吹填造地區(qū)高覆土橋涵的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■楊勇智

（廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361009）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可供開發(fā)的土地資源越來(lái)越緊張，圍海吹填造地已經(jīng)成為沿海城市拓展建設(shè)用地的一種新途徑。 造地片區(qū)配套市政道路作為先導(dǎo)項(xiàng)目為后續(xù)片區(qū)開發(fā)提供交通及管網(wǎng)載體，并且需要根據(jù)規(guī)劃設(shè)置橫穿道路的排洪通道。 片區(qū)的排洪通道通常具有結(jié)構(gòu)斷面尺寸大、覆土厚等特點(diǎn)，而且實(shí)施時(shí)序往往都先于道路主體的軟基處理，地質(zhì)條件差、施工難度高且工期短，因此排洪通道的結(jié)構(gòu)類型選擇、基坑開挖支護(hù)方式、地基處理方式等都需要進(jìn)行全面評(píng)估，才能得到最優(yōu)方案。 對(duì)于在深厚軟基地區(qū)設(shè)置排洪通道，已有不少專家從各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入研究：曹凱平等[1]、郭志柳[2]分別對(duì)深厚軟基地區(qū)排洪通道的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究，分別提出了比常規(guī)箱涵更適合工程實(shí)際情況且經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)的結(jié)構(gòu)類型方案；呂良宏等[3]對(duì)軟土路段結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行了研究，得出深厚軟土路段箱型結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁具有工藝成熟、工后沉降小及施工快捷等優(yōu)點(diǎn)；秦景等[4]對(duì)軟土地區(qū)排水箱涵基坑設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，支護(hù)采用鋼筋混凝土灌注樁與錨索支護(hù)形式，坑內(nèi)土采用高壓旋噴樁加固，并通過(guò)實(shí)踐證明方案可行性。 常規(guī)條件下箱涵以整體性好，地基承載力要求低等優(yōu)點(diǎn)在軟基路段得到普遍使用。 本文經(jīng)過(guò)方案比選，提出一種基于樁板框架橋的排洪通道方案，較好地適應(yīng)吹填造地片區(qū)的普遍工況，并且在施工工藝、工期及造價(jià)上均有明顯優(yōu)勢(shì)。

1 工程概況

平潭金井灣片區(qū)原為海域，后經(jīng)圍海吹砂形成陸域。 金井一路為片區(qū)內(nèi)南北向主干路，道路紅線寬度50 m。 根據(jù)規(guī)劃，金井一路東側(cè)的為淡水景觀湖兼承納東片區(qū)雨洪的滯洪區(qū)，西側(cè)為海水調(diào)蓄湖連通外海。 道路兩側(cè)水系通過(guò)橫穿金井一路的排洪通道連通。 金井一路、排洪通道、周邊地形及水系如圖1 所示。

圖1 排洪通道平面圖

金井灣片區(qū)吹砂造地施工時(shí)除規(guī)劃水系基本保持原標(biāo)高外，場(chǎng)地及道路標(biāo)高均吹填至＋6.0 m 左右。 金井一路路基在排洪通道處留有臨時(shí)排洪明渠，是現(xiàn)狀東部片區(qū)雨洪排海通道，排洪渠現(xiàn)狀渠底標(biāo)高－3.0～－2.0 m。排洪通道結(jié)構(gòu)物將占用大部分臨時(shí)排洪明渠，需要將北側(cè)渠道整修為施工期間臨時(shí)排洪渠。

1.1 水文

排洪通道底標(biāo)高為－2.5 m，行洪斷面凈寬不小于22.5 m。 排洪通道上游景觀湖建成后五十年一遇洪水位為＋2.80 m，景觀水位為＋0.80 m。

1.2 工程地質(zhì)

工程場(chǎng)地地勘揭露主要巖土層從上到下依次為：素填土①1、填中砂①6、淤泥層③、粘土層⑤、殘積砂質(zhì)粘性土、⑥砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦1、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑦2 及中風(fēng)化花崗巖⑧。其中，淤泥層③為流～軟塑狀，成分主要由粘、粉粒構(gòu)成，揭露厚度17.8～20.24 m。 典型工程地質(zhì)剖面圖如圖2 所示， 各巖土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1 所示。其中粘土層及殘積砂質(zhì)粘性土層作為基坑排樁支護(hù)的樁尖持力層，永久性的橋涵樁基則以中風(fēng)化花崗巖作為樁尖持力層。

