復(fù)雜地質(zhì)條件下的城市道路斷面設(shè)計(jì)

毛傳義

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海200092）

1 工程背景

昆明市320國道（眠山—車家壁）段改擴(kuò)建工程由人民西路眠山口至安石路立交橋處，全長為6.98 km，是320國道的一部分，是昆明市確定的九大出口之一，是通往馬街鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)及西山旅游風(fēng)景區(qū)的主干道。途經(jīng)馬街鎮(zhèn)、昆明市電纜廠、昆明市水泥廠、昆明市發(fā)電廠，道路紅線寬48 m，控制線寬58 m。

320國道現(xiàn)狀道路為20世紀(jì)70年代修建，道路寬20～30 m，路面寬10～30 m，為公路式道路，道路基層為手?jǐn)[塊石，面層為瀝青淺貫層，后經(jīng)多次修補(bǔ)，平整度較差，路基損壞較嚴(yán)重，多處積水，有效斷面不夠，阻車嚴(yán)重；道路兩側(cè)邊溝不完善，涵洞斷面較小，每年均成為防洪重點(diǎn)地段；電力、電信、有線電視網(wǎng)縱橫交叉，綠化行道樹老化枯死，使得該段道路成為昆明市西部出口的一個(gè)瓶頸。

2 工程概況

320國道工程西臨西山，整個(gè)地形西高東低，兩側(cè)居民住宅密集，且根據(jù)昆明市規(guī)劃局的規(guī)劃，西側(cè)山體為保護(hù)林區(qū)，因此線型方案基本上采用原老路中心線向東偏的方案。這就造成線路東側(cè)的多個(gè)路段，如眠山口段、電廠對(duì)面魚塘段、電廠及水泥廠生活區(qū)等路段東側(cè)都出現(xiàn)了大填方。其中，在電廠對(duì)面的魚塘段，填方路堤高差最高處超過9.5 m。

在施工圖設(shè)計(jì)階段，由于該路段的地質(zhì)勘探（詳勘階段）的深度不能滿足修建擋土墻等結(jié)構(gòu)物的要求，經(jīng)過各方面比較，最終選擇了邊坡放坡設(shè)計(jì)的方案。該設(shè)計(jì)方案投資較小，施工也簡(jiǎn)單，而且風(fēng)險(xiǎn)性??；但其缺點(diǎn)同樣明顯，工程占地較大，在高差最高處放坡坡腳線超出道路設(shè)計(jì)紅線15 m，這對(duì)于一條城市老路改建來說實(shí)施難度很大。因此，在施工圖設(shè)計(jì)階段也建議建設(shè)方在該路段進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘工作，在詳勘報(bào)告出來后再進(jìn)行方案論證。

在工程施工階段，由于該工程的征地工作是由當(dāng)?shù)夭块T根據(jù)初步設(shè)計(jì)的圖紙完成的，所以其征地范圍為設(shè)計(jì)控制線58 m，而從現(xiàn)場(chǎng)工作開展來看，進(jìn)行二次拆遷存在很大困難；而且該路段為魚塘區(qū)，為該地區(qū)村民利用電廠冷卻水養(yǎng)殖羅非魚場(chǎng)所，征地賠償金額非常高（1 hm21800萬元左右），因此采用放坡的方案可行性較差，必須在原有方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新考慮。

3 方案考慮

根據(jù)補(bǔ)勘資料，在該段地區(qū)有軟弱下臥層（淤泥層，含水量豐富，承載力僅6～8 kPa）存在。由于該段道路正好處于山體坡腳處，如果采用放坡的方案，經(jīng)過驗(yàn)算，存在通過軟弱下臥層的滑裂面（見圖1所示），必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整。

由于軟弱下臥層的存在，在設(shè)計(jì)方案的選擇上形成了很大的障礙。根據(jù)工程地質(zhì)資料及其它工程資料，首先必須對(duì)軟弱下臥層進(jìn)行處理。按照通常的做法，可以采用碎石樁或粉噴樁進(jìn)行處理，但是從相近地質(zhì)情況的其他工程，如高海公路、廣福路的實(shí)施效果來看，以上兩種處理方法并不明顯，單樁承載力遠(yuǎn)低于預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)承載力。而且碎石樁抗剪能力比較差，對(duì)抵抗滑移的效果不大，因此以上兩種深層地基處理方法在該工程并不適用。經(jīng)過多方比較，采用水泥深層攪拌樁對(duì)地基進(jìn)行處理。

對(duì)水泥攪拌樁處理場(chǎng)地內(nèi)，首先應(yīng)挖除根莖土、建筑垃圾等雜填土，對(duì)浜塘路段及場(chǎng)地低洼處地表泥濘，機(jī)械安裝就位困難的，應(yīng)抽水清淤，分層回填碾壓密實(shí)的適當(dāng)厚度的粘性土料做為施工面（以路塹段開挖的褐黃色沙質(zhì)粘性土或混合巖全風(fēng)化土為宜）。攪拌樁停漿面為地面清表線（場(chǎng)地平整面），攪拌樁施工結(jié)束后，應(yīng)挖除樁頂浮土，回填30 cm砂礫材料，碾壓密實(shí)后作為路基墊層。砂礫材料組成可按表1執(zhí)行。

