复杂地质条件下的城市道路断面设计

毛传义

（上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092）

1 工程背景

昆明市320国道（眠山—车家壁）段改扩建工程由人民西路眠山口至安石路立交桥处，全长为6.98 km，是320国道的一部分，是昆明市确定的九大出口之一，是通往马街镇工业区及西山旅游风景区的主干道。途经马街镇、昆明市电缆厂、昆明市水泥厂、昆明市发电厂，道路红线宽48 m，控制线宽58 m。

320国道现状道路为20世纪70年代修建，道路宽20～30 m，路面宽10～30 m，为公路式道路，道路基层为手摆块石，面层为沥青浅贯层，后经多次修补，平整度较差，路基损坏较严重，多处积水，有效断面不够，阻车严重；道路两侧边沟不完善，涵洞断面较小，每年均成为防洪重点地段；电力、电信、有线电视网纵横交叉，绿化行道树老化枯死，使得该段道路成为昆明市西部出口的一个瓶颈。

2 工程概况

320国道工程西临西山，整个地形西高东低，两侧居民住宅密集，且根据昆明市规划局的规划，西侧山体为保护林区，因此线型方案基本上采用原老路中心线向东偏的方案。这就造成线路东侧的多个路段，如眠山口段、电厂对面鱼塘段、电厂及水泥厂生活区等路段东侧都出现了大填方。其中，在电厂对面的鱼塘段，填方路堤高差最高处超过9.5 m。

在施工图设计阶段，由于该路段的地质勘探（详勘阶段）的深度不能满足修建挡土墙等结构物的要求，经过各方面比较，最终选择了边坡放坡设计的方案。该设计方案投资较小，施工也简单，而且风险性小；但其缺点同样明显，工程占地较大，在高差最高处放坡坡脚线超出道路设计红线15 m，这对于一条城市老路改建来说实施难度很大。因此，在施工图设计阶段也建议建设方在该路段进行地质补勘工作，在详勘报告出来后再进行方案论证。

在工程施工阶段，由于该工程的征地工作是由当地部门根据初步设计的图纸完成的，所以其征地范围为设计控制线58 m，而从现场工作开展来看，进行二次拆迁存在很大困难；而且该路段为鱼塘区，为该地区村民利用电厂冷却水养殖罗非鱼场所，征地赔偿金额非常高（1 hm21800万元左右），因此采用放坡的方案可行性较差，必须在原有方案的基础上进行重新考虑。

3 方案考虑

根据补勘资料，在该段地区有软弱下卧层（淤泥层，含水量丰富，承载力仅6～8 kPa）存在。由于该段道路正好处于山体坡脚处，如果采用放坡的方案，经过验算，存在通过软弱下卧层的滑裂面（见图1所示），必须对现场条件进行详细的分析，对原设计方案进行调整。

由于软弱下卧层的存在，在设计方案的选择上形成了很大的障碍。根据工程地质资料及其它工程资料，首先必须对软弱下卧层进行处理。按照通常的做法，可以采用碎石桩或粉喷桩进行处理，但是从相近地质情况的其他工程，如高海公路、广福路的实施效果来看，以上两种处理方法并不明显，单桩承载力远低于预计设计承载力。而且碎石桩抗剪能力比较差，对抵抗滑移的效果不大，因此以上两种深层地基处理方法在该工程并不适用。经过多方比较，采用水泥深层搅拌桩对地基进行处理。

对水泥搅拌桩处理场地内，首先应挖除根茎土、建筑垃圾等杂填土，对浜塘路段及场地低洼处地表泥泞，机械安装就位困难的，应抽水清淤，分层回填碾压密实的适当厚度的粘性土料做为施工面（以路堑段开挖的褐黄色沙质粘性土或混合岩全风化土为宜）。搅拌桩停浆面为地面清表线（场地平整面），搅拌桩施工结束后，应挖除桩顶浮土，回填30 cm砂砾材料，碾压密实后作为路基垫层。砂砾材料组成可按表1执行。

表1 砂砾材料配比表

待水泥搅拌桩强度形成后，方可进行边坡和结构施工。

对于边坡防护，经过考虑，初步确定有三种设计方案：

（1）先按1∶1.5坡度放坡，在道路控制线58 m处设一道挡土墙。挡土墙形式另行比较选取（见图2）。

该方案的特点是在5 m的绿化大范围内按1∶1.5坡度放坡约3.0 m，然后在道路控制线上设置一道挡土墙。挡土墙可采用重力式、衡重式或悬臂式。挡土墙高约4～7 m。

（2）采用“半山桥”的形式，在东侧大填方侧采用楼板式+挡土墙的形式（见图3）。

该方案采用楼板式+挡土墙的形式，在非机动车道、人行道和绿化带范围内采用楼板式结构，机动车道边缘采用放坡的形式，放坡至控制线时采用挡土墙的形式予以支撑。由于处于景观的需要，工程要求在该段范围内仍然保持绿化带的延续性，即在该段道路范围内横断面布置时仍要考虑绿化带。

