下沉式道路及其抗浮方法研究

林伟

（广州市城建规划设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着经济社会的逐步发展和城市化进程的不断提速，市政道路在变广的同时变得更加复杂，主辅路、高架、隧道、下沉式道路等快速化形式交织其中，下沉式道路作为一种城市道路改造升级中常见的道路形式，因其方便交通、阻隔噪声等独特的优点受到了设计工作人员的青睐，因此，下沉式道路常见于各个城市有地势下沉的地方，如南京市滨江大道纬九路上的菱形立交、武汉市花山生态新城的某主干道路下穿中心区域和广州市滨江东路中山大学北门附近，都采用了下沉式道路的形式。

1 下沉式道路的基本概念

下沉式道路意指道路部分或全部的交通行驶界面低于地面线下一定高度的道路形式[1]。下沉式道路将大量交通由地面转到地下，通过空间立体上的设计，能够有效减少道路的用地宽度，并能减少对现状地面周边环境的破坏，符合文明施工的设计理念。下沉式道路根据道路顶面敞开程度不同可以分为敞开式下沉式道路（图1）、半敞开式下沉式道路（图2）和封闭式下沉式道路（图3）。3种下沉式道路适用于不同的条件和区域，也对应着不同的结构特性和优缺点，王小生[1]对3种形式的下沉式道路做了详细的论述，并给出了3种下沉式道路各自对应的工程应用实例。设计者需根据实际需求和现场情况确认设置下沉式道路的必要性和论证下沉式道路方案的可行性。

图1 敞开式下沉式道路

图2 半敞开式下沉式道路

图3 全封闭式下沉式道路

2 下沉式道路的优缺点

2.1 优点

（1）保证各类交通各行其道，互不干扰。下沉式道路可以将快行系统和慢行系统进行高差上的分离，这样不仅保证了各类交通的有序运行，也大大增加了各自交通的安全运行性能。

（2）隔断地下水和路面结构，保护道路不受地下水的破坏。对于某些地下水位高、水量丰富且土层透水性好的地区，相对于双侧采用挡土墙的方案，下沉式道路的底板设计能有效防止地下水大量涌入破坏路面结构，影响行车舒适度和安全，符合结构的耐久性、安全性设计相关要求。

（3）降低噪声，控制城市噪声污染问题。城市交通繁杂，机动车辆多，由此带来的噪声污染不容忽视。下沉式道路两侧的侧墙起到了桥梁上隔音屏的作用，它能够有效地控制和降低机动车行驶过程中带来的噪声污染问题。

（4）生态美观，缓解城市热岛效应。下沉式道路两侧的侧墙空间大，为空间立体上的景观设计提供了便利条件。侧墙上的绿化景观设计在营造良好的行车视觉环境的同时也在一定程度上避免了阳光直射路面，缓解了城市化带来的热岛效应，创造了更加舒适的居住条件。如武汉市花山生态新城的某主干道路下穿中心区域，就采用布置有生态排水沟，生态挡墙等景观措施的下沉式道路，以满足区域生态需求。

（5）分离交叉口道路的车流，减少红绿灯数量，降低市民出行时间成本。在交叉口处设置下沉式道路，因其以空间上的道路交错替代了平面上的道路交错，故可以减少不必要的红绿灯设置，缓解了早晚高峰期间的交通拥堵问题，减少了市民不必要的交通出行时间。如南京扬子江大道在与天保街、吴侯街、保双街、平良大街及龙王大街相交之处，设计者选择将扬子江大道下沉某一高度，从而实现空间上分离相交道路的车流，以达到主路车辆跨速通行不受干扰的目的。

2.2 缺点

（1）为满足抗浮要求，需增设抗浮措施，增加工程造价和施工工期。首先，下沉式道路低于交通下行驶界面，这就增加了道路建设过程中的开挖、支护、监测及延长工期带来的相关费用，其次，在某些地下水位高、水量丰富的地区，为满足下沉式道路的抗浮设计要求，往往需要增设抗浮措施，如增设重层、制作底板等。故就控制成本和工期方面来而言，下沉式道路逊色于常规的地面道路工程。

（2）排水成本高，应对自然灾害问题压力大。下沉式道路相较于道路沿线周边处于相对低洼的位置，因此雨水流量和汇水面积相对较大，而道路积水不仅对市民的交通出行带来极大的不便，还会对道路结构本身造成一定的损害[2]，所以排水防涝成为下沉式道路设计中不可忽视的问题[3-4]。目前的设计中，一般采用先在路段最低处集水再通过水泵将快速汇集的雨水抽出的方法，此方法需要保证设计参数选择准确，且在特大暴雨或泵房存在运行问题的时候，以此种方法设计的下沉式道路将面临严峻的排水考验。

