复杂山地环境下市政工程绿色设计

陈杨乔，熊桂开

（1.同济大学，上海市 200092；2.重庆市勘测院，重庆市 401121）

0 引 言

2020 年9 月，我国提出了2030 年“碳达峰”与2060 年“碳中和”的目标，“双碳”背景下“中国建造”已成为国家和土木建筑行业发展的重要方向，亟待走出一条“绿色化”、“工业化”、“装配化”、“智能化”的发展道路。

王江营等[1]将装配式技术应用在湖南创意大厦项目建设过程中，解决了建设过程中常见的质量问题，提升了建设效率、安全文明施工度和产品品质，验证了装配式技术对绿色建造有重要意义；陈发达[2]在G324 复线（马巷—小盈岭段）项目中因地制宜选取绿色环保施工材料，加强施工过程中绿色施工控制，平衡好环境保护与项目管理之间的关系；熊桂开等[3]将地理信息（GIS）与建筑信息模型（BIM）技术引入到山地城市路网优化设计中来，实现了在大范围三维GIS 场景中BIM 要素的可视化模拟与分析，使用GIS 与BIM 技术对重庆港城工业园区B 区路网工程进行优化设计，实现了优化后的路网与周边地形、地貌以及地理环境的完美融合，且节省工程投资3.46 亿元。

重庆是典型的山地城市，其地形、地貌、地质条件复杂，对城市用地布局、建筑选址、基础设施布局等方面有着较大制约，对工程建设的难易度与工程建安费用的投入有很大影响，因山地城市建设条件的复杂性，其建设难度与工程建安费用远大于其他类型城市[3]。

本文在前人研究基础上对山地城市复杂地理环境下市政工程设计进一步研究，将绿色、经济、适用、安全、环保理念融入到工程实践中。

1 工程概况

1.1 项目区位

本次设计4号道路项目位于重庆园博园花沟片区，金山大道、金开大道、金兴大道、金渝大道围合区域内，西侧紧靠园博园，向北延伸至中央公园，往南与曾家岩北延伸通道相接（图1 为区位路网图）。周边已建、在建项目有华侨城、耀中国际、金山国际医院、重庆财政学校、碧桂园项目,其区位优势明显。礼嘉作为两江新区的核心功能，两江新区管委会拟将其打造成为：“以多功能综合型体育馆为核心，周边配套文化设施、群众性室外体育设施、酒店、商业、公寓住宅、生态体育公园”。本项目的实施不仅可以加强区域内外的交通联系，也能有效改善该区域人居环境，同时还可以推进城市化进程，推动道路两侧闲置地块的开发建设，带动沿线的经济发展，改变片区落后面貌，促进两江新区花沟片区的快速发展，带动该区域的经济和配套发展。加强区域内外的交通联系均具有重要的意义。

图1 区位路网图

1.2 工程规模

4号道路全长约3 km，道路等级为城市主干路，双向6 车道，设计时速50 km/h，标准路幅宽度36 m。本次工程设计范围内含3 座地通道和一座桥梁：1号通道位于园博园东门，桩号K1+100～K1+520，全长420 m，双向6 车道路幅，宽度26.5 m；2号通道为下穿金兴大道，桩号K2+000～K2+190，全长190 m，双向6 车道路幅，宽度26.5 m；3号通道为E 匝道下穿4号路与云竹路平交路口，桩号K0+250～K0+330，全长80 m，单向1 车道路幅，宽度8 m；桥梁段为重庆少年宫段广场与道路共建的双层框架桥，桩号K1+521～K1+982.65，全长461.65 m。

1.3 地形地貌

拟建场地位于两江新区花沟片区，拟建场地原始地貌单元为丘陵地貌，道路区主要为山地及耕地。勘察区范围内沟壑纵横，地形起伏较大，道路区内地形总体呈西南侧较低，北东侧较高，高程介于252.5～392.5 m 之间。道路横向地形坡角3°～25°，局部路段达到50°～82°（呈陡崖状），纵向地形坡角5°～80°。 拟建道路起点跨越柳吊溪后，穿越华侨城地块之间的山体、绿化带走廊及生态城地块。

