陈永刚
(上海城建市政工程(集团) 有限公司,上海 200065)
安徽黄山经济开发区地处黄山市中心城区(屯溪区)和休宁县、 徽州区等区县构成的黄山市南部城镇群中心位置,该区域主要承担科技研发、行政办公、商业金融、居住及旅游休闲、文化体育等功能。随着经济开发区的建设发展,市政道路及配套工程也在积极推进中。经济开发区地形地貌以中、低山地和丘陵为主,城镇主要位于山区,该区域内地形起伏较大。区域降水集中在5~8 月,年平均降水量1600mm,最高达2700mm 以上。
百川路位于安徽省黄山市经济开发区内, 是黄山经济开发区2017 年新建道路项目中的一条主干路,道路总长946.98m,红线宽度40m。 路段微地貌为剥蚀残丘及山间洼地,沿线穿越5 个河塘,附近无大的山脉。 据勘察资料显示, 本工程路基岩土层自上而下主要为素填土、淤泥、粉土、细砂、混砾粉土、强风化泥岩及中风化泥岩,道路建设地质状况良好。
根据测量资料,场地内最高点高程170.03m,最低点高程147.91m,最大高差22.1m,场地内地形起伏较大,因此道路路基边坡设计是本工程的重难点之一。 边坡设计需要对边坡高度进行有效控制; 对路基边坡排水系统进行合理布局;对临水边坡的渗透作用进行有效处理,以保证路基边坡的稳定性和安全性。
路基边坡是在道路纵断面的基础上进行设计, 本工程中纵断面设计标高的主要控制因素包含相交道路的现状标高、设计标高以及周围地块的规划标高,同时需要满足管线及涵洞上覆土的深度要求。综合以上因素,通过纵断面的优化设计,尽可能降低沿线边坡高度。
经设计优化,百川路的纵坡在1.4%~3.0%,填方边坡最大高度为4.88m,挖方边坡最大高度为13.01m。 设计道路主要位于强风化泥岩和中风化泥岩土层, 岩土性质良好。 根据地质勘察资料,同时结合当地的工程建设情况,填方边坡坡度设为1∶1.5,挖方边坡坡度设为1∶1,填挖方边坡均以8m 分级。
本工程中绝大多数路段为填方边坡, 高度均在8m以内, 设为一级边坡。 局部存在挖方边坡, 主要分布在K0+020~K0+080 左侧路基、K0+540~K0+660 右侧路基、K0+800~K0+820 左侧路基、K0+860~K0+920 左侧路基,其中K0+600~K0+620 右侧边坡高度超过8m, 设为两级挖方边坡,其余挖方路段均为一级边坡。
填方边坡和挖方边坡均采用铺设草皮护坡, 草皮切成30×30cm,厚2~3cm,密铺,铺面时采用小木桩钉牢,铺好后压实,浇水养护,保证草皮的成活率,从而提高路基边坡稳定性。
水是道路建设运营的不利因素之一, 水一般会加剧路基路面的损坏, 缩短道路的使用寿命。 沥青路面的龟裂、松散以及路基的翻浆、沉陷等问题,在不同程度上均与水的侵蚀有关。
根据勘察资料,本工程所处区域地下水位相对较低,对道路路基影响很小,可以忽略不计。然而本工程所处区域内降水较多, 因此地面水的排水设计是本工程的重点之一,是保证道路使用性能和寿命最重要的因素。
百川路道路等级为城市主干路,远期规划中,百川路两侧地块将开发建设为商业区和居民区,规划配套管道、雨水口、连接管等排水设施,为避免日后二次施工,本次道路建设中对管道、雨水口等同步进行实施。 但是,目前百川路两侧均属农田、林地以及荒地,而且在未来数年内未列入开发计划之内; 为减少边坡水流对排水管道的影响以及保证路基边坡的稳定性,结合道路所处地形,对百川路路基边坡进行排水设计, 将坡面水引排至路界之外的天然水系中。
规划百川路两侧地块存在较为丰富的现状天然水系,由于填方边坡高度相对较小,填方路段坡面水可以进行散排,直接排至天然水系之中;为避免路堤边坡坡脚被水侵蚀, 在路堤边坡坡脚处设置厚度为0.3m M7.5 浆砌片石护坡,高度为1.0m,其中0.5m 埋筑在地面线以下,如
图1 填方边坡排水设计示意图
本工程挖方路段边坡排水系统主要包括边沟、 截水沟、平台排水沟、跌水、急流槽等,为了不影响道路管道排水系统,且鉴于远期地块开发,边坡很可能被整平,路基边坡水均排至道路路界之外的天然水系之中, 不引入道路管道排水系统。
(1)边沟
挖方边沟设置在挖方边坡坡脚处, 走向和纵断面与道路保持一致, 并在填挖交界处通过急流槽将边沟内的水排至天然水系。本工程中边沟断面尺寸为60cm×60cm,采用30cm 厚M7.5 浆砌片石以及10cm 厚C25 砼压顶。为防止边坡碎落物撒落在边沟之内,边沟外设置0.7m 宽的碎落台,2.0%的坡度坡向边沟,如图2 所示。
(2)截水沟
图2 边沟尺寸及砌筑结构(单位:cm)
截水沟设置于挖方坡顶5m 以外, 主要用于排除挖方上侧山坡积水,在截水沟前设置挡水埝,防止山顶及截水沟内的积水排至边坡,减少水流对边坡的冲刷。本工程中截水沟断面尺寸为60cm×60cm, 采用10cm 厚碎石垫层、30cm 厚M7.5 浆砌片石以及10cm 厚C25 砼压顶,如
