吹填造地區高覆土橋涵的設計與應用

■楊勇智

（廈門市市政工程設計院有限公司，福建 廈門 361009）

隨著社會經濟的發展，可供開發的土地資源越來越緊張，圍海吹填造地已經成為沿海城市拓展建設用地的一種新途徑。 造地片區配套市政道路作為先導項目為后續片區開發提供交通及管網載體，并且需要根據規劃設置橫穿道路的排洪通道。 片區的排洪通道通常具有結構斷面尺寸大、覆土厚等特點，而且實施時序往往都先于道路主體的軟基處理，地質條件差、施工難度高且工期短，因此排洪通道的結構類型選擇、基坑開挖支護方式、地基處理方式等都需要進行全面評估，才能得到最優方案。 對于在深厚軟基地區設置排洪通道，已有不少專家從各個環節進行了深入研究：曹凱平等[1]、郭志柳[2]分別對深厚軟基地區排洪通道的結構形式進行了研究，分別提出了比常規箱涵更適合工程實際情況且經濟性更優的結構類型方案；呂良宏等[3]對軟土路段結構物基礎應用預應力管樁進行了研究，得出深厚軟土路段箱型結構物基礎應用預應力管樁具有工藝成熟、工后沉降小及施工快捷等優點；秦景等[4]對軟土地區排水箱涵基坑設計進行研究，支護采用鋼筋混凝土灌注樁與錨索支護形式，坑內土采用高壓旋噴樁加固，并通過實踐證明方案可行性。 常規條件下箱涵以整體性好，地基承載力要求低等優點在軟基路段得到普遍使用。 本文經過方案比選，提出一種基于樁板框架橋的排洪通道方案，較好地適應吹填造地片區的普遍工況，并且在施工工藝、工期及造價上均有明顯優勢。

1 工程概況

平潭金井灣片區原為海域，后經圍海吹砂形成陸域。 金井一路為片區內南北向主干路，道路紅線寬度50 m。 根據規劃，金井一路東側的為淡水景觀湖兼承納東片區雨洪的滯洪區，西側為海水調蓄湖連通外海。 道路兩側水系通過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

金井灣片區吹砂造地施工時除規劃水系基本保持原標高外，場地及道路標高均吹填至＋6.0 m 左右。 金井一路路基在排洪通道處留有臨時排洪明渠，是現狀東部片區雨洪排海通道，排洪渠現狀渠底標高－3.0～－2.0 m。排洪通道結構物將占用大部分臨時排洪明渠，需要將北側渠道整修為施工期間臨時排洪渠。

1.1 水文

排洪通道底標高為－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

工程場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、殘積砂質粘性土、⑥砂礫狀強風化花崗巖⑦1、碎塊狀強風化花崗巖⑦2 及中風化花崗巖⑧。其中，淤泥層③為流～軟塑狀，成分主要由粘、粉粒構成，揭露厚度17.8～20.24 m。 典型工程地質剖面圖如圖2 所示， 各巖土層主要物理力學性質指標如表1 所示。其中粘土層及殘積砂質粘性土層作為基坑排樁支護的樁尖持力層，永久性的橋涵樁基則以中風化花崗巖作為樁尖持力層。

表1 各巖土層主要物理力學性質指標

圖2 典型工程地質剖面圖

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，管廊斷面結構尺寸為3.4 m（寬）×3.2 m（高），考慮道路的縱、橫坡及人行道路面結構厚度因素，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法。

2 排洪通道方案

深厚軟基場地設計高覆土排洪通道需要考慮因素較多，主要包括基坑圍堰、排洪通道結構體、地基處理、施工工藝及與路基段銜接設計等。 基坑施工場地位于吹填預留臨時排洪渠，東側為預留景觀內湖，湖底標高－2.5～－3.0 m，西側為海水調蓄湖，湖底標高－3.5～－4.0m，根據施工期間防潮需求，圍堰頂標高采用＋4.0 m，圍堰堰體高度達到7～8 m。兩側放坡方案的邊坡分兩級，中間平臺標高與道路路基邊坡平臺相同采用±0m，平臺寬度2.0 m。 根據地勘資料，施工場地地面以下有17.8～20.24 m 厚淤泥，根據計算，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 橋涵結構及地基處理

