城市道路U形槽结构下穿公路桥梁方案比选研究

2014-05-09曾新平

交通科技 2014年3期

曾新平

（中铁四院集团西南勘察设计有限公司昆明 650220）

1 工程概况

昆明市西山区西福路延长线北起广福路，南止于昆明南连接线，全长2.36 k m，规划道路等级为城市次干路，红线宽度为25 m，双向4车道。本项目主道（机动车道）约在里程ZK2＋120.000处与昆明南连接线相交，下穿段里程为ZK1＋990.000～ZK2＋310.000，平面长度320 m。南连接线高速公路工程西起高峣立交预留匝道，止于东连接线大冲立交，全长24.998 k m，工程按高速公路标准设计，主线道路为双向6车道沥青混凝土路面，设计车速为100 k m／h。南连接线高速公路已先期实施了桥梁的下部工程，已建好盖梁离地面高差约0.5 m。根据工程实际情况，本工程将下穿段分为桥下段和引道段。桥下段里程范围为：ZK2＋122.000～ ZK2＋189.000，长67 m，其余为引道段。下穿段采用明挖U型槽结构下穿南连接线，见图1。

图1 下穿段纵断面图

图1 的纵断面表示了下穿段结构与南连接线桥梁的关系。围护结构采用型钢水泥搅拌桩＋内支撑、热轧U形钢板桩＋内支撑的围护形式［1］。

根据本工程勘察钻孔揭露的地层结构、岩性特征、物理力学性质，以及原位测试成果、室内土工试验成果，下穿段地层自上而下分别为：（0）1人工填土、（4）2-1粉质黏土、（4）3-1泥炭质土、（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泥炭质土、（4）5-4黏土。场地存在人工填土、液化土、泥炭土和沼气等不良地质。根据基坑开挖深度，周边环境等因素，确定本基坑工程的环境保护等级［2］为：南连接线红线范围内一级；其余三级。

2 方案确定的影响因素及基本原则

本工程下穿方案的确定主要受以下因素的制约：周边环境和工程范围、结构可实施性、工期、工程造价、防水质量和建成后景观等。针对以上影响因素，在方案的确定过程中应遵循以下原则：

（1）充分重视对南连接线桥梁桩基的保护，同时尽量减少拆迁范围。

（2）需处理好下穿结构与邻近桩基的关系，保证两者结构安全，受力合理，同时尽可能使施工简便。

（3）保证工期要求。

（4）控制工程造价在合理范围内。

（5）保证防水质量。

（6）满足景观的要求。

本文综合考虑以上因素，提出了3种方案进行比选。在道路路线平面设计上，提出了合并下穿和分幅下穿2种方案，见图2。合并下穿方案中，又考虑了桥梁桩基破除和不破除2种方案。通过这3种方案的技术、经济比选，得到一种最合理的下穿方案。

图2 下穿段平面图

3 方案一

3.1 方案简介

此方案中，人行道、非机动车道与机动车道并行，共同下穿南连接线桥梁。对于南连接线原有桥梁结构（桩基、盖梁）拟采用先破除再恢复的方式处理。在开挖基坑后将基坑范围内桥梁结构破除，在原桩基两边各加1根等长桩基，将桥梁承台设置在U形槽主体结构底板以下，然后再浇筑桥墩、盖梁，而后施工基坑主体结构。见图3。

图3 下穿方案一横断面图

本方案拟采用放坡开挖＋钢板桩垂直围护开挖的组合开挖方式。先行放坡开挖至人行道与非机动车道深度后，再行施工钢板桩垂直围护，而后再进行进一步开挖支护。热轧U形钢板桩型号为SP-U500×225，基坑内支撑采用直径609 mm钢管（t＝16 mm）支撑。

3.2 方案工程造价估算

方案一，工程造价估算见表1。

表1 方案一工程造价估算表

4 方案二

4.1 方案简介

此方案中，人行道、非机动车道与机动车道并行，共同穿过南连接线桥梁下方。对于南连接线原有桥梁结构（桩基、盖梁）仍留出一定安全距离，但同时保证人行道、非机动车道能够同时与机动车道一起由两跨穿过南连接线桥梁下方。具体见图4。

图4 下穿方案二横断面图

4.2 方案工程造价估算

方案二工程造价估算见表2。

表2 方案二工程造价估算表

5 方案三

5.1 方案简介

此方案中，人行道、非机动车道与机动车道分别从四跨穿过南连接线桥梁下方。此方案尽可能地保证与南连接线桥梁结构间的安全距离［3］。具体见图5。

图5 下穿方案三横断面图

机动车道非南连接线红线范围内部分，拟采用热轧U型钢板桩＋内支撑形式，热轧U型钢板桩型号为SP-U500×225，基坑内支撑采用直径609 mm钢管（t＝16 mm）支撑。两侧人非道U型槽采用热轧U型钢板桩＋内支撑的围护形式。热轧U形钢板桩型号为SP-U400×125，基坑内支撑采用支撑（25c槽钢）支撑。对于机动车道南连接线红线范围内部分，围护结构可采用钻孔灌注桩＋内支撑或型钢水泥土搅拌桩＋内支撑形式。经方案比选，前者虽较后者安全，但工程造价接近后者的2倍，且施工工期长。因此选择后者作为本工程围护结构方案。

如上述，根据《建筑地基处理技术规范》［4］7.3.2，水泥土搅拌桩用于处理泥炭土时，必须通过现场试验和室内试验确定其适用性。但是，考虑到工期及造价（含封堵墙）等因素，同时根据相关施工单位经验，本设计暂定围护方案采用型钢水泥土搅拌桩＋内支撑形式。型钢水泥搅拌桩采用直径850 mm 3轴水泥土搅拌桩，内插700×300 H型钢。

5.2 方案工程造价估算

方案三工程造价估算见表3。

表3 方案三工程造价估算表

6 综合比较

综上所述，方案一、二、三各有侧重，亦各有缺陷。针对本工程的特点，从施工安全、对周边环境影响、工程范围、可实施性、施工工期、防水质量、土建造价等几个方面对上述可行的方案做了对比，见表4。

表4 方案综合比较

方案一在工程范围、工期及造价、建成后景观等方面，具有一定优势。但需要破除南连接线原有桥梁结构（盖梁、桩基）后再增加恢复相应结构（承台、桥墩及盖梁）。对于恢复的桥梁结构与西福路延长线的结构的关系，若将新建承台与西福路延长线主体结构底板做成整体结构，将导致二者彼此影响，受力体系复杂，后期维护较难处理等问题。若将桥梁与U型槽结构分开处理，由于此处地下水丰富，引出防水问题：此处水位几乎接近地面，而新建桥墩由主体结构底板穿出，负水位约6 m，即使采取一定防水措施，在运营期的防水效果也较难保证［5］。

方案二，除在工程范围、工期及造价等方面具有优势外，较方案一而言，方案二不需要破复南连接线原有结构，结构之间相互影响小，受力体系清晰，运营期防水效果可以得到保证。

方案三，在实施难度、安全性以及防水效果等方面都较有优势。但是其工程范围太大，由此导致施工工期长，土建造价大大增加。根据前期专家咨询会和专家审查会建议，该方案不是最优化、最合理方案。

综合分析考虑多种影响因素，建议采用方案二作为西福路延长线下穿南连接线方案。