城市堤防工程下穿既有高架线路设计方案优化

胡超 HU Chao

（中铁十七局集团第三工程有限公司，石家庄 050081）

1 工程概况

滹沱河防洪综合整治新建右堤工程（太平河口至西塔子口段）位于石家庄市区北部，工程建设范围内有新元高速公路、太行大街大桥等运输大动脉穿过工程区，工程区南侧平行分布石黄高速，北侧平行分布着S302 省道，S232 省道、S204 省道横穿工程区。本次新建右堤防洪标准为50年一遇设计，堤防工程等级为2 级，实施堤段长度为6.314km。筑堤材料均为黏性土，堤顶宽度为10.0m，迎水坡及背水坡坡比均为1：3。迎水侧边坡采用格宾护垫护坡，防护顶高程为堤顶高程-2.0m，格宾护垫护坡结构型式为：30cm 厚格宾护垫、10cm 厚砂砾料垫层，格宾护垫上覆盖20cm 厚壤土，撒草籽植草；堤脚采用C20 混凝土，防护深度为3.0m。堤防背水坡采用草皮护坡。

本文依据该段城市堤防工程分别下穿新城大街跨滹沱河特大桥、太行大街跨滹沱河特大桥进行方案优化分析。

2 常规设计方案

2.1 下穿新城大街段

新建右堤下穿新城大街跨滹沱河特大桥处，原设计堤顶高程69.94m，迎水侧防护采用20cm 厚C30 钢筋混凝土护坡+10cm 厚C10 混凝土垫层+植草护坡+1m 厚C20 混凝土护脚，背水侧护坡采用植草防护。堤顶路面工程结构层采用4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+16cm 石灰、粉煤灰稳定级配碎石+16cm12%石灰稳定土。（图1）

2.2 下穿太行大街段

新建右堤下穿太行大街跨滹沱河特大桥处，原设计堤顶高程67.45m，迎水侧防护采用30cm 厚格宾石笼+10cm厚砂砾料垫层+1m 厚C20 混凝土护脚+C25 混凝土防浪墙，背水侧护坡采用植草防护。堤顶路面工程结构层采用4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+16cm 石灰、粉煤灰稳定级配碎石+16cm+12%石灰稳定土。（图2）

3 方案优化原因及思路

3.1 优化原因

堤防工程施工主要为土方工程作业及堤顶路面作业。

从施工现场所用机械设备类型来看，机身高度大多位于3～4m 之间。其中1m3220 挖掘机机身高度约3m；50 装载机机身高度约3.5m；摊铺机机身高度约4m。机械设备正常作业期间，所需净空最低不应小于5m。根据现场实际测量数据计算，原设计方案下穿新城大街桥下堤顶净空约3.5m，下穿太行大街桥下堤顶净空约3.7m，不能满足大型机械例如挖机、装载机、平地机、摊铺机、压路机、自卸车等机械正常施工。

原设计方案中桥下净空仅满足工程完成后车辆的通行需求，未考虑施工期间土方及路面机械设备对净空的要求，导致设计净空不满足施工要求。为保证堤防下穿既有高架线路正常施工，考虑对原设计方案进行优化。

3.2 优化思路

3.2.1 下穿新城大街段 为满足大型土方及路面机械设备正常施工且保证效率，本段优化思路主要为降低堤防填筑高度以增加桥下净空。同时为解决该段堤防高度降低导致防洪功能不足问题，在堤防迎水侧增加防浪墙设计。防浪墙是为防止波浪翻越坝顶而在坝顶挡水前沿设置的墙体，其主要功能为防浪、防洪、阻水，同时降低土堤高度。

3.2.2 下穿太行大街段 ①从便于施工方面考虑，降低填筑高度应作为首选，由于太行大街桥下段原设计方案已考虑到净空不足的影响，已降低了堤防填筑高度，增加了防浪墙的设计。因此，方案优化在降低填筑高度方面已无下降空间。根据现场实测数据，堤防背水侧净空约7m，满足大型路面设备施工需求，因而考虑在堤防背水侧新增堤外联通路方式保证堤顶线路通行。②从经济合理方面考虑，线路通行功能已通过新增联通路方式实现，投资已增加，堤防工程结构应考虑在满足防洪功能前提下适当降低投资。因而考虑取消堤顶道路及混凝土防浪墙设计，适当增加堤防填筑高度用以保证防洪超高水位，确保增加投资控制在合理范围。