排洪通道結構物常規采用箱涵方案如圖3 所示。 箱涵孔徑根據行洪需求布置為3×凈7.5 m，箱涵內底面標高根據防洪排澇規劃確定為－2.5 m，箱涵頂板頂面標高根據路面標高及覆土厚度要求確定為＋4.30 m，頂底板厚采用0.8 m，箱涵內凈空6.0 m，外腹板0.8 m，內腹板0.6 m。

圖3 箱涵方案

本處排洪箱涵地基處理難點如下：（1）涵頂荷載較大，覆土達到3.7 m 厚；（2）涵頂有綜合管廊箱體穿過，對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的固結沉降，后期在箱涵底面與淤泥頂面之間必然脫空，因此在計算涵底復合地基承載力時，應略去樁間土的承載力，同時剛性樁單樁承載力應考慮淤泥層負摩阻力。

箱涵地基處理方式采用剛性樁復合地基，剛性樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.0 m，方格網布置，網格中心距3.0 m。 根據上部荷載測算，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32 m，樁尖持力層為強風化花崗巖。 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合地基。 基于優化剛性復合地基及充分利用基坑圍護樁的思路，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，橋板采用變高實體板，橋板跨中板厚0.8 m，支點板厚1.3 m，板厚變化采用圓弧過渡。 （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，兩側橋臺結合基坑圍護樁設計，橋臺及中墩樁頂設置蓋梁，橋板與蓋梁剛接。 （3）橋臺處的圍護樁分兩大類：兼具支撐上部結構的端承樁和常規的摩擦型圍護樁，圍護樁中距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化花崗巖，入巖深度不小于1.8 m，樁長34～40 m；摩擦型圍護樁樁尖持力層為粘土層或殘積砂質粘性土，平均樁長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9 m。 （5）橋臺圍護樁內側澆筑0.15 m 厚鋼筋混凝土側板，封閉圍堰支護結構。 設置兩道中墩后，與路線平行的圍堰的圍護樁可以改為15 m 鋼板樁，鋼板樁設置1 道鋼橫撐，橋臺及中墩的蓋梁作為鋼橫撐支點。

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在2 個方面：（1）樁板框架橋部分圍護樁可用鋼板樁替代；（2）樁板框架橋方案用簡易基坑內土體加固方式代替箱涵成本較高的復合地基剛性樁方式；樁板式框架橋結構主體與箱涵造價差異不大，但在基坑支護及地基處理上樁板式框架橋比箱涵少970萬。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于常規箱涵。

表2 橋涵結構方案比選方案

2.3 施工工藝

吹填造地區通常工程場地地勢低洼，路網等基礎設施建設先于片區開發，因此施工場地往往受潮汐影響，施工工藝相對繁瑣，不可避免存在反開挖，具體如下：（1）施工圍堰前應疏通現狀水系，形成施工期間臨時排洪渠；（2）圍堰和基坑填筑至常水位附近（±0 m），基坑范圍內施工水泥攪拌樁地基處理，其中在排洪通道底板底面標高以上采用空孔；（3）圍堰和基坑填筑至設計圍堰頂標高后，施工圍護樁、高壓旋噴樁止水帷幕、進出水口圍堰的拉森鋼板樁、中墩樁基及蓋梁；（4）待排洪通道地基預壓結束后基坑開挖至排洪通道底板的混凝土墊層以下，依次施工封閉側板、底板，并支模澆筑頂板；（5）施工臺背路基與橋涵過渡段軟基處理，并分層填筑至路床頂面。

2.4 路基—橋涵過渡段處理

吹填造地區常規道路路基都是采用排水固結法，與樁板框架橋工后沉降差異較大，需要設置路基—橋涵過渡段，以滿足市政管線管段沉降差要求。過渡段全長80 m，分成橋臺側段和路基側段。過渡段軟基處理采用剛—柔性樁復合地基處理技術，剛性樁采用φ500 mm 預應力管樁，方格網布置，樁中距3 m，柔性樁采用φ500 mm 水泥攪拌樁，同樣采用方格網布置，樁中距1 m。 橋臺段剛性樁進入持力層不小于3 m，路基側段剛性樁進入持力層不小于1.5 m。

3 結論

存在深厚軟基的吹填造地區建設高覆土低工后沉降排水通道需要對結構物及地基處理進行特殊設計，本文提出了樁板框架橋設計思路，并與常規的箱涵方案進行比選，分析了造價主要差異點，并據此得出適用性條件；進一步研究了樁板框架橋的施工工藝及路基橋涵過渡銜接方案，對類似工程有參考價值。