城市道路路堑边坡排水与防护设计研究

张 昕，张 博

（西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068）

0 引言

路基是按照道路路线以及横断面形式修筑的带状构筑物，作为道路的基础，承受路面结构传递下来的行车荷载。因此路基的稳定性非常重要，只有保证路基坚实、稳定，才能保证上部路面结构的稳定，进而保证路面行车的安全性、舒适性。而水是影响路基稳定的重要因素之一，来源主要有地下水、降雨、冰雪融化等。一般路基边坡根据规范要求以及常规工程经验，设置边沟、截水沟等工程措施，即可解决道路边坡、路基排水问题。深挖路堑边坡由于挖方深度较深、边坡面积较大，地下水以及大气降水对路基边坡、路基路面稳定性的威胁较大，因此深挖路堑边坡的排水及防护在整个道路工程中至关重要。

1 工程概况

该工程为西宁市一条新建市政道路，道路等级为城市次干路。红线宽度为36 m，设计速度40 km/h，路面设计荷载BZZ-100，路床土基回弹模量不小于30 MPa。路面结构为沥青混凝土结构，设计使用年限为15年。道路沿线经过山区，地形起伏较大，全线基本全部为挖方路段，起点处衔接现状道路（海湖大道）处为深挖方段，挖方深度为20～30 m，道路终点处衔接现状道路（小桥大街）仍为深挖方段，挖方深度约为20 m。道路起、终点段落均属于挖方高边坡。

根据地质勘查报告，道路沿线地质状况逐层描述如下：

（4）④层强风化泥岩（N1x）。棕红色为主，具水平层理，泥质结构，层状构造，节理裂隙发育，遇水软化现象严重。岩芯破碎，多呈块状、碎块状。

工程终点附近挖方段土层剖面示意如图1所示。

图1 土层剖面图（沿道路纵向）

2 存在问题分析

由于道路沿线地形起伏较大，基本为山地，受到道路起终点现状道路的路面标高控制，该工程沿线基本全部为挖方路段，道路边坡基本全部为路堑边坡。特别是起、终点路段，挖方深度较大，为深挖路堑，边坡高度及边坡面积较大。

道路施工后，随着挖方深度的增加，地质土层逐渐显现，基本与地质勘查报告中的描述一致。然而在工程终点附近约200 m长的范围内，随着挖方深度的进一步加大，逐渐接近路床顶面标高时，顶部杂填土层、黄土层已全部揭穿，边坡出现砾类土与红色泥岩分界线，砾类土较为松散，时有坠落现象发生。底部红色泥岩为水平层理，泥质结构，干燥状态下强度较高，遇水软化明显。沿砾类土与红色泥岩层间有明显的分界线，呈水平状延伸。由于上部黄土、砾类土为透水层，渗透性较高，而下部红色泥岩为不透水层，因此开挖后层间水沿土层分界线沿坡面不断渗流、汇集，使道路终点处路床范围积水，土基受到浸泡，土层软化。边坡渗水情况如图2所示。

图2 边坡渗水实景（沿道路纵向）

根据地质勘查报告以及施工现场开挖后边坡渗水情况，该工程终点附近路堑边坡渗水主要有以下几个显著特点：

（1）出水点主要沿砾类土与红色泥岩土层分界线分布，基本呈水平带状分布。

（2）边坡渗水水压较小，沿坡面漫流，单位时间内水量较小，渗水持续。

（3）底部为红色泥岩，基本不透水，导致路基受水浸泡。

根据上述特点，可判断水源为上层滞水或潜水，即以底部红色泥岩为隔水层，隔水层上积聚具有自由水面的重力水，主要由雨水、雪融水等渗透补充，消耗蒸发于沿隔水层边缘下渗。

3 工程措施

对边坡产生水危害的水的来源有地表水和地下水，因此将边坡排水设施分为地表排水设施和地下排水设施。为了保证边坡及路基的稳定，针对地表水，常规的工程措施主要有边坡排水沟、截水沟等；针对地下水，常规的工程措施主要有盲沟、排水孔等。

根据该工程边坡渗水特点，采用边沟、排水沟等无法有效阻截或收集坡面渗流，且路面设计线受现状路面高程控制，低于图2中所示的渗水带，普通盲沟也无法实施。由于边坡开挖后土层边界外露，出水点沿分界线呈带状分布，而排水孔法坡面排水为点状分布，对该工程不能有效地收集、排除地下水，不能解决该工程路堑边坡带状渗水的问题。