3 下沉式道路抗浮设计分析

因下沉式道路设计标高往往低于地面线，对于一些地下水位高且水量丰富的地区而言，地下水产生的浮力较大，为保护道路结构不受地下水的破坏，设计时需对下沉式道路进行必要的抗浮设计。下面对压重层设计、抗浮趾板设计和抗拔桩设计这三种抗浮处理措施进行简单的对比分析。

3.1 压重层抗浮设计

压重层设计即在底板和沥青面层之间设置一定厚度的C20混凝土，利用其自重抵抗地下水产生的浮力以满足抗浮设计要求。此方法操作简单，相较于抗浮趾板而言不需要额外增加开挖宽度，只需控制好道路最终的完成面标高即可，但压重层需要增加不少的混凝土量。因此压重层抗浮设计适用于不方便大面积开挖的情况。

3.2 抗浮趾板抗浮设计

抗浮趾板设计即参照挡土墙的墙趾板在底板的单侧或双侧外伸一定的长度以达到抗浮的要求。此种方法相较于增加压重层较为麻烦，外伸的抗浮趾板不仅要增加额外的开挖宽度，还需要和底板一起加钢筋进行浇筑，故抗浮趾板抗浮设计仅适用于具备大面积开挖条件的情况。

3.3 抗拔桩抗浮设计

抗拔桩与常见的基础桩最大区别在于桩体承受的是拉力。下沉式道路中设置抗拔桩用以抵抗地下水产生的浮力，受力自桩顶向桩底传递，受力的大小随地下水位的改变而改变。抗拔桩抗浮效果好，且不需要增加额外的用地宽度，适用范围广。但此种方法造价相对高于前两种，故下沉式道路设计时可优先考虑前两种方法。当前两种抗浮设计方法不能满足抗浮设计要求时，再考虑抗拔桩抗浮设计。

4 下沉式道路抗浮设计实际应用分析

某城市道路等级为城市次干路，双向4车道，设计速度40km/h，该项目所在土层为素填土，透水性强。且紧邻江边、地下水位高、水量丰富。为防止地下水涌入道路低洼处破坏道路结构，在路面标高较低路段采用有防水效果的U型槽方案；路面标高抬高后，采用双侧挡土墙方案。全线为敞开段，左匝道长约57m，其中下沉道路段约为40m；右匝道长约50m，其中下沉道路段约为35m（图4）。

图4 下沉式道路结构横断面

（1）为使下沉式道路能满足抗浮设计要求，设计采取了先在下沉式道路结构底板上增设40～55.2cm厚C20素混凝土调坡压重层，再铺设沥青混凝土的铺设方案；此外，因施工现场具备开挖条件，设计还在结构底板左侧外挑1m作为下沉道路的抗浮趾板。经过计算，下沉式道路的抗浮满足规范要求。故对于实际项目而言，设计者可根据计算选取一种或多种方法以达到抗浮设计要求。

（2）某隧道按双向6车道标准设计，道路等级为城市主干道，设计速度为60km/h。采用闭合框及下沉式U型槽结构，总长490m，暗埋段长119m，两端敞口段共长371m，属短隧道，隧道单孔建筑限界净宽为13m，横断面组成为：0.15m（装修预留宽度）+0.75m（检修道）+0.5m（左侧向宽度）+3×3.5m（车行道）+0.75m（右侧向宽度），建筑限界净高为5m，检测到高度为0.25m（图5）。

图5 标准横断面

对于隧道敞开段，结构自重与最大浮力比小于1.05h，结构抗浮设计不满足要求。为使结构满足抗浮设计要求，需采取抗浮措施。设计考虑采用抗拔桩设计，根据抗浮计算结果，隧道采用直径为1.2m的钻孔灌注桩作为抗拔桩，纵向拟每隔5m设置抗拔桩，每排3根，桩长暂取8～18m。

5 结语

下沉式道路是照明、通风、消防、绿化、配电等集合而成的一个综合体，它在具备方便交通、阻隔噪声、生态美观等优点的同时，也存在排水困难，造价相对较高等缺点，是否设置下沉式道路，设置何种形式的下沉式道路需要设计者根据实际情况确定。但无论哪种形式，都应对结构进行抗浮设计验算，本文对几种常见的抗浮设计方法进行了对比分析，并通过实际工程案例进行了简单的论证，得出结论如下：对于不具备大面积开挖条件的下沉式道路，可优先考虑压重层进行设计验算；对于具备大面积开挖条件的下沉式道路，压重层设计和抗浮趾板设计均可采用；对于地下水浮力大，采用压重层设计和抗浮趾板设计已经不能够在满足经济效益的情况下达到抗浮设计要求时，可考虑抗拔桩抗浮设计或多种抗浮方式相结合的方法进行设计计算，以使结构达到抗浮设计要求。