表1 各巖土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

圖2 典型工程地質(zhì)剖面圖

1.3 橋涵覆土層空間布置

金井一路人行道下布置綜合管廊，管廊斷面結(jié)構(gòu)尺寸為3.4 m（寬）×3.2 m（高），考慮道路的縱、橫坡及人行道路面結(jié)構(gòu)厚度因素，最終采用3.7 m 的橋涵覆土厚度。

1.4 軟基處理

路基路段地基處理采用排水固結(jié)法。

2 排洪通道方案

深厚軟基場(chǎng)地設(shè)計(jì)高覆土排洪通道需要考慮因素較多，主要包括基坑圍堰、排洪通道結(jié)構(gòu)體、地基處理、施工工藝及與路基段銜接設(shè)計(jì)等。 基坑施工場(chǎng)地位于吹填預(yù)留臨時(shí)排洪渠，東側(cè)為預(yù)留景觀內(nèi)湖，湖底標(biāo)高－2.5～－3.0 m，西側(cè)為海水調(diào)蓄湖，湖底標(biāo)高－3.5～－4.0m，根據(jù)施工期間防潮需求，圍堰頂標(biāo)高采用＋4.0 m，圍堰堰體高度達(dá)到7～8 m。兩側(cè)放坡方案的邊坡分兩級(jí)，中間平臺(tái)標(biāo)高與道路路基邊坡平臺(tái)相同采用±0m，平臺(tái)寬度2.0 m。 根據(jù)地勘資料，施工場(chǎng)地地面以下有17.8～20.24 m 厚淤泥，根據(jù)計(jì)算，圍堰上邊坡坡率采用1∶3，邊坡高度4.0 m，下邊坡坡率采用1∶4，邊坡高度3～4 m。

2.1 橋涵結(jié)構(gòu)及地基處理

排洪通道結(jié)構(gòu)物常規(guī)采用箱涵方案如圖3 所示。 箱涵孔徑根據(jù)行洪需求布置為3×凈7.5 m，箱涵內(nèi)底面標(biāo)高根據(jù)防洪排澇規(guī)劃確定為－2.5 m，箱涵頂板頂面標(biāo)高根據(jù)路面標(biāo)高及覆土厚度要求確定為＋4.30 m，頂?shù)装搴癫捎?.8 m，箱涵內(nèi)凈空6.0 m，外腹板0.8 m，內(nèi)腹板0.6 m。

圖3 箱涵方案

本處排洪箱涵地基處理難點(diǎn)如下：（1）涵頂荷載較大，覆土達(dá)到3.7 m 厚；（2）涵頂有綜合管廊箱體穿過(guò)，對(duì)箱涵地基處理的工后沉降要求較高；（3）考慮到工后沉降要求較高且淤泥層存在持續(xù)的固結(jié)沉降，后期在箱涵底面與淤泥頂面之間必然脫空，因此在計(jì)算涵底復(fù)合地基承載力時(shí)，應(yīng)略去樁間土的承載力，同時(shí)剛性樁單樁承載力應(yīng)考慮淤泥層負(fù)摩阻力。

箱涵地基處理方式采用剛性樁復(fù)合地基，剛性樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.0 m，方格網(wǎng)布置，網(wǎng)格中心距3.0 m。 根據(jù)上部荷載測(cè)算，單樁承載力不低于1150 kN，綜合考慮單樁承載力及樁基沉降量，最終確定平均樁長(zhǎng)32 m，樁尖持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。 箱涵方案主要的不足在于為了控制工后沉降采用了成本較高的剛性樁復(fù)合地基。 基于優(yōu)化剛性復(fù)合地基及充分利用基坑圍護(hù)樁的思路，本文提出了樁板框架橋方案，如圖4、5 所示。 具體如下：（1）樁板框架橋橋跨布置為（8.7＋8.8＋8.7）m，橋板采用變高實(shí)體板，橋板跨中板厚0.8 m，支點(diǎn)板厚1.3 m，板厚變化采用圓弧過(guò)渡。 （2）中墩采用直徑1.2 m 鋼筋混凝土灌注樁，樁中心距4.8 m，兩側(cè)橋臺(tái)結(jié)合基坑圍護(hù)樁設(shè)計(jì)，橋臺(tái)及中墩樁頂設(shè)置蓋梁，橋板與蓋梁剛接。 （3）橋臺(tái)處的圍護(hù)樁分兩大類：兼具支撐上部結(jié)構(gòu)的端承樁和常規(guī)的摩擦型圍護(hù)樁，圍護(hù)樁中距1.6 m，其中端承樁中心距4.8 m。端承樁樁尖持力層為中風(fēng)化花崗巖，入巖深度不小于1.8 m，樁長(zhǎng)34～40 m；摩擦型圍護(hù)樁樁尖持力層為粘土層或殘積砂質(zhì)粘性土，平均樁長(zhǎng)24 m。（4）橋下鋪砌采用0.6 m 厚鋼筋混凝土板， 地基處理采用直徑0.50 m 水泥攪拌樁，樁距1.0 m，梅花形布置，樁長(zhǎng)9 m。 （5）橋臺(tái)圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)澆筑0.15 m 厚鋼筋混凝土側(cè)板，封閉圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)。 設(shè)置兩道中墩后，與路線平行的圍堰的圍護(hù)樁可以改為15 m 鋼板樁，鋼板樁設(shè)置1 道鋼橫撐，橋臺(tái)及中墩的蓋梁作為鋼橫撐支點(diǎn)。