4 优化方案

4.1 下穿新城大街段

①新建右堤工程里程2+240～2+300 下穿新城大街跨滹沱河特大桥段堤防顶部高程由69.94 调整降低至68.14，填筑高度降低1.8m，新城大街桥下两侧各30m 范围内按坡度1:20，高差1.8m 降至调整后标高。优化后桥下空约为5.3m，满足施工及应急救援车辆通行需求。②该段迎水侧增加混凝土防浪墙设计，参照原太行大街段防浪墙方案，结构形式为L 形，高2m，宽1.3m，长度120m，里程2+210～2+330。（图3）

图3 新城大街桥下优化后设计方案断面图

4.2 下穿太行大街段

①新建右堤工程里程4+068～4+200 下穿太行大街跨滹沱河特大桥段堤防顶部高程由67.45 调整增加至68.65，堤防填筑高度增加1.2m，满足防洪功能要求。优化后桥下净空2.5m，仍能满足改用小型土方机械施工需求。②堤顶路面工程结构层由原设计4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+16cm 水泥稳定级配碎石+16cm12%石灰稳定土优化为3cm 厚粗砂垫层+混凝土砖。③取消该段混凝土防浪墙设计。④在该段堤防背水侧增加联通路设计，保证车辆通行需求。联通路采用新增上下堤联通路（160m）+利用既有地方道路（300m）形式。新增上下堤联通路路面结构层保持堤顶路设计：4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+16cm 石灰、粉煤灰稳定级配碎石+16cm12%石灰稳定土。（图4）

图4 太行大街桥下优化后设计方案断面图

5 优化方案评价

5.1 资源配置评价

下穿新城大街段，针对防浪墙结构增加了结构工班及配套的小型设备、材料。

下穿太行大街段，针对土方工程增加了小型机械；针对铺装工程增加了铺装工班及配套材料。

优化前后设计方案资源配置进行对比见表1。

表1 优化前后主要资源配置比较表

经过对比分析，下穿新城大街段优化方案可使用下穿太行大街段原设计方案的资源配置。总体上看，优化后方案只增加了小型压路机、小型挖掘机及瓦工，资源配置方面科学合理。

5.2 经济性评价

5.2.1 下穿新城大街段 对优化前后设计方案进行工程量及费用计算，得到土方、混凝土项目的最终工程量及费用（见表2）。结果表明，优化后土方工程量减少了1900m3，混凝土工程量增加了106m3，经过造价计算，优化后减少投资约0.5 万元。

表2 优化前后工程量及费用比较表

5.2.2 下穿太行大街段 对优化前后设计方案进行工程量及费用计算，得到土方、混凝土砖、路面工程、混凝土项目的最终工程量及费用（见表3）。

结果表明，优化后土方工程量增加了1400m3，混凝土砖工程量增加了3520m2，路面工程量减少了280m，混凝土工程量减少了97m3，经过造价计算，优化后减少投资约27.4 万元。

综上所述，堤防工程下穿既有高架线路共节约投资约27.9 万元。

6 结论

本文以石家庄市滹沱河防洪综合整治新建右堤工程在施工中遇下穿既有线路施工作为研究对象，提出了针对性的优化方案，在增加净空及实现通行需求方面综合考虑，通过资源配置及经济性分析进行优化，将便捷高效施工与控制成本相结合，达到了效益最大化目的。通过本工程得出主要结论如下：①城市堤防工程施工中，下穿线路净空不满足施工要求时，可优先考虑降低工程施工高度，同时以增加防浪墙形式来保证防洪功能。②当施工高度无法降低时，可考虑将有通行需求的顶道路在堤防背水侧以增加联通道路的形式保证通行功能。