城市下穿道路的U 槽與擋墻方案研究

趙曉娟，程京偉

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

隨著城市道路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，道路建設(shè)面臨著諸多問(wèn)題，無(wú)論是早期建設(shè)的鐵路，還是伴隨快速發(fā)展的軌道交通建設(shè)的停車場(chǎng)或者車輛段，都對(duì)道路建設(shè)提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)規(guī)劃，聯(lián)系區(qū)域交通，道路與鐵路或者軌道交通面臨著交叉問(wèn)題，在上跨條件不滿足時(shí)，道路往往采取下穿的形式。城市下穿道路在下穿鐵路或者軌道交通時(shí)，一般采用閉合框架的形式，而閉合框架兩側(cè)，可以采取U型槽（閉水結(jié)構(gòu)）或者擋墻加盲溝（排除地下水）的方式。兩種方案有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，U 型槽造價(jià)高，因此，為節(jié)省投資，一些項(xiàng)目視具體情況需要研究擋墻加盲溝的可行性。

本文主要以榆樹(shù)莊東路穿榆樹(shù)莊停車場(chǎng)為例，通過(guò)分析道路周邊建設(shè)條件、地下水情況、土質(zhì)情況，結(jié)合榆樹(shù)莊停車場(chǎng)的建設(shè)，研究道路下穿停車場(chǎng)時(shí)，U 型槽和擋墻加盲溝兩種方案的適用性，給相關(guān)設(shè)計(jì)人員在下穿道路結(jié)構(gòu)形式的選擇上提供一些實(shí)用有效的思路。

1 項(xiàng)目背景及概況

北京地鐵十六號(hào)線新建榆樹(shù)莊停車場(chǎng)一座，設(shè)在十六號(hào)線宛平站與榆樹(shù)莊站之間，位于豐臺(tái)區(qū)花鄉(xiāng)榆樹(shù)莊村，主要承擔(dān)北京地鐵十六號(hào)線配屬列車的月檢、臨修及運(yùn)用維修任務(wù)。十六號(hào)線目前處于施工建設(shè)階段。

榆樹(shù)莊東路規(guī)劃為城市主干路，南起六圈路，北至京港澳高速公路，全長(zhǎng)約5.2 km。根據(jù)規(guī)劃，榆樹(shù)莊東路與十六號(hào)線新建榆樹(shù)莊停車場(chǎng)（咽喉區(qū)位置）相交，為優(yōu)化調(diào)整軌道交通場(chǎng)站周邊土地利用，促進(jìn)軌道交通與土地利用的協(xié)調(diào)發(fā)展，榆樹(shù)莊停車場(chǎng)將進(jìn)行上蓋開(kāi)發(fā)，受制于南北兩側(cè)規(guī)劃路網(wǎng)的間距以及停車場(chǎng)二層的開(kāi)發(fā)空間，道路上跨方案比較困難，因此，本次采用下穿方案。

榆樹(shù)莊東路下穿停車場(chǎng)處采用閉合框架的形式，閉合框架需下穿榆樹(shù)莊一號(hào)路、停車場(chǎng)區(qū)域以及豐西二號(hào)路，全長(zhǎng)360 m。平面見(jiàn)圖1，立面見(jiàn)圖2。

圖1 閉合框架平面圖（單位：m）

圖2 閉合框架立面圖

根據(jù)地勘資料，道路所在場(chǎng)地上層為人工堆積層，道路下穿停車場(chǎng)的結(jié)構(gòu)埋深處均為卵石層，滲透系數(shù)為5.0×10-1（cm/s），針對(duì)項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)埋深條件，地勘建議抗浮設(shè)計(jì)水位按標(biāo)高49.5 m 考慮。

2 U 型槽方案

下穿榆樹(shù)莊停車場(chǎng)段閉合框架兩側(cè)設(shè)置U 槽，北側(cè)U 槽長(zhǎng)度137 m，南側(cè)U 槽長(zhǎng)度313 m，總長(zhǎng)度為450 m，U 槽段道路斷面型式如下：1 m（U 槽結(jié)構(gòu)）+3 m（人行道）+4 m（非機(jī)動(dòng)車道）+2.5 m（兩側(cè)分隔帶含U 槽結(jié)構(gòu)）+11.5 m（機(jī)動(dòng)車道）+2.5 m（中央分隔帶）+11.5 m（機(jī)動(dòng)車道）+2.5 m（兩側(cè)分隔帶含U槽結(jié)構(gòu)）+4 m（非機(jī)動(dòng)車道）+3 m（人行道）+1 m（U 槽結(jié)構(gòu)）。U 型槽橫斷面見(jiàn)圖3。

圖3 U 型槽橫斷面圖（單位：m）

3 擋墻加盲溝方案

若采用擋墻加盲溝方案，采用相同的道路橫斷面，新建4 道鋼筋混凝土擋土墻，為排除地下水，道路及擋墻底下加鋪50 cm 級(jí)配碎石層，主路兩側(cè)靠近擋墻位置新建盲溝，盲溝距路側(cè)緣石2 m，盲溝井間距35 m，最低點(diǎn)設(shè)橫向盲溝，排出路外，通過(guò)雨水管接入泵站。擋墻加盲溝橫斷面見(jiàn)圖4。平面布置見(jiàn)圖5。

圖4 擋墻加盲溝橫斷面圖（單位：m）

圖5 擋墻加盲溝平面布置圖（單位：m）

根據(jù)地勘，本工程滲溝均位于含水層內(nèi)，按不完整滲溝計(jì)算流量，滲透系數(shù)k 為5.0×10-1（cm/s），經(jīng)理論計(jì)算，上述4 根盲管平均每天抽水量為8 005 t。