丘陵斜坡地段植被发育，主要为荒地，坡底宽缓，沟谷地带为农田耕地，纵向上线路区地形以沟谷与山地为主。山地多呈椭圆、浑圆状，斜坡坡度一般20°～85°，一般呈上陡下缓，局部陡坎可达85°，山顶高程一般350～390 m，相对高差40 m，沟床一般高程252.5～263.9 m，相对高差11.6 m。丘体间间隔发育冲沟，多呈宽缓“U”型，一般宽35～50 m，发育方向大致呈东西向，呈东高，西低发育，纵向上沟床地形平坦、开阔，坡角一般1°～5°。丘间沟谷多为梯状耕田，田埂高0.5～2.0 m。目前，项目区域内尚未开发建，区域主要为自然山体、河流、农田。

2 工程绿色设计

4号路起点接万年东路，终点接B 区纵四路，全长约3 km，标准路幅宽度36 m，在园博园处采用主线下穿的方案，该方案建安费用约6.8 亿元，见图2～图6。

图2 道路平面总体布置图

图3 路基段标准横断面（单位：cm）

图4 园博园地通道横断面（单位：cm）

图5 少年宫段标准横断面（单位：cm）

图6 现状路改造段横断面（单位：cm）

项目所处建设环境非常复杂：（1）本项目4号路与轨道5号线关系紧密，该段线路处于轨道5号线丹鹤站至园博中心站的区间段，4号路路线与轨道交通5号线路线基本平行。4号路与1号路交叉口处为丹鹤站，4号路与龙景路交叉口处为园博中心站（见图3）。（2）项目周边分布有大量110 kV 高压线、220 kV 高压线和高压铁塔。1号铁塔处于4号路与1号路交叉口，铁塔位于挖方边坡上，距离人行道边线3.5 m，铁塔基础高程423，道路标高404。2号铁塔、3号铁塔分别位于4号路桩号K0+760 和K0+940 位置处，铁特位于车行道上。4号铁塔距离4号路边缘约26 m，5号铁塔位于金兴大道人行道上，远期金兴大道拓宽后，铁塔位于辅道上。（3）经现场踏勘，目前项目周边分布有大量的厂房、企业。力帆、园博园、爱思帝、高金华信昌汽车等为现状，福米机电机动车零部件、万科地产等目前正在施工建设中，龙景路沿线共设有4 处开口，云卉路主要有1 处现状开口和1处在建开口。

由于影响制约本项目设计因素较多，限于篇幅，以园博园段1号通道与少年宫段广场与道路共建段设计为例阐述绿色设计理念。

2.1 园博园段1号通道设计

1号通道位于园博园东门，桩号K1+100～K1+520，全长420 m，双向6 车道，宽度26.5 m。因考虑到平面拓宽方案占用园博园用地较多，后期对园博园东门检票口距离较近，为减少对园博园东门运营的影响，预留足够检票排队空间，拟采用方案一地通道与方案二高架桥两种方案进行对比设计。

2.1.1 方案一地通道设计

方案一为4号路主线采用地通道下穿园博园东门，辅道与龙景路形成平交口的方案。 4号路为南北向的交通主干路，在与龙景路交叉口设置简易立交，主线采用地通道穿过该区域，平层设置辅道与龙景路形成平交口，改交叉口采用信号灯控制路口，完成交通转换。结合交通流量预测，主要交通方向为南北向过境交通，地通道均采用双线6 车道标准。图7为方案一地通道平面设计，图8 为方案一地通道设计效果图。

图7 方案一地通道平面设计

图8 方案一地通道设计效果图

2.1.2 方案二高架桥设计

方案二采用4号路主线上跨，辅道与龙景路形成平交口的方案。4号路为南北向的交通主干路，与龙景路交叉口设置简易立交，主线采用高架桥穿过该区域，平层设置辅道与龙景路形成平交口，改交叉口采用信号灯控制路口，完成交通转换。高架桥采用双线6 车道标准。图9 为方案二高架桥平面设计，图10 为方案二高架桥设计效果图。

图9 方案二高架桥平面设计

经以上论述，对园博园段1号通道设计方案一和方案二比选见表1。

表1 1号通道设计比选表

从表1 可以看出，方案一地通道设计方案占用园博园用地较少，行道树移栽数量较少，景观效果较好，在工期与工程造价上较方案二有优势，且在建设过程中的碳排放量较方案二少，所以推荐方案一地通道方案为本次设计方案。

