平原區(qū)高速公路低路堤和樁板結(jié)構(gòu)方案對(duì)比

曹愛虎

摘要 隨著新形勢(shì)下土地政策的出臺(tái)，平原區(qū)高速公路取土日益困難，且占用耕地補(bǔ)償費(fèi)用較高。為了解決取土和占地難題，平原區(qū)高速公路采用低路基方案或樁板結(jié)構(gòu)方案，優(yōu)勢(shì)日漸明顯。低路堤方案通過壓低道路縱面減少占地，節(jié)約土方；樁板結(jié)構(gòu)方案以混凝土結(jié)構(gòu)代替土方，達(dá)到省土、節(jié)地的目的。文章針對(duì)某平原區(qū)項(xiàng)目采用的低路基方案和樁板結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)比分析，探討兩種方案的優(yōu)劣，可為同類型項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞 平原區(qū)高速；低路基方案；樁板結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào) U416.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）08-0059-03

0 引言

某平原區(qū)高速項(xiàng)目地形整體平坦開闊，地貌形態(tài)單一。路線沿線永久基本農(nóng)田分布廣泛。平面線形主要受永久基本農(nóng)田、生態(tài)紅線、礦產(chǎn)資源、環(huán)境敏感點(diǎn)等因素控制。在滿足技術(shù)規(guī)范要求的前提下，盡可能采用較高的平面技術(shù)指標(biāo)，以縮短里程、節(jié)約營運(yùn)成本。路線縱面主要受地形地貌、水系、航道、路網(wǎng)交叉等因素的影響。高速公路縱面線形設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足以上控制因素要求外，還需注意與平面線形的合理組合，達(dá)到“平包縱”的要求。在滿足沿線生產(chǎn)生活及相關(guān)功能需求的前提下，結(jié)合地形特點(diǎn)，通過增加變坡點(diǎn)數(shù)量，最大限度地控制填土高度。高速公路填土高度受水文條件、航道、路網(wǎng)和地形地貌等一些不可輕易改變的因素影響，相對(duì)而言，填土高度降低的空間很小[1]。以往項(xiàng)目往往通過對(duì)部分道路進(jìn)行合理的改移或下挖，盡可能壓低縱面，以達(dá)到減少占地和節(jié)省土方的目的。

平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)理念是在保證高速公路各項(xiàng)基本技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化構(gòu)造物設(shè)置、優(yōu)化橫向通道密度或設(shè)置支線上跨橋代替主線上跨橋等措施，以達(dá)到降低路基填高、節(jié)地節(jié)土，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)及綠色發(fā)展的主要目的，同時(shí)，兼顧建設(shè)及行車安全、公路景觀與原地形地貌融合統(tǒng)一、高速公路兩側(cè)橫向通行方便等需求，實(shí)現(xiàn)綜合效益及性價(jià)比最佳[2]。

低路堤方案通過壓低高速縱斷面設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)約占地和土方的目的，特別是在平原區(qū)高速土地資源珍貴、土方稀缺的情況下更具應(yīng)用價(jià)值。但低路基方案通過“改、并、移”的方式設(shè)置通道，或者通過設(shè)置支線上跨的方式跨越高速，給高速兩側(cè)的居民通行帶來了一定干擾。特別是道路的改移，又會(huì)額外增加線外占地。于是，一種既能節(jié)省占地又節(jié)約土方的“無土、全結(jié)構(gòu)化”的高速設(shè)計(jì)方案呼之欲出，即樁板結(jié)構(gòu)方案，詳見圖1。

樁板結(jié)構(gòu)方案實(shí)質(zhì)是橋梁方案的優(yōu)化。以往項(xiàng)目中為節(jié)約占地和土方，兼顧高速兩側(cè)的通行需求，一般通過設(shè)置橋梁來替代路基。但設(shè)置橋梁造價(jià)較高，故通過結(jié)構(gòu)化的理念、工業(yè)化的模式提出了一種由預(yù)制管樁直接支撐預(yù)制鋼筋混凝土板的全新樁板式結(jié)構(gòu)體系。該體系具有高通透性、節(jié)約土方和占地、降低造價(jià)、工業(yè)化程度高等特點(diǎn)。

樁板結(jié)構(gòu)通過梁板與樁柱的結(jié)合傳遞上部荷載，通過工程措施減少占地和土方。對(duì)于嚴(yán)重缺土且耕地占用規(guī)模較大路段，采用樁板式結(jié)構(gòu)替代填土路基，不僅可以解決借方困難問題，同時(shí)大幅減少路基占地和取土場(chǎng)占地。

低路堤方案和樁板結(jié)構(gòu)方案一定程度上緩解了平原區(qū)土地資源稀缺、取土困難的現(xiàn)狀。特別是樁板結(jié)構(gòu)方案為節(jié)省土地指標(biāo)、溝通高速兩側(cè)通行提供了便利條件。樁板結(jié)構(gòu)是“以橋代路”的思路，是否經(jīng)濟(jì)是需要重點(diǎn)考慮的問題。該文通過實(shí)際案例重點(diǎn)對(duì)兩種方案經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比。

1 比選方案介紹

選取平原區(qū)該項(xiàng)目K14+000～K22+620段進(jìn)行兩種方案的比較。該路段的主要控制因素是K16+823、K17+235、K18+270、K19+030、K19+733、K20+676、K21+561處道路以及洪溝、白羊溝、戴溝、武家河、太平溝等溝渠的影響。該路段根據(jù)施工地勘資料揭示橋位區(qū)覆蓋層厚度較大，巖性上部主要為第四系全新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土，下部為上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂等。橋位區(qū)無液化土層分布，屬抗震一般地段。