为了将路堑边坡不断渗出的地下水阻截、排除，以保证路基、边坡的稳定性，结合城市道路既有排水系统，该工程边坡排水主体思路为：根据水源特点，设置钢筋混凝土挡墙，将水流阻截在墙背，并同时在挡墙墙背顶部与底部分别设置两道盲沟，将水流收集，利用盲管进行汇集，最终接入至既有城市地下排水管网系统。同时设置边坡防护，防止坡面黄土受到雨水冲刷、侵蚀（见图3）。

图3 边坡排水设计流程图

3.1 挡土墙设计

为了将沿坡面渗流的地下水阻挡在路基范围外，避免土基受水浸湿后失稳，该次设计在工程终点附近挖方边坡坡脚（土路肩处）沿渗水带设置连续的挡土墙。由于西宁地区冬季寒冷，为了防止冻胀造成挡墙墙体破坏，该次挡土墙选用钢筋混凝土结构，墙背满铺防水毯。由于挡墙设置于坡脚处，不便于墙背大量开挖，因此挡墙结构采用L形，即不设置墙踵。墙顶高度以坡面渗水带高度为控制，基底埋深以路面设计高以及西宁市最大冻深（1.23 m）为控制。墙趾宽30 cm、高30 cm，墙顶宽30 cm，墙面坡率采用1∶0.2。挡墙墙身采用C30混凝土，配抗裂钢筋、构造钢筋，挡墙基础采用45 cm水泥稳定砂砾，水泥含量不小于4%（重量比）。墙背采用天然砂砾回填。地基承载力要求不小于240 kPa。挡墙稳定性计算结果见表1。

表1 挡土墙稳定性计算结果（墙高按4.5 m计算）

3.2 排水系统设计

由于该工程边坡渗水沿土层分界线基本呈水平带状分布，单位时间渗水量小，渗水持续不断，因此针对该特点，在挡墙墙背底部以及顶部分别设置两道盲沟。墙背顶部盲沟沿坡面地下水渗出位置设置，盲沟由中粗砂、细砾石反滤层以及盲管组成。盲管采用100 PVC材质，管身打孔，孔径10 mm，水平间距15 cm，梅花形布置。顶部盲沟主要起到收集、排除沿土层分界线渗出的地下水。第二道盲沟沿挡墙墙背底部设置，由中粗砂、细砾石、粗砾石反滤层、夯实碎石垫层以及盲管组成。由于埋藏于墙背回填砂砾下，承受较大土压力，盲管采用200混凝土管，管身打孔，孔径10 mm，水平间距15 cm，梅花形布置。底部盲沟主要收集、排除上部盲沟未排除的渗流水以及坡面雨水。墙背回填以及盲沟实施之前，沿坡面及墙背满铺防水毯，防止水流沿墙背或坡面下渗，导致挡墙基础失稳，如图4所示。

由墙背两道盲沟收集的坡面水，在道路终点处，经道路北侧同步设计市政排水管道收集后排入既有城市排水管网中。

图4 挡墙及盲沟设计图（单位：cm）

3.3 坡面防护设计

边坡防护和边坡排水的目的是一致的，都是为了保护坡面的稳定，避免坡面受到雨水冲刷而遭到毁坏。如果只有边坡排水系统而没有边坡防护，那么坡面必然受到雨水的冲刷，并且土体结构可能受到降雨入渗而破坏（坡面比较完好、地质条件好的完整岩质坡面除外）。该工程地处黄土地区，且工程终点附近属于深挖方路堑边坡，因此结合上述排水设计，该次边坡防护采用混凝土预制块拱形生态边坡防护，拱形框架内采用植草防护。这种防护形式能够有效防止坡面雨水冲刷，保证坡面稳定，且形式美观、简洁，工艺成熟。

4 结语

（1）该工程终点附近土层分界明显，上部为填筑土、黄土以及砾类土，透水性较好，下部为红色泥岩，透水性较差，路堑边坡开挖后地下水沿土层分界线呈带状分布。

（2）排水是保证路基稳定的关键因素，该工程除了常规的市政排水管线的设计，针对路堑边坡开挖露出的地下水设计了特殊的排水系统，能够有效地将水流收集、排出。

（3）结合坡面防护措施，保证坡面雨水以及地下水能够有效排出，防止雨水冲刷，保证路基及坡面稳定性。