復(fù)雜山地環(huán)境下市政工程綠色設(shè)計

陳楊喬，熊桂開

（1.同濟大學(xué)，上海市 200092；2.重慶市勘測院，重慶市 401121）

0 引 言

2020 年9 月，我國提出了2030 年“碳達峰”與2060 年“碳中和”的目標(biāo)，“雙碳”背景下“中國建造”已成為國家和土木建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，亟待走出一條“綠色化”、“工業(yè)化”、“裝配化”、“智能化”的發(fā)展道路。

王江營等[1]將裝配式技術(shù)應(yīng)用在湖南創(chuàng)意大廈項目建設(shè)過程中，解決了建設(shè)過程中常見的質(zhì)量問題，提升了建設(shè)效率、安全文明施工度和產(chǎn)品品質(zhì)，驗證了裝配式技術(shù)對綠色建造有重要意義；陳發(fā)達[2]在G324 復(fù)線（馬巷—小盈嶺段）項目中因地制宜選取綠色環(huán)保施工材料，加強施工過程中綠色施工控制，平衡好環(huán)境保護與項目管理之間的關(guān)系；熊桂開等[3]將地理信息（GIS）與建筑信息模型（BIM）技術(shù)引入到山地城市路網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中來，實現(xiàn)了在大范圍三維GIS 場景中BIM 要素的可視化模擬與分析，使用GIS 與BIM 技術(shù)對重慶港城工業(yè)園區(qū)B 區(qū)路網(wǎng)工程進行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了優(yōu)化后的路網(wǎng)與周邊地形、地貌以及地理環(huán)境的完美融合，且節(jié)省工程投資3.46 億元。

重慶是典型的山地城市，其地形、地貌、地質(zhì)條件復(fù)雜，對城市用地布局、建筑選址、基礎(chǔ)設(shè)施布局等方面有著較大制約，對工程建設(shè)的難易度與工程建安費用的投入有很大影響，因山地城市建設(shè)條件的復(fù)雜性，其建設(shè)難度與工程建安費用遠大于其他類型城市[3]。

本文在前人研究基礎(chǔ)上對山地城市復(fù)雜地理環(huán)境下市政工程設(shè)計進一步研究，將綠色、經(jīng)濟、適用、安全、環(huán)保理念融入到工程實踐中。

1 工程概況

1.1 項目區(qū)位

本次設(shè)計4號道路項目位于重慶園博園花溝片區(qū)，金山大道、金開大道、金興大道、金渝大道圍合區(qū)域內(nèi)，西側(cè)緊靠園博園，向北延伸至中央公園，往南與曾家?guī)r北延伸通道相接（圖1 為區(qū)位路網(wǎng)圖）。周邊已建、在建項目有華僑城、耀中國際、金山國際醫(yī)院、重慶財政學(xué)校、碧桂園項目,其區(qū)位優(yōu)勢明顯。禮嘉作為兩江新區(qū)的核心功能，兩江新區(qū)管委會擬將其打造成為：“以多功能綜合型體育館為核心，周邊配套文化設(shè)施、群眾性室外體育設(shè)施、酒店、商業(yè)、公寓住宅、生態(tài)體育公園”。本項目的實施不僅可以加強區(qū)域內(nèi)外的交通聯(lián)系，也能有效改善該區(qū)域人居環(huán)境，同時還可以推進城市化進程，推動道路兩側(cè)閑置地塊的開發(fā)建設(shè)，帶動沿線的經(jīng)濟發(fā)展，改變片區(qū)落后面貌，促進兩江新區(qū)花溝片區(qū)的快速發(fā)展，帶動該區(qū)域的經(jīng)濟和配套發(fā)展。加強區(qū)域內(nèi)外的交通聯(lián)系均具有重要的意義。