图3 截水沟尺寸及砌筑结构(单位:cm)
(3)平台排水沟
平台排水沟设置在两级边坡交界的平台上, 用于收集从上一级边坡汇集的水并排除, 减少水流对下一级边坡的冲刷。 本工程中平台(包括排水沟)宽度2.0m,2.0%的坡度坡向排水沟,排水沟采用梯形断面,上底宽60cm,下底宽30cm,高30cm,砌筑材料和截水沟一致,如图4所示。
图4 平台排水沟尺寸及砌筑结构(单位:cm)
截水沟与平台排水沟的纵坡可以随着坡面地形而变化,但不应小于0.3%且不大于3.0%,以保证沟内水流畅通,不产生水流淤积同时避免水流对沟底的冲刷;在平、纵转角处,截水沟与排水沟以曲线进行连接,减少水流对排水结构的侵蚀。
(4)跌水
跌水和急流槽设置在挖方陡坡上,用于将边沟、截水沟和平台排水沟的水流引至天然水系。 本工程跌水分级修筑,每级长度2.50m,高度0.5m,2.0%的坡向坡脚。跌水断面尺寸与砌筑材料与截水沟一致,如图5 所示。
图5 跌水剖面示意图
(5)急流槽
急流槽构造分为进水槽、主槽和出水槽,其中主槽包括消力池。急流槽断面尺寸和砌筑材料与截水沟一致。主槽中消力池长1.4m,宽0.9m,高0.6m,采用10cm 碎石垫层和M7.5 浆砌片石进行砌筑,如图6 和图7 所示。
图6 消力池剖面图(单位:cm)
图7 消力池平面图(单位:cm)
由于急流槽所在纵坡较陡, 急流槽底部应做成糙面以便对水流进行消力,并在急流槽槽底每隔2.5m 设置一道耳墙,耳墙深入地面0.4m,如图8 和图9 所示。
图8 急流槽剖面示意图(单位:cm)
图9 急流槽平面示意图
(6)挖方边坡排水系统设计
根据黄山当地工程建设经验, 当挖方边坡不高于5.0m 时,坡面水量较小,均可以通过边沟收集排除。 本工程K0+020~K0+080 左侧路基、K0+540~K0+580 右侧路基、K0+640~K0+660 右侧路基、K0+800~K0+820 左侧路基、K0+860~K0+920 左侧路基挖方边坡高度均在5.0m 以内,为一级边坡,均设置边沟,不设置截水沟和平台排水沟。
本工程K0+580~K0+640 右侧挖方边坡高度在5.0m以上, 其中K0+600~K0+620 右侧挖方边坡高度在8.0m以上。 因此,在K0+600~K0+620 右侧路基设为两级边坡,设置截水沟和平台排水沟;K0+580~K0+600 右侧路基和K0+620~K0+640 均设为一级边坡,设置截水沟。
根据地形标高,在K0+620 处,截水沟和平台排水沟的高程均达到最大, 因此截水沟排水方向从K0+620 分别至K0+580 和K0+640 两个方向,通过设置跌水分别将水流排至K0+540 和K0+660 两处填挖交界处并进一步排至天然水系;平台排水沟的排水方向从K0+620 至K0+600,通过跌水将水排至K00+540 处填挖交界处。 分别在K0+540 和K0+660 填挖交界处通过急流槽将边沟、 截水沟和平台排水沟处的水流引至天然水系中,具体如图10所示。
图10 挖方边坡排水系统设计
百川路沿线穿越5 个河塘, 其中有2 个河塘全部换填,另外3 个河塘仅部分侵占路基,需要进行临水边坡设计,以保证路基边坡稳定性。 临水边坡设计之前,需要对河塘进行换填处理。
在填方路段,边坡坡度为1∶1.5,采用M7.5 浆砌片石护坡,1∶2 水泥砂浆勾缝,片石抗压强度不低于30MPa,错缝砌筑, 如图11 所示。 浆砌片石边坡防护每隔10~15m设伸缩缝一道,缝宽约2cm,以沥青木板填缝。 在基底土质有变化处设沉降缝,伸缩缝与沉降缝合并设置。
图11 填方路段临水边坡示意图
在挖方路段, 边坡外侧设置一道梯形围堤, 堤顶宽1m,两侧边坡坡度均为1∶1.5,临水边坡砌筑与填方路段一致,临道路一侧边坡用粘土包边处理,如图12 所示。
图12 挖方路段临水边坡示意图(单位:cm)
路基边坡设计是山区道路设计重要内容之一, 综合考虑周边地块的现状情况、 近远期规划以及场地的地质条件,对边坡进行分段设计。 一般情况下,通过对纵断面的优化设计,尽量降低路基边坡的高度;并结合地质情况和当地工程经验,合理确定边坡坡度和边坡分级。
在边坡设计中,边坡的排水设计尤为重要,设计中需要对边坡排水系统做统筹布局,充分利用现有地形特点,既要满足边坡快速排水的要求, 又要充分考虑工程的经济合理性。
在临水边坡设计中,需要结合填挖路段的具体情况,合理设计边坡结构,减少渗水对边坡的影响,保证临水边坡的稳定性。
本文对黄山百川路边坡设计作了详细的阐述和分析,山区边坡设计的要点是统筹考虑、分段设计,而且要充分考虑水对边坡的影响。 本文对边坡设计的论述对类似项目有一定的参考意义。