表1 砂礫材料配比表

待水泥攪拌樁強(qiáng)度形成后，方可進(jìn)行邊坡和結(jié)構(gòu)施工。

對(duì)于邊坡防護(hù)，經(jīng)過考慮，初步確定有三種設(shè)計(jì)方案：

（1）先按1∶1.5坡度放坡，在道路控制線58 m處設(shè)一道擋土墻。擋土墻形式另行比較選取（見圖2）。

該方案的特點(diǎn)是在5 m的綠化大范圍內(nèi)按1∶1.5坡度放坡約3.0 m，然后在道路控制線上設(shè)置一道擋土墻。擋土墻可采用重力式、衡重式或懸臂式。擋土墻高約4～7 m。

（2）采用“半山橋”的形式，在東側(cè)大填方側(cè)采用樓板式+擋土墻的形式（見圖3）。

該方案采用樓板式+擋土墻的形式，在非機(jī)動(dòng)車道、人行道和綠化帶范圍內(nèi)采用樓板式結(jié)構(gòu)，機(jī)動(dòng)車道邊緣采用放坡的形式，放坡至控制線時(shí)采用擋土墻的形式予以支撐。由于處于景觀的需要，工程要求在該段范圍內(nèi)仍然保持綠化帶的延續(xù)性，即在該段道路范圍內(nèi)橫斷面布置時(shí)仍要考慮綠化帶。

（3）采用復(fù)式斷面，將高填方段分為幾段分別設(shè)擋土墻（見圖4）。

該方案采用“復(fù)式斷面”，將原先最多9.6 m的高差在三部分擋土墻上分配實(shí)現(xiàn)。擋土墻采用重力式擋土墻。擋土墻最高不超過5 m。

4 方案分析

4.1 方案一

從功能及占地上來看，首先考慮的是在路寬58 m控制線上設(shè)一道擋土墻。由于事先進(jìn)行了放坡，因此，對(duì)擋土墻來說高度降低，其承受的土壓力也得到部分緩解。

從實(shí)際情況來看，該方案的實(shí)施有較大的困難。由于擋土墻最高仍然高達(dá)7 m多，而經(jīng)過深層攪拌樁處理后的地基承載力僅為120 kPa（12 t），因此對(duì)地基承載力要求極高的衡重式擋土墻（適用基礎(chǔ)最好為巖質(zhì)地基，承載力在300 kPa以上）就不再適用。對(duì)于重力式擋土墻來說，雖然其對(duì)地基承載力的要求沒有衡重式擋土墻高，通過計(jì)算，7 m高的擋土墻其承載力要求也在170 kPa（17 t）以上，而且由于擋土墻仍然比較高，所需要的斷面尺寸，其采用的塢工量非常大，經(jīng)濟(jì)性也較差。而對(duì)于懸臂式擋土墻來說，由于采用了“相對(duì)輕盈”的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)于重力式擋土墻來說有所需減少。但由于懸臂式擋土墻采用了相對(duì)高昂的材料，只適用于較低的擋土墻。雖然它通過擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸能減小對(duì)地基承載力的要求，但7 m多高的懸臂式擋土墻背部所承受的土壓力非常大。由于在擋土墻基礎(chǔ)頂部墻身截面、前趾根部截面處所受彎矩同懸臂式擋土墻高度成幾何比例增長，其彎矩非常大，導(dǎo)致鋼筋用量比較多，工程造價(jià)比較高。據(jù)初步估計(jì)，采用此方案200 m道路范圍內(nèi)總投資約750～800萬元（包括地基處理費(fèi)用210萬元）。

4.2 方案二

對(duì)于“半山橋”方案，其采用整體式結(jié)構(gòu)。由于該方案只是在非機(jī)動(dòng)車道、人行道和綠化帶范圍內(nèi)采用樓板式結(jié)構(gòu)，因此其荷載并不是很大。其工藝是將樓板式基礎(chǔ)整體澆筑于深層攪拌樁的墊層之上，然后通過墩柱支撐上部的樓板結(jié)構(gòu)。人行道荷載按照橋梁荷載3.5 kN/m2計(jì)算；對(duì)于綠化帶來說，按照種植高大樹冠、淺根系的喬木所需要的最小厚度0.8 m計(jì)算。如果樓板離地面過高，可在墩柱之間加橫向隔梁以增加整體性。