該路段結(jié)合地形、地質(zhì)及沿線路網(wǎng)、水系及基本農(nóng)田的影響，采用方案一（低路堤方案）和方案二（樁板結(jié)構(gòu)方案）進(jìn)行對(duì)比。

方案一：低路堤方案

結(jié)合路網(wǎng)、水系、村莊分布情況，為滿足功能需求，低路堤方案共設(shè)置主線橋梁6座，涵洞19道，箱形通道13道，支線上跨橋7座。此方案共需借土方82.35 m3。同時(shí)，為保證沿線道路通行及原有水系溝通，該方案改路長度4.701 km，改溝長度3.28 km。低路堤方案平面示意圖詳見圖2。

方案二：樁板結(jié)構(gòu)方案

該段落除洪溝、白羊溝、戴溝、武家河、太平溝需設(shè)置橋梁外，其余均采用12 m跨徑樁板結(jié)構(gòu)，可滿足兩側(cè)道路及水系的溝通。該方案樁板結(jié)構(gòu)長8.238 km，橋梁長382 m，為保證原有道路和水系順直，設(shè)置改路1.975 km，改溝1.036 km。樁板結(jié)構(gòu)方案平面示意圖詳見圖3。

樁板結(jié)構(gòu)上部采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制π板，標(biāo)準(zhǔn)跨徑12 m，7～9跨一聯(lián)。板高0.75 m、肋板厚0.3 m、翼緣板厚0.22 m，板間通過預(yù)制托板濕接縫連接，詳見圖4。

下部結(jié)構(gòu)采用樁柱一體式橋墩，對(duì)連續(xù)設(shè)置的12 m樁板道路，蓋梁采用4個(gè)分離式預(yù)制蓋梁，蓋梁寬1.3 m、高度為0.4～0.6 m、長度2.25 m；墩柱采用PRC-I600B管樁，基礎(chǔ)采用PHC600AB管樁。

樁板結(jié)構(gòu)方案縱面因受K16+823、K17+235、K18+

270、K19+030、K19+733、K20+676、K21+561處道路影響。低路堤方案可通過設(shè)置天橋溝通兩側(cè)道路，若采用樁板結(jié)構(gòu)，為保證橋下通行需求，縱面方案需要上抬。K14+000～K22+620段范圍內(nèi)，方案一（低路堤方案）及方案二（樁板結(jié)構(gòu)方案）縱面比較詳見圖5。

2 方案對(duì)比

比選內(nèi)容：占用土地?cái)?shù)量、耕地占補(bǔ)平衡費(fèi)用、取土坑復(fù)墾費(fèi)用、取土坑占地?cái)?shù)量、拆遷數(shù)量、路基工程、路面工程、防護(hù)工程、排水工程、橋梁工程、涵洞、通道工程、交安工程、綠化工程、改路工程、改溝工程等。造價(jià)按照施工圖預(yù)算單價(jià)進(jìn)行計(jì)算，具體數(shù)量及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比詳見表1。

通過對(duì)比可知，方案二（樁板結(jié)構(gòu)方案）較方案一（低路基方案）土方減少823 500 m3，永久占地減少230 618 m2，

耕地占補(bǔ)平衡指標(biāo)減少191 416 m2，取土場(chǎng)占地減少274 013 m2，建安費(fèi)增加13 116.96萬元，考慮土地因素總造價(jià)僅增加1 106.49萬元。對(duì)于平原區(qū)高速公路永久基本農(nóng)田占比大、取土困難路段，樁板結(jié)構(gòu)方案能大幅降低土地相關(guān)指標(biāo)，同時(shí)，總造價(jià)增加有限。該次比較是基于樁板結(jié)構(gòu)每平方造價(jià)為52 402.5元進(jìn)行比較的，若能對(duì)樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，減少材料用量，樁板式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。

樁板結(jié)構(gòu)管樁采用靜壓施工，上部結(jié)構(gòu)采用吊裝，噪音小、現(xiàn)場(chǎng)施工無污染，避免了低路基方案施工的大量噪音、揚(yáng)塵及水土流失[3]。同時(shí)，施工快、建成后高速兩側(cè)暢通，大幅減少高速公路建設(shè)對(duì)兩側(cè)村民的干擾，社會(huì)效益明顯。

樁板結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是為保證工業(yè)化生產(chǎn)、批量化制造，目前往往只采用正交板，當(dāng)遇到斜交道路和水系時(shí)，需進(jìn)一步增加跨徑。同時(shí)，為考慮土體的擠密作用、減少樁長，往往采用打入法施工樁基，這就對(duì)地質(zhì)有一定的要求。此外，管樁與梁板之間接頭處的安裝工藝要求高，誤差容忍度較低。

綜上所述，在地形、地質(zhì)適合的區(qū)域，樁板結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，若能優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)一步降低樁板結(jié)構(gòu)造價(jià)，同時(shí)提高施工工藝，樁板結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性及社會(huì)性效益將會(huì)更加明顯。

3 結(jié)論

結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，從經(jīng)濟(jì)性分析，在填土高度為6 m左右時(shí)，樁板結(jié)構(gòu)與填土路基造價(jià)基本相當(dāng)[4]。但考慮土地資源的占用，取土困難，取土場(chǎng)占地、復(fù)墾及對(duì)沿線交通，水系和社會(huì)影響，樁板式結(jié)構(gòu)具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。若采用新技術(shù)、新材料、新工藝，進(jìn)一步優(yōu)化樁板結(jié)構(gòu)尺寸，降低樁板結(jié)構(gòu)的造價(jià)，采用樁板結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更加明顯。

這種“無土、全結(jié)構(gòu)化”的樁板結(jié)構(gòu)方案為實(shí)現(xiàn)“低碳、裝配化、工廠化”的現(xiàn)代高速公路提供一種可能，在高速公路建設(shè)過程中對(duì)于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)提供了一種思路。

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