城市道路路塹邊坡排水與防護設(shè)計研究

張 昕，張 博

（西安市政設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 引言

路基是按照道路路線以及橫斷面形式修筑的帶狀構(gòu)筑物，作為道路的基礎(chǔ)，承受路面結(jié)構(gòu)傳遞下來的行車荷載。因此路基的穩(wěn)定性非常重要，只有保證路基堅實、穩(wěn)定，才能保證上部路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，進而保證路面行車的安全性、舒適性。而水是影響路基穩(wěn)定的重要因素之一，來源主要有地下水、降雨、冰雪融化等。一般路基邊坡根據(jù)規(guī)范要求以及常規(guī)工程經(jīng)驗，設(shè)置邊溝、截水溝等工程措施，即可解決道路邊坡、路基排水問題。深挖路塹邊坡由于挖方深度較深、邊坡面積較大，地下水以及大氣降水對路基邊坡、路基路面穩(wěn)定性的威脅較大，因此深挖路塹邊坡的排水及防護在整個道路工程中至關(guān)重要。

1 工程概況

該工程為西寧市一條新建市政道路，道路等級為城市次干路。紅線寬度為36 m，設(shè)計速度40 km/h，路面設(shè)計荷載BZZ-100，路床土基回彈模量不小于30 MPa。路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限為15年。道路沿線經(jīng)過山區(qū)，地形起伏較大，全線基本全部為挖方路段，起點處銜接現(xiàn)狀道路（海湖大道）處為深挖方段，挖方深度為20～30 m，道路終點處銜接現(xiàn)狀道路（小橋大街）仍為深挖方段，挖方深度約為20 m。道路起、終點段落均屬于挖方高邊坡。

根據(jù)地質(zhì)勘查報告，道路沿線地質(zhì)狀況逐層描述如下：

（4）④層強風(fēng)化泥巖（N1x）。棕紅色為主，具水平層理，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水軟化現(xiàn)象嚴重。巖芯破碎，多呈塊狀、碎塊狀。

工程終點附近挖方段土層剖面示意如圖1所示。

圖1 土層剖面圖（沿道路縱向）

2 存在問題分析

由于道路沿線地形起伏較大，基本為山地，受到道路起終點現(xiàn)狀道路的路面標(biāo)高控制，該工程沿線基本全部為挖方路段，道路邊坡基本全部為路塹邊坡。特別是起、終點路段，挖方深度較大，為深挖路塹，邊坡高度及邊坡面積較大。

道路施工后，隨著挖方深度的增加，地質(zhì)土層逐漸顯現(xiàn)，基本與地質(zhì)勘查報告中的描述一致。然而在工程終點附近約200 m長的范圍內(nèi)，隨著挖方深度的進一步加大，逐漸接近路床頂面標(biāo)高時，頂部雜填土層、黃土層已全部揭穿，邊坡出現(xiàn)礫類土與紅色泥巖分界線，礫類土較為松散，時有墜落現(xiàn)象發(fā)生。底部紅色泥巖為水平層理，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，干燥狀態(tài)下強度較高，遇水軟化明顯。沿礫類土與紅色泥巖層間有明顯的分界線，呈水平狀延伸。由于上部黃土、礫類土為透水層，滲透性較高，而下部紅色泥巖為不透水層，因此開挖后層間水沿土層分界線沿坡面不斷滲流、匯集，使道路終點處路床范圍積水，土基受到浸泡，土層軟化。邊坡滲水情況如圖2所示。

圖2 邊坡滲水實景（沿道路縱向）

根據(jù)地質(zhì)勘查報告以及施工現(xiàn)場開挖后邊坡滲水情況，該工程終點附近路塹邊坡滲水主要有以下幾個顯著特點：

（1）出水點主要沿礫類土與紅色泥巖土層分界線分布，基本呈水平帶狀分布。

（2）邊坡滲水水壓較小，沿坡面漫流，單位時間內(nèi)水量較小，滲水持續(xù)。

（3）底部為紅色泥巖，基本不透水，導(dǎo)致路基受水浸泡。

根據(jù)上述特點，可判斷水源為上層滯水或潛水，即以底部紅色泥巖為隔水層，隔水層上積聚具有自由水面的重力水，主要由雨水、雪融水等滲透補充，消耗蒸發(fā)于沿隔水層邊緣下滲。

3 工程措施

對邊坡產(chǎn)生水危害的水的來源有地表水和地下水，因此將邊坡排水設(shè)施分為地表排水設(shè)施和地下排水設(shè)施。為了保證邊坡及路基的穩(wěn)定，針對地表水，常規(guī)的工程措施主要有邊坡排水溝、截水溝等；針對地下水，常規(guī)的工程措施主要有盲溝、排水孔等。

根據(jù)該工程邊坡滲水特點，采用邊溝、排水溝等無法有效阻截或收集坡面滲流，且路面設(shè)計線受現(xiàn)狀路面高程控制，低于圖2中所示的滲水帶，普通盲溝也無法實施。由于邊坡開挖后土層邊界外露，出水點沿分界線呈帶狀分布，而排水孔法坡面排水為點狀分布，對該工程不能有效地收集、排除地下水，不能解決該工程路塹邊坡帶狀滲水的問題。

