吹填造地区高覆土桥涵的设计与应用

■杨勇智

（厦门市市政工程设计院有限公司，福建 厦门 361009）

随着社会经济的发展，可供开发的土地资源越来越紧张，围海吹填造地已经成为沿海城市拓展建设用地的一种新途径。 造地片区配套市政道路作为先导项目为后续片区开发提供交通及管网载体，并且需要根据规划设置横穿道路的排洪通道。 片区的排洪通道通常具有结构断面尺寸大、覆土厚等特点，而且实施时序往往都先于道路主体的软基处理，地质条件差、施工难度高且工期短，因此排洪通道的结构类型选择、基坑开挖支护方式、地基处理方式等都需要进行全面评估，才能得到最优方案。 对于在深厚软基地区设置排洪通道，已有不少专家从各个环节进行了深入研究：曹凯平等[1]、郭志柳[2]分别对深厚软基地区排洪通道的结构形式进行了研究，分别提出了比常规箱涵更适合工程实际情况且经济性更优的结构类型方案；吕良宏等[3]对软土路段结构物基础应用预应力管桩进行了研究，得出深厚软土路段箱型结构物基础应用预应力管桩具有工艺成熟、工后沉降小及施工快捷等优点；秦景等[4]对软土地区排水箱涵基坑设计进行研究，支护采用钢筋混凝土灌注桩与锚索支护形式，坑内土采用高压旋喷桩加固，并通过实践证明方案可行性。 常规条件下箱涵以整体性好，地基承载力要求低等优点在软基路段得到普遍使用。 本文经过方案比选，提出一种基于桩板框架桥的排洪通道方案，较好地适应吹填造地片区的普遍工况，并且在施工工艺、工期及造价上均有明显优势。

1 工程概况

平潭金井湾片区原为海域，后经围海吹砂形成陆域。 金井一路为片区内南北向主干路，道路红线宽度50 m。 根据规划，金井一路东侧的为淡水景观湖兼承纳东片区雨洪的滞洪区，西侧为海水调蓄湖连通外海。 道路两侧水系通过横穿金井一路的排洪通道连通。 金井一路、排洪通道、周边地形及水系如图1 所示。

图1 排洪通道平面图

金井湾片区吹砂造地施工时除规划水系基本保持原标高外，场地及道路标高均吹填至＋6.0 m 左右。 金井一路路基在排洪通道处留有临时排洪明渠，是现状东部片区雨洪排海通道，排洪渠现状渠底标高－3.0～－2.0 m。排洪通道结构物将占用大部分临时排洪明渠，需要将北侧渠道整修为施工期间临时排洪渠。

1.1 水文

排洪通道底标高为－2.5 m，行洪断面净宽不小于22.5 m。 排洪通道上游景观湖建成后五十年一遇洪水位为＋2.80 m，景观水位为＋0.80 m。

1.2 工程地质

工程场地地勘揭露主要岩土层从上到下依次为：素填土①1、填中砂①6、淤泥层③、粘土层⑤、残积砂质粘性土、⑥砂砾状强风化花岗岩⑦1、碎块状强风化花岗岩⑦2 及中风化花岗岩⑧。其中，淤泥层③为流～软塑状，成分主要由粘、粉粒构成，揭露厚度17.8～20.24 m。 典型工程地质剖面图如图2 所示， 各岩土层主要物理力学性质指标如表1 所示。其中粘土层及残积砂质粘性土层作为基坑排桩支护的桩尖持力层，永久性的桥涵桩基则以中风化花岗岩作为桩尖持力层。

表1 各岩土层主要物理力学性质指标

图2 典型工程地质剖面图

1.3 桥涵覆土层空间布置

金井一路人行道下布置综合管廊，管廊断面结构尺寸为3.4 m（宽）×3.2 m（高），考虑道路的纵、横坡及人行道路面结构厚度因素，最终采用3.7 m 的桥涵覆土厚度。

1.4 软基处理

路基路段地基处理采用排水固结法。

2 排洪通道方案

深厚软基场地设计高覆土排洪通道需要考虑因素较多，主要包括基坑围堰、排洪通道结构体、地基处理、施工工艺及与路基段衔接设计等。 基坑施工场地位于吹填预留临时排洪渠，东侧为预留景观内湖，湖底标高－2.5～－3.0 m，西侧为海水调蓄湖，湖底标高－3.5～－4.0m，根据施工期间防潮需求，围堰顶标高采用＋4.0 m，围堰堰体高度达到7～8 m。两侧放坡方案的边坡分两级，中间平台标高与道路路基边坡平台相同采用±0m，平台宽度2.0 m。 根据地勘资料，施工场地地面以下有17.8～20.24 m 厚淤泥，根据计算，围堰上边坡坡率采用1∶3，边坡高度4.0 m，下边坡坡率采用1∶4，边坡高度3～4 m。

2.1 桥涵结构及地基处理

排洪通道结构物常规采用箱涵方案如图3 所示。 箱涵孔径根据行洪需求布置为3×净7.5 m，箱涵内底面标高根据防洪排涝规划确定为－2.5 m，箱涵顶板顶面标高根据路面标高及覆土厚度要求确定为＋4.30 m，顶底板厚采用0.8 m，箱涵内净空6.0 m，外腹板0.8 m，内腹板0.6 m。