（3）采用复式断面，将高填方段分为几段分别设挡土墙（见图4）。

该方案采用“复式断面”，将原先最多9.6 m的高差在三部分挡土墙上分配实现。挡土墙采用重力式挡土墙。挡土墙最高不超过5 m。

4 方案分析

4.1 方案一

从功能及占地上来看，首先考虑的是在路宽58 m控制线上设一道挡土墙。由于事先进行了放坡，因此，对挡土墙来说高度降低，其承受的土压力也得到部分缓解。

从实际情况来看，该方案的实施有较大的困难。由于挡土墙最高仍然高达7 m多，而经过深层搅拌桩处理后的地基承载力仅为120 kPa（12 t），因此对地基承载力要求极高的衡重式挡土墙（适用基础最好为岩质地基，承载力在300 kPa以上）就不再适用。对于重力式挡土墙来说，虽然其对地基承载力的要求没有衡重式挡土墙高，通过计算，7 m高的挡土墙其承载力要求也在170 kPa（17 t）以上，而且由于挡土墙仍然比较高，所需要的断面尺寸，其采用的坞工量非常大，经济性也较差。而对于悬臂式挡土墙来说，由于采用了“相对轻盈”的钢筋混凝土结构，结构尺寸相对于重力式挡土墙来说有所需减少。但由于悬臂式挡土墙采用了相对高昂的材料，只适用于较低的挡土墙。虽然它通过扩大基础尺寸能减小对地基承载力的要求，但7 m多高的悬臂式挡土墙背部所承受的土压力非常大。由于在挡土墙基础顶部墙身截面、前趾根部截面处所受弯矩同悬臂式挡土墙高度成几何比例增长，其弯矩非常大，导致钢筋用量比较多，工程造价比较高。据初步估计，采用此方案200 m道路范围内总投资约750～800万元（包括地基处理费用210万元）。

4.2 方案二

对于“半山桥”方案，其采用整体式结构。由于该方案只是在非机动车道、人行道和绿化带范围内采用楼板式结构，因此其荷载并不是很大。其工艺是将楼板式基础整体浇筑于深层搅拌桩的垫层之上，然后通过墩柱支撑上部的楼板结构。人行道荷载按照桥梁荷载3.5 kN/m2计算；对于绿化带来说，按照种植高大树冠、浅根系的乔木所需要的最小厚度0.8 m计算。如果楼板离地面过高，可在墩柱之间加横向隔梁以增加整体性。

半山桥的形式在山区公路中应用也比较广，而且所计算的荷载不大，因此该方案显得结构轻盈；从图2中也可以看出其填土高度同方案一相比较小，因此造价也比悬臂式挡土墙略低（总投资约550万元）；如果在横断面布置时能够不考虑绿化带，其造价还可以进一步降低。但该方案也有比较明显的缺点。对施工来说，整体式混凝土基础的施工必须开挖原地面，可能会影响右侧老路的整体稳定，因此必须对其进行支挡防护。同时，由于楼板式结构柱间距较小，碾压机械无法进入施工，只能采用人工压实，对回填土的压实带来较大困难。对使用来说，该工程地处城乡结合处，交通管理不便，可能会出现机动车进入半山桥的情况，这对计算荷载较小的楼板式基础来说是相当危险的。而且，由于楼板式结构的存在，对于工程以后的改建有较大的难度，这个问题对于加筋土挡土墙来说同样存在。因此，综合各方面的因素，在该路段并没有采用半山桥的形式。

4.3 方案三

在通常情况下，除了立交等特定形式外，分离式断面在城市道路中并不常用。特别是在路段上，由于复式断面所造成的视觉效果较差，通常不会采用分离式断面。

在320国道鱼塘路段，有着自身的工程特性。首先，320国道本身就处于城市郊区西山坡脚，地势西高东低，采用西高东低的复式断面正好适应了地势本身的特点；其次，采用复式断面能有效地解决由于填土高、范围小所带来的问题。该方案能在很大程度上减少高填方带来的巨大的土压力的影响，减少为了抗衡这些土压力所必须的结构，大大提高了经济性，减少了风险。还有一个原因，由于该路段处于整条道路相应的高点，设计标高比昆明市区标高高出约10 m，采用复式高低断面甚至有可能使双向行驶的车辆的视野提高，在静观方面带来意想不到的收获。种种理由显示，该路段采用分离式断面是合适的。

从补勘的勘探资料上来看，该路段有软弱下卧层（淤泥层，承载力仅6～8 kPa）存在，在高填土的作用下确实有滑体（滑坡的边界穿过软弱下卧层）存在。因此，采用以“减负”为出发点的复式断面能防止潜在的滑坡，提高安全性，这也在另外一个方面肯定了复式高低断面的方案。

5 分离式断面设计

具体设计时，考虑到西侧半幅路的雨、污水管道已经先行敷设完毕，而且由于道路西侧紧贴西侧山体上的铁路路基（铁轨标高超过原有道路标高约2 m，铁路同老路之间有一道围墙），因此设计时保持西侧半幅道路标高同原有道路标高基本不变。东侧机动车道、非机动车道和人行道利用该路段两侧的变坡点同西侧半幅道路分离，设置不同的变坡点和竖曲线，使其不处于同一平面。如图5所示，其高差最大处可分别达到3.6 m和2.0 m。

在西侧道路和东侧非机动车道之间，以及东侧非机动车道和人行道之间设置浆砌片石重力式挡土墙（挡土墙内预埋钢筋），在挡土墙顶部设置防撞设施，其他地方采用攀悬植物进行竖向绿化。在断面分离处，为了防止机动车进入非机动车道产生额外荷载，在非机动车道入口处设置红白相间的警示杆。

6 结语

320国道鱼塘段地形比较复杂，工程地质情况比较差，同时征地工作进行也比较困难，采用分离式高低断面结合水泥搅拌桩的设计方案既能够解决由于征地困难带来的用地不足的问题，同时工程本身采用结构比较简单，风险性小；投资节约，经济性好；施工难度较小，工期短。这些因素，都为320国道最终的顺利完工奠定了基础。从这些方面来说，采用分离式高低断面结合水泥搅拌桩的设计方案是完全合适的。

从现场实施的效果来看，深层水泥搅拌桩的单桩承载力达到了预期的设计承载力要求，而复式断面的采用也给320国道（后改名为春雨路）带来了意想不到的特色景观，使其与滇池路一起成为昆明市最漂亮的两条景观大道，见图6所示。