半山橋的形式在山區(qū)公路中應(yīng)用也比較廣，而且所計(jì)算的荷載不大，因此該方案顯得結(jié)構(gòu)輕盈；從圖2中也可以看出其填土高度同方案一相比較小，因此造價(jià)也比懸臂式擋土墻略低（總投資約550萬元）；如果在橫斷面布置時(shí)能夠不考慮綠化帶，其造價(jià)還可以進(jìn)一步降低。但該方案也有比較明顯的缺點(diǎn)。對(duì)施工來說，整體式混凝土基礎(chǔ)的施工必須開挖原地面，可能會(huì)影響右側(cè)老路的整體穩(wěn)定，因此必須對(duì)其進(jìn)行支擋防護(hù)。同時(shí)，由于樓板式結(jié)構(gòu)柱間距較小，碾壓機(jī)械無法進(jìn)入施工，只能采用人工壓實(shí)，對(duì)回填土的壓實(shí)帶來較大困難。對(duì)使用來說，該工程地處城鄉(xiāng)結(jié)合處，交通管理不便，可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)動(dòng)車進(jìn)入半山橋的情況，這對(duì)計(jì)算荷載較小的樓板式基礎(chǔ)來說是相當(dāng)危險(xiǎn)的。而且，由于樓板式結(jié)構(gòu)的存在，對(duì)于工程以后的改建有較大的難度，這個(gè)問題對(duì)于加筋土擋土墻來說同樣存在。因此，綜合各方面的因素，在該路段并沒有采用半山橋的形式。

4.3 方案三

在通常情況下，除了立交等特定形式外，分離式斷面在城市道路中并不常用。特別是在路段上，由于復(fù)式斷面所造成的視覺效果較差，通常不會(huì)采用分離式斷面。

在320國道魚塘路段，有著自身的工程特性。首先，320國道本身就處于城市郊區(qū)西山坡腳，地勢(shì)西高東低，采用西高東低的復(fù)式斷面正好適應(yīng)了地勢(shì)本身的特點(diǎn)；其次，采用復(fù)式斷面能有效地解決由于填土高、范圍小所帶來的問題。該方案能在很大程度上減少高填方帶來的巨大的土壓力的影響，減少為了抗衡這些土壓力所必須的結(jié)構(gòu)，大大提高了經(jīng)濟(jì)性，減少了風(fēng)險(xiǎn)。還有一個(gè)原因，由于該路段處于整條道路相應(yīng)的高點(diǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)高比昆明市區(qū)標(biāo)高高出約10 m，采用復(fù)式高低斷面甚至有可能使雙向行駛的車輛的視野提高，在靜觀方面帶來意想不到的收獲。種種理由顯示，該路段采用分離式斷面是合適的。

從補(bǔ)勘的勘探資料上來看，該路段有軟弱下臥層（淤泥層，承載力僅6～8 kPa）存在，在高填土的作用下確實(shí)有滑體（滑坡的邊界穿過軟弱下臥層）存在。因此，采用以“減負(fù)”為出發(fā)點(diǎn)的復(fù)式斷面能防止?jié)撛诘幕?，提高安全性，這也在另外一個(gè)方面肯定了復(fù)式高低斷面的方案。

5 分離式斷面設(shè)計(jì)

具體設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到西側(cè)半幅路的雨、污水管道已經(jīng)先行敷設(shè)完畢，而且由于道路西側(cè)緊貼西側(cè)山體上的鐵路路基（鐵軌標(biāo)高超過原有道路標(biāo)高約2 m，鐵路同老路之間有一道圍墻），因此設(shè)計(jì)時(shí)保持西側(cè)半幅道路標(biāo)高同原有道路標(biāo)高基本不變。東側(cè)機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道利用該路段兩側(cè)的變坡點(diǎn)同西側(cè)半幅道路分離，設(shè)置不同的變坡點(diǎn)和豎曲線，使其不處于同一平面。如圖5所示，其高差最大處可分別達(dá)到3.6 m和2.0 m。

在西側(cè)道路和東側(cè)非機(jī)動(dòng)車道之間，以及東側(cè)非機(jī)動(dòng)車道和人行道之間設(shè)置漿砌片石重力式擋土墻（擋土墻內(nèi)預(yù)埋鋼筋），在擋土墻頂部設(shè)置防撞設(shè)施，其他地方采用攀懸植物進(jìn)行豎向綠化。在斷面分離處，為了防止機(jī)動(dòng)車進(jìn)入非機(jī)動(dòng)車道產(chǎn)生額外荷載，在非機(jī)動(dòng)車道入口處設(shè)置紅白相間的警示桿。

6 結(jié)語

320國道魚塘段地形比較復(fù)雜，工程地質(zhì)情況比較差，同時(shí)征地工作進(jìn)行也比較困難，采用分離式高低斷面結(jié)合水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)方案既能夠解決由于征地困難帶來的用地不足的問題，同時(shí)工程本身采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)性??；投資節(jié)約，經(jīng)濟(jì)性好；施工難度較小，工期短。這些因素，都為320國道最終的順利完工奠定了基礎(chǔ)。從這些方面來說，采用分離式高低斷面結(jié)合水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)方案是完全合適的。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的效果來看，深層水泥攪拌樁的單樁承載力達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)承載力要求，而復(fù)式斷面的采用也給320國道（后改名為春雨路）帶來了意想不到的特色景觀，使其與滇池路一起成為昆明市最漂亮的兩條景觀大道，見圖6所示。