圖4 樁板框架橋方案平面圖

圖5 樁板框架橋方案立面圖

箱涵及樁板框架橋方案比選如表2 所示。 由表2可知，箱涵方案和樁板框架橋方案主要工程量差異點(diǎn)在2 個(gè)方面：（1）樁板框架橋部分圍護(hù)樁可用鋼板樁替代；（2）樁板框架橋方案用簡(jiǎn)易基坑內(nèi)土體加固方式代替箱涵成本較高的復(fù)合地基剛性樁方式；樁板式框架橋結(jié)構(gòu)主體與箱涵造價(jià)差異不大，但在基坑支護(hù)及地基處理上樁板式框架橋比箱涵少970萬(wàn)。在高覆土及深厚軟基路段，樁板框架橋方案在工程量、施工工藝及工期上均優(yōu)于常規(guī)箱涵。

表2 橋涵結(jié)構(gòu)方案比選方案

2.3 施工工藝

吹填造地區(qū)通常工程場(chǎng)地地勢(shì)低洼，路網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)先于片區(qū)開發(fā)，因此施工場(chǎng)地往往受潮汐影響，施工工藝相對(duì)繁瑣，不可避免存在反開挖，具體如下：（1）施工圍堰前應(yīng)疏通現(xiàn)狀水系，形成施工期間臨時(shí)排洪渠；（2）圍堰和基坑填筑至常水位附近（±0 m），基坑范圍內(nèi)施工水泥攪拌樁地基處理，其中在排洪通道底板底面標(biāo)高以上采用空孔；（3）圍堰和基坑填筑至設(shè)計(jì)圍堰頂標(biāo)高后，施工圍護(hù)樁、高壓旋噴樁止水帷幕、進(jìn)出水口圍堰的拉森鋼板樁、中墩樁基及蓋梁；（4）待排洪通道地基預(yù)壓結(jié)束后基坑開挖至排洪通道底板的混凝土墊層以下，依次施工封閉側(cè)板、底板，并支模澆筑頂板；（5）施工臺(tái)背路基與橋涵過(guò)渡段軟基處理，并分層填筑至路床頂面。

2.4 路基—橋涵過(guò)渡段處理

吹填造地區(qū)常規(guī)道路路基都是采用排水固結(jié)法，與樁板框架橋工后沉降差異較大，需要設(shè)置路基—橋涵過(guò)渡段，以滿足市政管線管段沉降差要求。過(guò)渡段全長(zhǎng)80 m，分成橋臺(tái)側(cè)段和路基側(cè)段。過(guò)渡段軟基處理采用剛—柔性樁復(fù)合地基處理技術(shù)，剛性樁采用φ500 mm 預(yù)應(yīng)力管樁，方格網(wǎng)布置，樁中距3 m，柔性樁采用φ500 mm 水泥攪拌樁，同樣采用方格網(wǎng)布置，樁中距1 m。 橋臺(tái)段剛性樁進(jìn)入持力層不小于3 m，路基側(cè)段剛性樁進(jìn)入持力層不小于1.5 m。

3 結(jié)論

存在深厚軟基的吹填造地區(qū)建設(shè)高覆土低工后沉降排水通道需要對(duì)結(jié)構(gòu)物及地基處理進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，本文提出了樁板框架橋設(shè)計(jì)思路，并與常規(guī)的箱涵方案進(jìn)行比選，分析了造價(jià)主要差異點(diǎn)，并據(jù)此得出適用性條件；進(jìn)一步研究了樁板框架橋的施工工藝及路基橋涵過(guò)渡銜接方案，對(duì)類似工程有參考價(jià)值。