圖1 區(qū)位路網(wǎng)圖

1.2 工程規(guī)模

4號道路全長約3 km，道路等級為城市主干路，雙向6 車道，設(shè)計時速50 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度36 m。本次工程設(shè)計范圍內(nèi)含3 座地通道和一座橋梁：1號通道位于園博園東門，樁號K1+100～K1+520，全長420 m，雙向6 車道路幅，寬度26.5 m；2號通道為下穿金興大道，樁號K2+000～K2+190，全長190 m，雙向6 車道路幅，寬度26.5 m；3號通道為E 匝道下穿4號路與云竹路平交路口，樁號K0+250～K0+330，全長80 m，單向1 車道路幅，寬度8 m；橋梁段為重慶少年宮段廣場與道路共建的雙層框架橋，樁號K1+521～K1+982.65，全長461.65 m。

1.3 地形地貌

擬建場地位于兩江新區(qū)花溝片區(qū)，擬建場地原始地貌單元為丘陵地貌，道路區(qū)主要為山地及耕地。勘察區(qū)范圍內(nèi)溝壑縱橫，地形起伏較大，道路區(qū)內(nèi)地形總體呈西南側(cè)較低，北東側(cè)較高，高程介于252.5～392.5 m 之間。道路橫向地形坡角3°～25°，局部路段達到50°～82°（呈陡崖狀），縱向地形坡角5°～80°。 擬建道路起點跨越柳吊溪后，穿越華僑城地塊之間的山體、綠化帶走廊及生態(tài)城地塊。

丘陵斜坡地段植被發(fā)育，主要為荒地，坡底寬緩，溝谷地帶為農(nóng)田耕地，縱向上線路區(qū)地形以溝谷與山地為主。山地多呈橢圓、渾圓狀，斜坡坡度一般20°～85°，一般呈上陡下緩，局部陡坎可達85°，山頂高程一般350～390 m，相對高差40 m，溝床一般高程252.5～263.9 m，相對高差11.6 m。丘體間間隔發(fā)育沖溝，多呈寬緩“U”型，一般寬35～50 m，發(fā)育方向大致呈東西向，呈東高，西低發(fā)育，縱向上溝床地形平坦、開闊，坡角一般1°～5°。丘間溝谷多為梯狀耕田，田埂高0.5～2.0 m。目前，項目區(qū)域內(nèi)尚未開發(fā)建，區(qū)域主要為自然山體、河流、農(nóng)田。

2 工程綠色設(shè)計

4號路起點接萬年東路，終點接B 區(qū)縱四路，全長約3 km，標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度36 m，在園博園處采用主線下穿的方案，該方案建安費用約6.8 億元，見圖2～圖6。

圖2 道路平面總體布置圖

圖3 路基段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：cm）

圖4 園博園地通道橫斷面（單位：cm）

圖5 少年宮段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：cm）

圖6 現(xiàn)狀路改造段橫斷面（單位：cm）

項目所處建設(shè)環(huán)境非常復(fù)雜：（1）本項目4號路與軌道5號線關(guān)系緊密，該段線路處于軌道5號線丹鶴站至園博中心站的區(qū)間段，4號路路線與軌道交通5號線路線基本平行。4號路與1號路交叉口處為丹鶴站，4號路與龍景路交叉口處為園博中心站（見圖3）。（2）項目周邊分布有大量110 kV 高壓線、220 kV 高壓線和高壓鐵塔。1號鐵塔處于4號路與1號路交叉口，鐵塔位于挖方邊坡上，距離人行道邊線3.5 m，鐵塔基礎(chǔ)高程423，道路標(biāo)高404。2號鐵塔、3號鐵塔分別位于4號路樁號K0+760 和K0+940 位置處，鐵特位于車行道上。4號鐵塔距離4號路邊緣約26 m，5號鐵塔位于金興大道人行道上，遠期金興大道拓寬后，鐵塔位于輔道上。（3）經(jīng)現(xiàn)場踏勘，目前項目周邊分布有大量的廠房、企業(yè)。力帆、園博園、愛思帝、高金華信昌汽車等為現(xiàn)狀，福米機電機動車零部件、萬科地產(chǎn)等目前正在施工建設(shè)中，龍景路沿線共設(shè)有4 處開口，云卉路主要有1 處現(xiàn)狀開口和1處在建開口。