图3 箱涵方案

本处排洪箱涵地基处理难点如下：（1）涵顶荷载较大，覆土达到3.7 m 厚；（2）涵顶有综合管廊箱体穿过，对箱涵地基处理的工后沉降要求较高；（3）考虑到工后沉降要求较高且淤泥层存在持续的固结沉降，后期在箱涵底面与淤泥顶面之间必然脱空，因此在计算涵底复合地基承载力时，应略去桩间土的承载力，同时刚性桩单桩承载力应考虑淤泥层负摩阻力。

箱涵地基处理方式采用刚性桩复合地基，刚性桩采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径1.0 m，方格网布置，网格中心距3.0 m。 根据上部荷载测算，单桩承载力不低于1150 kN，综合考虑单桩承载力及桩基沉降量，最终确定平均桩长32 m，桩尖持力层为强风化花岗岩。 箱涵方案主要的不足在于为了控制工后沉降采用了成本较高的刚性桩复合地基。 基于优化刚性复合地基及充分利用基坑围护桩的思路，本文提出了桩板框架桥方案，如图4、5 所示。 具体如下：（1）桩板框架桥桥跨布置为（8.7＋8.8＋8.7）m，桥板采用变高实体板，桥板跨中板厚0.8 m，支点板厚1.3 m，板厚变化采用圆弧过渡。 （2）中墩采用直径1.2 m 钢筋混凝土灌注桩，桩中心距4.8 m，两侧桥台结合基坑围护桩设计，桥台及中墩桩顶设置盖梁，桥板与盖梁刚接。 （3）桥台处的围护桩分两大类：兼具支撑上部结构的端承桩和常规的摩擦型围护桩，围护桩中距1.6 m，其中端承桩中心距4.8 m。端承桩桩尖持力层为中风化花岗岩，入岩深度不小于1.8 m，桩长34～40 m；摩擦型围护桩桩尖持力层为粘土层或残积砂质粘性土，平均桩长24 m。（4）桥下铺砌采用0.6 m 厚钢筋混凝土板， 地基处理采用直径0.50 m 水泥搅拌桩，桩距1.0 m，梅花形布置，桩长9 m。 （5）桥台围护桩内侧浇筑0.15 m 厚钢筋混凝土侧板，封闭围堰支护结构。 设置两道中墩后，与路线平行的围堰的围护桩可以改为15 m 钢板桩，钢板桩设置1 道钢横撑，桥台及中墩的盖梁作为钢横撑支点。

图4 桩板框架桥方案平面图

图5 桩板框架桥方案立面图

箱涵及桩板框架桥方案比选如表2 所示。 由表2可知，箱涵方案和桩板框架桥方案主要工程量差异点在2 个方面：（1）桩板框架桥部分围护桩可用钢板桩替代；（2）桩板框架桥方案用简易基坑内土体加固方式代替箱涵成本较高的复合地基刚性桩方式；桩板式框架桥结构主体与箱涵造价差异不大，但在基坑支护及地基处理上桩板式框架桥比箱涵少970万。在高覆土及深厚软基路段，桩板框架桥方案在工程量、施工工艺及工期上均优于常规箱涵。

表2 桥涵结构方案比选方案

2.3 施工工艺

吹填造地区通常工程场地地势低洼，路网等基础设施建设先于片区开发，因此施工场地往往受潮汐影响，施工工艺相对繁琐，不可避免存在反开挖，具体如下：（1）施工围堰前应疏通现状水系，形成施工期间临时排洪渠；（2）围堰和基坑填筑至常水位附近（±0 m），基坑范围内施工水泥搅拌桩地基处理，其中在排洪通道底板底面标高以上采用空孔；（3）围堰和基坑填筑至设计围堰顶标高后，施工围护桩、高压旋喷桩止水帷幕、进出水口围堰的拉森钢板桩、中墩桩基及盖梁；（4）待排洪通道地基预压结束后基坑开挖至排洪通道底板的混凝土垫层以下，依次施工封闭侧板、底板，并支模浇筑顶板；（5）施工台背路基与桥涵过渡段软基处理，并分层填筑至路床顶面。

2.4 路基—桥涵过渡段处理

吹填造地区常规道路路基都是采用排水固结法，与桩板框架桥工后沉降差异较大，需要设置路基—桥涵过渡段，以满足市政管线管段沉降差要求。过渡段全长80 m，分成桥台侧段和路基侧段。过渡段软基处理采用刚—柔性桩复合地基处理技术，刚性桩采用φ500 mm 预应力管桩，方格网布置，桩中距3 m，柔性桩采用φ500 mm 水泥搅拌桩，同样采用方格网布置，桩中距1 m。 桥台段刚性桩进入持力层不小于3 m，路基侧段刚性桩进入持力层不小于1.5 m。

3 结论

存在深厚软基的吹填造地区建设高覆土低工后沉降排水通道需要对结构物及地基处理进行特殊设计，本文提出了桩板框架桥设计思路，并与常规的箱涵方案进行比选，分析了造价主要差异点，并据此得出适用性条件；进一步研究了桩板框架桥的施工工艺及路基桥涵过渡衔接方案，对类似工程有参考价值。