城市堤防工程下穿既有高架線路設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

胡超 HU Chao

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊 050081）

1 工程概況

滹沱河防洪綜合整治新建右堤工程（太平河口至西塔子口段）位于石家莊市區(qū)北部，工程建設(shè)范圍內(nèi)有新元高速公路、太行大街大橋等運(yùn)輸大動(dòng)脈穿過工程區(qū)，工程區(qū)南側(cè)平行分布石黃高速，北側(cè)平行分布著S302 省道，S232 省道、S204 省道橫穿工程區(qū)。本次新建右堤防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì)，堤防工程等級(jí)為2 級(jí)，實(shí)施堤段長度為6.314km。筑堤材料均為黏性土，堤頂寬度為10.0m，迎水坡及背水坡坡比均為1：3。迎水側(cè)邊坡采用格賓護(hù)墊護(hù)坡，防護(hù)頂高程為堤頂高程-2.0m，格賓護(hù)墊護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式為：30cm 厚格賓護(hù)墊、10cm 厚砂礫料墊層，格賓護(hù)墊上覆蓋20cm 厚壤土，撒草籽植草；堤腳采用C20 混凝土，防護(hù)深度為3.0m。堤防背水坡采用草皮護(hù)坡。

本文依據(jù)該段城市堤防工程分別下穿新城大街跨滹沱河特大橋、太行大街跨滹沱河特大橋進(jìn)行方案優(yōu)化分析。

2 常規(guī)設(shè)計(jì)方案

2.1 下穿新城大街段

新建右堤下穿新城大街跨滹沱河特大橋處，原設(shè)計(jì)堤頂高程69.94m，迎水側(cè)防護(hù)采用20cm 厚C30 鋼筋混凝土護(hù)坡+10cm 厚C10 混凝土墊層+植草護(hù)坡+1m 厚C20 混凝土護(hù)腳，背水側(cè)護(hù)坡采用植草防護(hù)。堤頂路面工程結(jié)構(gòu)層采用4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+16cm 石灰、粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石+16cm12%石灰穩(wěn)定土。（圖1）

2.2 下穿太行大街段

新建右堤下穿太行大街跨滹沱河特大橋處，原設(shè)計(jì)堤頂高程67.45m，迎水側(cè)防護(hù)采用30cm 厚格賓石籠+10cm厚砂礫料墊層+1m 厚C20 混凝土護(hù)腳+C25 混凝土防浪墻，背水側(cè)護(hù)坡采用植草防護(hù)。堤頂路面工程結(jié)構(gòu)層采用4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+16cm 石灰、粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石+16cm+12%石灰穩(wěn)定土。（圖2）

3 方案優(yōu)化原因及思路

3.1 優(yōu)化原因

堤防工程施工主要為土方工程作業(yè)及堤頂路面作業(yè)。

從施工現(xiàn)場(chǎng)所用機(jī)械設(shè)備類型來看，機(jī)身高度大多位于3～4m 之間。其中1m3220 挖掘機(jī)機(jī)身高度約3m；50 裝載機(jī)機(jī)身高度約3.5m；攤鋪機(jī)機(jī)身高度約4m。機(jī)械設(shè)備正常作業(yè)期間，所需凈空最低不應(yīng)小于5m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算，原設(shè)計(jì)方案下穿新城大街橋下堤頂凈空約3.5m，下穿太行大街橋下堤頂凈空約3.7m，不能滿足大型機(jī)械例如挖機(jī)、裝載機(jī)、平地機(jī)、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)、自卸車等機(jī)械正常施工。

原設(shè)計(jì)方案中橋下凈空僅滿足工程完成后車輛的通行需求，未考慮施工期間土方及路面機(jī)械設(shè)備對(duì)凈空的要求，導(dǎo)致設(shè)計(jì)凈空不滿足施工要求。為保證堤防下穿既有高架線路正常施工，考慮對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 優(yōu)化思路

3.2.1 下穿新城大街段 為滿足大型土方及路面機(jī)械設(shè)備正常施工且保證效率，本段優(yōu)化思路主要為降低堤防填筑高度以增加橋下凈空。同時(shí)為解決該段堤防高度降低導(dǎo)致防洪功能不足問題，在堤防迎水側(cè)增加防浪墻設(shè)計(jì)。防浪墻是為防止波浪翻越壩頂而在壩頂擋水前沿設(shè)置的墻體，其主要功能為防浪、防洪、阻水，同時(shí)降低土堤高度。

3.2.2 下穿太行大街段 ①從便于施工方面考慮，降低填筑高度應(yīng)作為首選，由于太行大街橋下段原設(shè)計(jì)方案已考慮到凈空不足的影響，已降低了堤防填筑高度，增加了防浪墻的設(shè)計(jì)。因此，方案優(yōu)化在降低填筑高度方面已無下降空間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，堤防背水側(cè)凈空約7m，滿足大型路面設(shè)備施工需求，因而考慮在堤防背水側(cè)新增堤外聯(lián)通路方式保證堤頂線路通行。②從經(jīng)濟(jì)合理方面考慮，線路通行功能已通過新增聯(lián)通路方式實(shí)現(xiàn)，投資已增加，堤防工程結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮在滿足防洪功能前提下適當(dāng)降低投資。因而考慮取消堤頂?shù)缆芳盎炷练览藟υO(shè)計(jì)，適當(dāng)增加堤防填筑高度用以保證防洪超高水位，確保增加投資控制在合理范圍。

