路需下穿金興大道及園博園東出入口，路線設計標高與既有龍景路標高之間高差在6.5～12.0 m 之間。根據本項目地勘資料，橋位區素填土較厚，素填土由粉質黏土和砂、泥巖碎塊石等組成，拋填素填土結構松散，未經分層壓實處理，厚度普遍較薄，物質組成變化大，均勻性差，壓縮性較高，承載力低，且有遇水濕陷的特點。

為確保現狀龍景路交通不中斷，施工4號路前，首先在龍景路人行道外側修建支護樁。本次設計對項目主體結構設計為少年宮站前廣場與4號路共建的框架橋方案。圖11 為共建方案平面布置圖。

圖11 共建方案平面布置圖

擬建框架橋梁位于現狀龍景路外側填方邊坡上，場地呈現西低東高的斜坡地形，高差達70 m。框架橋底層為4號路通行通道，頂層主要考慮了少年宮2 個人行出口及1 各車行出口的通行及疏散需要。根據項目前期與建設單位等各方協調溝通，框架橋頂層設計起點定在第一個人行出口（K1+661.0）結束位置。全長461.6 m，根據橋梁結構布置及荷載取值對框架橋分成A（單層布置，頂層不設上蓋）、B（雙層布置，頂層設人行出口）、C（雙層布置，頂層設車行出口）3 個段落。

本項目頂層采用框架橋梁板結構進行設計，底層結構根據地形及地質情況進行結構方案比選。本次方案一的框架橋底層（4號路左幅）采用橋梁結構形式（見圖12）；方案二是4號路左幅道路采用填方路基形式，受少年宮內部消防通道限制，需在邊坡坡腳位置修建路基支擋結構（見圖13）。

圖12 方案一立面布置圖（單位：cm）

圖13 方案二立面布置圖（單位：cm）

對兩個方案進行對比，見表2。

表2 框架橋底層結構方案比選表

由表2 可以看出，方案一左幅道路采用橋梁結構形式，由于橫向地形陡峭，高程變化較大，直接設置橋梁按照架空方式處理，同時對既有現狀邊坡進行表面防護，此方案可避免對既有邊坡過多加載；方案二左幅道路若采用填方路基形式，斜坡現狀基本穩定，但是在修建坡腳擋墻過程存在開挖可能會引起邊坡失穩，同時由于高差較大，填土較厚，在保證安全的前提下，擋墻尺寸將會很大，經濟性不高。此外，從施工難度、施工工期、景觀效果、對既有邊坡穩定性影響、工程造價、碳排放等方面來看，方案一具有明顯的優勢，推薦該方案為少年宮段廣場與道路共建的建設方案。

3 結 語

（1）在山地城市建成區進行市政工程建設會不可避免的與既有建構筑物、地下管線和市政道路等沖突。從市政道路平面線形選擇、縱斷面優化設計、穿（跨）線結構選型等方面綠色設計理念出發，4號路主線采用地通道下穿園博園東門、輔道與龍景路形成平交口的方案既能較少用地沖突，又不對既有建成區景觀環境造成影響，是一種較為理想的設計方案。

（2）在少年宮段廣場與市政道路共建時，提出了一種雙層框架橋結構，既滿足在高填方地帶修建市政工程的安全穩定性要求，又能滿足市政廣場與道路共建的功能需求，為復雜山地環境下的市政工程設計提供了一個新的綠色設計解決方案。

（3）在下一步工作中，可結合工程實際對比選方案中用地情況、與環境融合、工程造價、碳排放量等綠色因子各賦予一個權重數值，以數字的形式來量化該因子的重要性，從而更科學精準的判斷方案的合理性。