為了將路塹邊坡不斷滲出的地下水阻截、排除，以保證路基、邊坡的穩(wěn)定性，結(jié)合城市道路既有排水系統(tǒng)，該工程邊坡排水主體思路為：根據(jù)水源特點，設(shè)置鋼筋混凝土擋墻，將水流阻截在墻背，并同時在擋墻墻背頂部與底部分別設(shè)置兩道盲溝，將水流收集，利用盲管進行匯集，最終接入至既有城市地下排水管網(wǎng)系統(tǒng)。同時設(shè)置邊坡防護，防止坡面黃土受到雨水沖刷、侵蝕（見圖3）。

圖3 邊坡排水設(shè)計流程圖

3.1 擋土墻設(shè)計

為了將沿坡面滲流的地下水阻擋在路基范圍外，避免土基受水浸濕后失穩(wěn)，該次設(shè)計在工程終點附近挖方邊坡坡腳（土路肩處）沿滲水帶設(shè)置連續(xù)的擋土墻。由于西寧地區(qū)冬季寒冷，為了防止凍脹造成擋墻墻體破壞，該次擋土墻選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻背滿鋪防水毯。由于擋墻設(shè)置于坡腳處，不便于墻背大量開挖，因此擋墻結(jié)構(gòu)采用L形，即不設(shè)置墻踵。墻頂高度以坡面滲水帶高度為控制，基底埋深以路面設(shè)計高以及西寧市最大凍深（1.23 m）為控制。墻趾寬30 cm、高30 cm，墻頂寬30 cm，墻面坡率采用1∶0.2。擋墻墻身采用C30混凝土，配抗裂鋼筋、構(gòu)造鋼筋，擋墻基礎(chǔ)采用45 cm水泥穩(wěn)定砂礫，水泥含量不小于4%（重量比）。墻背采用天然砂礫回填。地基承載力要求不小于240 kPa。擋墻穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1。

表1 擋土墻穩(wěn)定性計算結(jié)果（墻高按4.5 m計算）

3.2 排水系統(tǒng)設(shè)計

由于該工程邊坡滲水沿土層分界線基本呈水平帶狀分布，單位時間滲水量小，滲水持續(xù)不斷，因此針對該特點，在擋墻墻背底部以及頂部分別設(shè)置兩道盲溝。墻背頂部盲溝沿坡面地下水滲出位置設(shè)置，盲溝由中粗砂、細礫石反濾層以及盲管組成。盲管采用100 PVC材質(zhì)，管身打孔，孔徑10 mm，水平間距15 cm，梅花形布置。頂部盲溝主要起到收集、排除沿土層分界線滲出的地下水。第二道盲溝沿擋墻墻背底部設(shè)置，由中粗砂、細礫石、粗礫石反濾層、夯實碎石墊層以及盲管組成。由于埋藏于墻背回填砂礫下，承受較大土壓力，盲管采用200混凝土管，管身打孔，孔徑10 mm，水平間距15 cm，梅花形布置。底部盲溝主要收集、排除上部盲溝未排除的滲流水以及坡面雨水。墻背回填以及盲溝實施之前，沿坡面及墻背滿鋪防水毯，防止水流沿墻背或坡面下滲，導(dǎo)致?lián)鯄A(chǔ)失穩(wěn)，如圖4所示。

由墻背兩道盲溝收集的坡面水，在道路終點處，經(jīng)道路北側(cè)同步設(shè)計市政排水管道收集后排入既有城市排水管網(wǎng)中。

圖4 擋墻及盲溝設(shè)計圖（單位：cm）

3.3 坡面防護設(shè)計

邊坡防護和邊坡排水的目的是一致的，都是為了保護坡面的穩(wěn)定，避免坡面受到雨水沖刷而遭到毀壞。如果只有邊坡排水系統(tǒng)而沒有邊坡防護，那么坡面必然受到雨水的沖刷，并且土體結(jié)構(gòu)可能受到降雨入滲而破壞（坡面比較完好、地質(zhì)條件好的完整巖質(zhì)坡面除外）。該工程地處黃土地區(qū)，且工程終點附近屬于深挖方路塹邊坡，因此結(jié)合上述排水設(shè)計，該次邊坡防護采用混凝土預(yù)制塊拱形生態(tài)邊坡防護，拱形框架內(nèi)采用植草防護。這種防護形式能夠有效防止坡面雨水沖刷，保證坡面穩(wěn)定，且形式美觀、簡潔，工藝成熟。

4 結(jié)語

（1）該工程終點附近土層分界明顯，上部為填筑土、黃土以及礫類土，透水性較好，下部為紅色泥巖，透水性較差，路塹邊坡開挖后地下水沿土層分界線呈帶狀分布。

（2）排水是保證路基穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，該工程除了常規(guī)的市政排水管線的設(shè)計，針對路塹邊坡開挖露出的地下水設(shè)計了特殊的排水系統(tǒng)，能夠有效地將水流收集、排出。

（3）結(jié)合坡面防護措施，保證坡面雨水以及地下水能夠有效排出，防止雨水沖刷，保證路基及坡面穩(wěn)定性。