4 優(yōu)化方案

4.1 下穿新城大街段

①新建右堤工程里程2+240～2+300 下穿新城大街跨滹沱河特大橋段堤防頂部高程由69.94 調(diào)整降低至68.14，填筑高度降低1.8m，新城大街橋下兩側(cè)各30m 范圍內(nèi)按坡度1:20，高差1.8m 降至調(diào)整后標(biāo)高。優(yōu)化后橋下空約為5.3m，滿足施工及應(yīng)急救援車輛通行需求。②該段迎水側(cè)增加混凝土防浪墻設(shè)計(jì)，參照原太行大街段防浪墻方案，結(jié)構(gòu)形式為L 形，高2m，寬1.3m，長度120m，里程2+210～2+330。（圖3）

圖3 新城大街橋下優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案斷面圖

4.2 下穿太行大街段

①新建右堤工程里程4+068～4+200 下穿太行大街跨滹沱河特大橋段堤防頂部高程由67.45 調(diào)整增加至68.65，堤防填筑高度增加1.2m，滿足防洪功能要求。優(yōu)化后橋下凈空2.5m，仍能滿足改用小型土方機(jī)械施工需求。②堤頂路面工程結(jié)構(gòu)層由原設(shè)計(jì)4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+16cm 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石+16cm12%石灰穩(wěn)定土優(yōu)化為3cm 厚粗砂墊層+混凝土磚。③取消該段混凝土防浪墻設(shè)計(jì)。④在該段堤防背水側(cè)增加聯(lián)通路設(shè)計(jì)，保證車輛通行需求。聯(lián)通路采用新增上下堤聯(lián)通路（160m）+利用既有地方道路（300m）形式。新增上下堤聯(lián)通路路面結(jié)構(gòu)層保持堤頂路設(shè)計(jì)：4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+16cm 石灰、粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石+16cm12%石灰穩(wěn)定土。（圖4）

圖4 太行大街橋下優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案斷面圖

5 優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

5.1 資源配置評(píng)價(jià)

下穿新城大街段，針對(duì)防浪墻結(jié)構(gòu)增加了結(jié)構(gòu)工班及配套的小型設(shè)備、材料。

下穿太行大街段，針對(duì)土方工程增加了小型機(jī)械；針對(duì)鋪裝工程增加了鋪裝工班及配套材料。

優(yōu)化前后設(shè)計(jì)方案資源配置進(jìn)行對(duì)比見表1。

表1 優(yōu)化前后主要資源配置比較表

經(jīng)過對(duì)比分析，下穿新城大街段優(yōu)化方案可使用下穿太行大街段原設(shè)計(jì)方案的資源配置?？傮w上看，優(yōu)化后方案只增加了小型壓路機(jī)、小型挖掘機(jī)及瓦工，資源配置方面科學(xué)合理。

5.2 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

5.2.1 下穿新城大街段 對(duì)優(yōu)化前后設(shè)計(jì)方案進(jìn)行工程量及費(fèi)用計(jì)算，得到土方、混凝土項(xiàng)目的最終工程量及費(fèi)用（見表2）。結(jié)果表明，優(yōu)化后土方工程量減少了1900m3，混凝土工程量增加了106m3，經(jīng)過造價(jià)計(jì)算，優(yōu)化后減少投資約0.5 萬元。

表2 優(yōu)化前后工程量及費(fèi)用比較表

5.2.2 下穿太行大街段 對(duì)優(yōu)化前后設(shè)計(jì)方案進(jìn)行工程量及費(fèi)用計(jì)算，得到土方、混凝土磚、路面工程、混凝土項(xiàng)目的最終工程量及費(fèi)用（見表3）。

結(jié)果表明，優(yōu)化后土方工程量增加了1400m3，混凝土磚工程量增加了3520m2，路面工程量減少了280m，混凝土工程量減少了97m3，經(jīng)過造價(jià)計(jì)算，優(yōu)化后減少投資約27.4 萬元。

綜上所述，堤防工程下穿既有高架線路共節(jié)約投資約27.9 萬元。

6 結(jié)論

本文以石家莊市滹沱河防洪綜合整治新建右堤工程在施工中遇下穿既有線路施工作為研究對(duì)象，提出了針對(duì)性的優(yōu)化方案，在增加凈空及實(shí)現(xiàn)通行需求方面綜合考慮，通過資源配置及經(jīng)濟(jì)性分析進(jìn)行優(yōu)化，將便捷高效施工與控制成本相結(jié)合，達(dá)到了效益最大化目的。通過本工程得出主要結(jié)論如下：①城市堤防工程施工中，下穿線路凈空不滿足施工要求時(shí)，可優(yōu)先考慮降低工程施工高度，同時(shí)以增加防浪墻形式來保證防洪功能。②當(dāng)施工高度無法降低時(shí)，可考慮將有通行需求的頂?shù)缆吩诘谭辣乘畟?cè)以增加聯(lián)通道路的形式保證通行功能。