由于影響制約本項目設(shè)計因素較多，限于篇幅，以園博園段1號通道與少年宮段廣場與道路共建段設(shè)計為例闡述綠色設(shè)計理念。

2.1 園博園段1號通道設(shè)計

1號通道位于園博園東門，樁號K1+100～K1+520，全長420 m，雙向6 車道，寬度26.5 m。因考慮到平面拓寬方案占用園博園用地較多，后期對園博園東門檢票口距離較近，為減少對園博園東門運營的影響，預(yù)留足夠檢票排隊空間，擬采用方案一地通道與方案二高架橋兩種方案進行對比設(shè)計。

2.1.1 方案一地通道設(shè)計

方案一為4號路主線采用地通道下穿園博園東門，輔道與龍景路形成平交口的方案。 4號路為南北向的交通主干路，在與龍景路交叉口設(shè)置簡易立交，主線采用地通道穿過該區(qū)域，平層設(shè)置輔道與龍景路形成平交口，改交叉口采用信號燈控制路口，完成交通轉(zhuǎn)換。結(jié)合交通流量預(yù)測，主要交通方向為南北向過境交通，地通道均采用雙線6 車道標(biāo)準(zhǔn)。圖7為方案一地通道平面設(shè)計，圖8 為方案一地通道設(shè)計效果圖。

圖7 方案一地通道平面設(shè)計

圖8 方案一地通道設(shè)計效果圖

2.1.2 方案二高架橋設(shè)計

方案二采用4號路主線上跨，輔道與龍景路形成平交口的方案。4號路為南北向的交通主干路，與龍景路交叉口設(shè)置簡易立交，主線采用高架橋穿過該區(qū)域，平層設(shè)置輔道與龍景路形成平交口，改交叉口采用信號燈控制路口，完成交通轉(zhuǎn)換。高架橋采用雙線6 車道標(biāo)準(zhǔn)。圖9 為方案二高架橋平面設(shè)計，圖10 為方案二高架橋設(shè)計效果圖。

圖9 方案二高架橋平面設(shè)計

經(jīng)以上論述，對園博園段1號通道設(shè)計方案一和方案二比選見表1。

表1 1號通道設(shè)計比選表

從表1 可以看出，方案一地通道設(shè)計方案占用園博園用地較少，行道樹移栽數(shù)量較少，景觀效果較好，在工期與工程造價上較方案二有優(yōu)勢，且在建設(shè)過程中的碳排放量較方案二少，所以推薦方案一地通道方案為本次設(shè)計方案。

2.2 少年宮段廣場與道路共建設(shè)計

少年宮段位于現(xiàn)狀龍景路西側(cè)、少年宮(在建)東側(cè)，現(xiàn)狀龍景路路幅全寬20 m，其中兩側(cè)人行道寬度4.0 m。龍景路東側(cè)為愛思帝、高金等廠區(qū)，現(xiàn)狀龍景路為廠區(qū)的主要運輸?shù)缆罚?號路施工期間龍景路交通無法中斷。考慮到少年宮疏散需求，在本項目上方設(shè)有2 個人行出口及1 個車行出口，同時前期與業(yè)主及少年宮方對接，考慮到疏散面積需要，需要在人行出口及車行出口之間全部設(shè)置上蓋的廣場結(jié)構(gòu)。

由于龍景路無法中斷交通，同時4號路需下穿金興大道及園博園東出入口，路線設(shè)計標(biāo)高與既有龍景路標(biāo)高之間高差在6.5～12.0 m 之間。根據(jù)本項目地勘資料，橋位區(qū)素填土較厚，素填土由粉質(zhì)黏土和砂、泥巖碎塊石等組成，拋填素填土結(jié)構(gòu)松散，未經(jīng)分層壓實處理，厚度普遍較薄，物質(zhì)組成變化大，均勻性差，壓縮性較高，承載力低，且有遇水濕陷的特點。