2.2 少年宫段广场与道路共建设计

少年宫段位于现状龙景路西侧、少年宫(在建)东侧，现状龙景路路幅全宽20 m，其中两侧人行道宽度4.0 m。龙景路东侧为爱思帝、高金等厂区，现状龙景路为厂区的主要运输道路，4号路施工期间龙景路交通无法中断。考虑到少年宫疏散需求，在本项目上方设有2 个人行出口及1 个车行出口，同时前期与业主及少年宫方对接，考虑到疏散面积需要，需要在人行出口及车行出口之间全部设置上盖的广场结构。

由于龙景路无法中断交通，同时4号路需下穿金兴大道及园博园东出入口，路线设计标高与既有龙景路标高之间高差在6.5～12.0 m 之间。根据本项目地勘资料，桥位区素填土较厚，素填土由粉质黏土和砂、泥岩碎块石等组成，抛填素填土结构松散，未经分层压实处理，厚度普遍较薄，物质组成变化大，均匀性差，压缩性较高，承载力低，且有遇水湿陷的特点。

为确保现状龙景路交通不中断，施工4号路前，首先在龙景路人行道外侧修建支护桩。本次设计对项目主体结构设计为少年宫站前广场与4号路共建的框架桥方案。图11 为共建方案平面布置图。

图11 共建方案平面布置图

拟建框架桥梁位于现状龙景路外侧填方边坡上，场地呈现西低东高的斜坡地形，高差达70 m。框架桥底层为4号路通行通道，顶层主要考虑了少年宫2 个人行出口及1 各车行出口的通行及疏散需要。根据项目前期与建设单位等各方协调沟通，框架桥顶层设计起点定在第一个人行出口（K1+661.0）结束位置。全长461.6 m，根据桥梁结构布置及荷载取值对框架桥分成A（单层布置，顶层不设上盖）、B（双层布置，顶层设人行出口）、C（双层布置，顶层设车行出口）3 个段落。

本项目顶层采用框架桥梁板结构进行设计，底层结构根据地形及地质情况进行结构方案比选。本次方案一的框架桥底层（4号路左幅）采用桥梁结构形式（见图12）；方案二是4号路左幅道路采用填方路基形式，受少年宫内部消防通道限制，需在边坡坡脚位置修建路基支挡结构（见图13）。

图12 方案一立面布置图（单位：cm）

图13 方案二立面布置图（单位：cm）

对两个方案进行对比，见表2。

表2 框架桥底层结构方案比选表

由表2 可以看出，方案一左幅道路采用桥梁结构形式，由于横向地形陡峭，高程变化较大，直接设置桥梁按照架空方式处理，同时对既有现状边坡进行表面防护，此方案可避免对既有边坡过多加载；方案二左幅道路若采用填方路基形式，斜坡现状基本稳定，但是在修建坡脚挡墙过程存在开挖可能会引起边坡失稳，同时由于高差较大，填土较厚，在保证安全的前提下，挡墙尺寸将会很大，经济性不高。此外，从施工难度、施工工期、景观效果、对既有边坡稳定性影响、工程造价、碳排放等方面来看，方案一具有明显的优势，推荐该方案为少年宫段广场与道路共建的建设方案。

3 结 语

（1）在山地城市建成区进行市政工程建设会不可避免的与既有建构筑物、地下管线和市政道路等冲突。从市政道路平面线形选择、纵断面优化设计、穿（跨）线结构选型等方面绿色设计理念出发，4号路主线采用地通道下穿园博园东门、辅道与龙景路形成平交口的方案既能较少用地冲突，又不对既有建成区景观环境造成影响，是一种较为理想的设计方案。

（2）在少年宫段广场与市政道路共建时，提出了一种双层框架桥结构，既满足在高填方地带修建市政工程的安全稳定性要求，又能满足市政广场与道路共建的功能需求，为复杂山地环境下的市政工程设计提供了一个新的绿色设计解决方案。

（3）在下一步工作中，可结合工程实际对比选方案中用地情况、与环境融合、工程造价、碳排放量等绿色因子各赋予一个权重数值，以数字的形式来量化该因子的重要性，从而更科学精准的判断方案的合理性。