4 方案比選

4.1 技術(shù)與可行性方面

兩種方案在技術(shù)上均是可行的。U 型槽采用整體封閉結(jié)構(gòu)，將地下水封堵在道路結(jié)構(gòu)外面，U 型槽結(jié)構(gòu)具有剛度大、變形小、穩(wěn)定性好、收坡支擋防水效果優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。但是在地下水位較高時(shí)，為使結(jié)構(gòu)整體在水浮力作用下不會(huì)浮起來(lái)，需進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。此外，U 型槽在運(yùn)營(yíng)期間長(zhǎng)期處于地下水位以下，本項(xiàng)目地層滲透系數(shù)較大，為保證主體結(jié)構(gòu)本身的耐久性和堅(jiān)固性，必須進(jìn)行防水設(shè)計(jì)[1]。

擋墻加盲溝方案是在閉合框架結(jié)構(gòu)兩側(cè)修建擋土墻解決道路高差問(wèn)題，同時(shí)為使路基處于干燥狀態(tài)，使其具有足夠的穩(wěn)定性[2]，在道路下面修建盲溝，盲溝內(nèi)埋設(shè)盲管，低點(diǎn)設(shè)泵站，當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，將路基范圍的水抽出排走[3]。本項(xiàng)目道路下穿榆樹(shù)莊停車場(chǎng)段閉合框架結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，達(dá)360 m，規(guī)劃泵站位于停車場(chǎng)南側(cè)，榆樹(shù)莊東路西側(cè)，道路范圍內(nèi)在停車場(chǎng)北側(cè)的盲管內(nèi)的水需通過(guò)在道路外新建套管，往南接入泵站，套管長(zhǎng)度達(dá)400 m，地面為停車場(chǎng)及軌道用地，檢修起來(lái)對(duì)比其他下穿一般鐵路的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)會(huì)比較困難。

4.2 環(huán)境和水土保持方面

U 型槽方案對(duì)地下水資源及水土保持基本無(wú)影響，而擋墻加盲溝方案需要在工后運(yùn)營(yíng)期間持續(xù)不斷降水，不利于涵養(yǎng)水源。本項(xiàng)目下穿榆樹(shù)莊停車場(chǎng)，地面為軌道線，周邊規(guī)劃多為多功能用地。不斷降水可能會(huì)造成周邊區(qū)域地基沉降，可能對(duì)軌道線路及周邊建筑產(chǎn)生一定的不利影響。

4.3 經(jīng)濟(jì)方面

U 型槽方案：新建U 槽長(zhǎng)為450m，面積為23175m2，該部分工程費(fèi)為16 418 萬(wàn)元；擋墻加盲溝方案：需要新建鋼筋混凝土擋墻（平均高度約2 m）長(zhǎng)約672 m，人行道外側(cè)鋼筋混凝土擋土墻（平均高約5.5 m） 長(zhǎng)約904 m，需新建盲溝長(zhǎng)約872 m，管線D=400 mm 長(zhǎng)約85 m，穿停車場(chǎng)套管D=2 000 mm長(zhǎng)約400 m，級(jí)配碎石約15 594 m3，此外施工時(shí)及工后均需要降水，上述總工程費(fèi)約為4 663 萬(wàn)元。

擋墻加盲溝方案對(duì)比U 型槽方案造價(jià)要經(jīng)濟(jì)很多。

經(jīng)上述比選研究，從項(xiàng)目本身建設(shè)條件來(lái)看，項(xiàng)目下穿榆樹(shù)莊停車場(chǎng)閉合框架結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，土層滲透系數(shù)較大，水力影響距離也較大，若設(shè)置擋墻和盲溝，理論計(jì)算抽水量達(dá)到8005t/d，雖然理論計(jì)算水量與實(shí)際抽水量有一定差別，但是地下水位升高時(shí)，實(shí)際抽水量增大，對(duì)涵養(yǎng)地下水以及上層軌道交通線路、上蓋開(kāi)發(fā)構(gòu)筑物等的穩(wěn)定性是極為不利的。因此，本次仍采用U 型槽方案。

U 型槽段按抗浮水位作為設(shè)計(jì)水位來(lái)確定U 型槽設(shè)計(jì)起終點(diǎn)，U 型槽兩側(cè)與地塊兒仍有高差段接鋼筋混凝土擋土墻，抗浮水位以上擋墻下不再設(shè)置盲溝。

5 結(jié)語(yǔ)

相比于北京已建成的下穿鐵路段擋墻加盲溝方案，例如通州的玉帶河?xùn)|大街、北運(yùn)河?xùn)|濱河路下穿京秦鐵路處的擋墻加盲溝方案，根據(jù)地勘報(bào)告，項(xiàng)目所在地土質(zhì)多為粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土，滲透系數(shù)為1×10-4cm/s，穿鐵路段理論計(jì)算水量基本為300～700 t/d。且下穿鐵路框架結(jié)構(gòu)較短，經(jīng)多方面論證比選，為節(jié)省投資，可考慮此種方案。

因此，下穿道路U 型槽方案與擋墻加盲溝方案的選擇要根據(jù)項(xiàng)目本身的具體情況來(lái)分析，要考慮項(xiàng)目的周邊用地情況，軌道交通場(chǎng)站或者鐵路條件，項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件等，選擇合理可行的方案。

除此之外，無(wú)論是U 型槽還是擋墻加盲溝方案，道路下穿時(shí)，還需考慮地面水的排除問(wèn)題，道路范圍內(nèi)應(yīng)形成完整通暢的排水系統(tǒng)，地面水首選自流排除，當(dāng)不能自流排除時(shí)，一般需要設(shè)泵站排水。