為確保現(xiàn)狀龍景路交通不中斷，施工4號路前，首先在龍景路人行道外側(cè)修建支護樁。本次設(shè)計對項目主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為少年宮站前廣場與4號路共建的框架橋方案。圖11 為共建方案平面布置圖。

圖11 共建方案平面布置圖

擬建框架橋梁位于現(xiàn)狀龍景路外側(cè)填方邊坡上，場地呈現(xiàn)西低東高的斜坡地形，高差達70 m。框架橋底層為4號路通行通道，頂層主要考慮了少年宮2 個人行出口及1 各車行出口的通行及疏散需要。根據(jù)項目前期與建設(shè)單位等各方協(xié)調(diào)溝通，框架橋頂層設(shè)計起點定在第一個人行出口（K1+661.0）結(jié)束位置。全長461.6 m，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)布置及荷載取值對框架橋分成A（單層布置，頂層不設(shè)上蓋）、B（雙層布置，頂層設(shè)人行出口）、C（雙層布置，頂層設(shè)車行出口）3 個段落。

本項目頂層采用框架橋梁板結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，底層結(jié)構(gòu)根據(jù)地形及地質(zhì)情況進行結(jié)構(gòu)方案比選。本次方案一的框架橋底層（4號路左幅）采用橋梁結(jié)構(gòu)形式（見圖12）；方案二是4號路左幅道路采用填方路基形式，受少年宮內(nèi)部消防通道限制，需在邊坡坡腳位置修建路基支擋結(jié)構(gòu)（見圖13）。

圖12 方案一立面布置圖（單位：cm）

圖13 方案二立面布置圖（單位：cm）

對兩個方案進行對比，見表2。

表2 框架橋底層結(jié)構(gòu)方案比選表

由表2 可以看出，方案一左幅道路采用橋梁結(jié)構(gòu)形式，由于橫向地形陡峭，高程變化較大，直接設(shè)置橋梁按照架空方式處理，同時對既有現(xiàn)狀邊坡進行表面防護，此方案可避免對既有邊坡過多加載；方案二左幅道路若采用填方路基形式，斜坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但是在修建坡腳擋墻過程存在開挖可能會引起邊坡失穩(wěn)，同時由于高差較大，填土較厚，在保證安全的前提下，擋墻尺寸將會很大，經(jīng)濟性不高。此外，從施工難度、施工工期、景觀效果、對既有邊坡穩(wěn)定性影響、工程造價、碳排放等方面來看，方案一具有明顯的優(yōu)勢，推薦該方案為少年宮段廣場與道路共建的建設(shè)方案。

3 結(jié) 語

（1）在山地城市建成區(qū)進行市政工程建設(shè)會不可避免的與既有建構(gòu)筑物、地下管線和市政道路等沖突。從市政道路平面線形選擇、縱斷面優(yōu)化設(shè)計、穿（跨）線結(jié)構(gòu)選型等方面綠色設(shè)計理念出發(fā)，4號路主線采用地通道下穿園博園東門、輔道與龍景路形成平交口的方案既能較少用地沖突，又不對既有建成區(qū)景觀環(huán)境造成影響，是一種較為理想的設(shè)計方案。

（2）在少年宮段廣場與市政道路共建時，提出了一種雙層框架橋結(jié)構(gòu)，既滿足在高填方地帶修建市政工程的安全穩(wěn)定性要求，又能滿足市政廣場與道路共建的功能需求，為復(fù)雜山地環(huán)境下的市政工程設(shè)計提供了一個新的綠色設(shè)計解決方案。

（3）在下一步工作中，可結(jié)合工程實際對比選方案中用地情況、與環(huán)境融合、工程造價、碳排放量等綠色因子各賦予一個權(quán)重數(shù)值，以數(shù)字的形式來量化該因子的重要性，從而更科學(xué)精準(zhǔn)的判斷方案的合理性。