城市道路下挖段路基降水設(shè)計(jì)

李忠林

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210014)

城市道路下挖段路基降水設(shè)計(jì)

李忠林

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210014)

城市道路下挖路段路基降水是城市道路工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。文章結(jié)合江蘇省內(nèi)范公路快速路下挖路段路基降水設(shè)計(jì)，提出一種“降排結(jié)合、統(tǒng)籌考慮”的設(shè)計(jì)思路，在保證路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的同時(shí)，通過設(shè)置縱、橫向滲水盲溝以降低地下水位高度，并通過水力學(xué)計(jì)算模型驗(yàn)證了降水效果，為今后類似工程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了新的思路。

城市道路；下挖路段；降水設(shè)計(jì)

0 引言

范公路位于鹽城市區(qū)開放大道東側(cè)，緊鄰新長(zhǎng)鐵路，路線總體呈南北走向，起點(diǎn)接舊204國(guó)道，終點(diǎn)與南環(huán)路相接，是鹽城市內(nèi)環(huán)高架快速路網(wǎng)中的重要組成部分。其中，大新河-南環(huán)路段與四條主干路相交，分別為世紀(jì)大道、新都路、鹽瀆路、贛江路，該段東側(cè)緊靠新長(zhǎng)鐵路，根據(jù)規(guī)劃上述四條主干路均向東延伸，需下穿既有新長(zhǎng)鐵路。因此，設(shè)計(jì)階段考慮規(guī)劃預(yù)留，同時(shí)盡量降低范公路主線縱斷面高程，將世紀(jì)大道、鹽瀆路、贛江路三處平交口進(jìn)行下挖處理，盡可能減少起伏，從而提高行駛的舒適性。下挖路段效果圖見下頁(yè)圖1。

圖1 下挖路段效果圖

1 項(xiàng)目地質(zhì)概況

勘察揭示：本路段通過地區(qū)為濱海平原工程地質(zhì)區(qū)，主要軟土層位1-2層、1-4層、2-4層及3-4層軟土。其中1-2層軟土基本全線分布，僅在部分地段缺失，土性為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(粉土)，灰褐色～灰色，流塑，土質(zhì)不均，局部地段夾粉砂、粉土薄層，具高孔隙比，高壓縮性。厚度變化較大，一般厚度0.5～15.3 m。見圖2。

圖2 地質(zhì)剖面圖

項(xiàng)目區(qū)域地勢(shì)低平，地面標(biāo)高一般為1.8～2.4 m，三處下挖輔道縱斷面標(biāo)高較低，最低點(diǎn)需下挖約2.5 m。地表水系發(fā)育，地堪揭示地下水位埋藏很淺，一般深度為0.8～1.2 m。水損壞作為道路病害的重要外因，其對(duì)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性非常不利，直接影響道路長(zhǎng)期使用壽命，路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)計(jì)宜使路基處于干燥或中濕狀態(tài)。

2 設(shè)計(jì)思路

降排結(jié)合、統(tǒng)籌考慮。

降排結(jié)合。降水，是指通過在路基底部設(shè)置縱橫向貫通的滲水盲溝以降低地下水位高度，使得地下水位線降至路床底面以下，以此保持路床處于干燥狀態(tài)；排水，結(jié)合路面排水合理設(shè)計(jì)，即將貫通性盲溝內(nèi)的滲水通過橫向設(shè)置的盲溝排入雨水井窖，然后匯流至雨水泵站排出。

統(tǒng)籌考慮。若地質(zhì)條件較差，下挖后則需要對(duì)路床范圍內(nèi)土基進(jìn)行特殊處理，以滿足強(qiáng)度需要，然后才能進(jìn)行降水、排水工作。因此在進(jìn)行特殊路基設(shè)計(jì)時(shí)考慮路基降水、排水需要，優(yōu)先采用透水性好、處理后路基強(qiáng)度明顯提高的設(shè)計(jì)方案。

3 方案設(shè)計(jì)及滲水計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)方案

(1)滲水盲溝的一般構(gòu)造

滲水盲溝采用倒梯形的邊溝型式，根據(jù)地下水滲流量選用合適的軟式透水管尺寸，并使用無雜質(zhì)的粗砂填筑盲溝，粗砂周圍包裹透水土工布，細(xì)部尺寸構(gòu)造如圖3所示。

圖3 滲水盲溝一般構(gòu)造圖

縱、橫向滲水盲溝相交時(shí)，由于橫向滲水盲溝布設(shè)的底高程低于縱向滲水盲溝，推薦采用將橫向軟式透水管通長(zhǎng)布設(shè)，縱向軟式透水管斷開的交叉方案，便于將盲溝內(nèi)滲水盡快引入雨水窖井。見圖4。

圖4 縱、橫向滲水盲溝交叉大樣圖

(2)滲水盲溝的布置

滲水盲溝的布置應(yīng)結(jié)合道路橫斷面型式及路幅寬度綜合考慮。縱向滲水盲溝應(yīng)布設(shè)于輔道路床底面以下，縱向坡應(yīng)與下挖輔道縱坡一致，相鄰兩滲水盲溝之間的距離宜≤10 m；橫向滲水盲溝布設(shè)的底高程應(yīng)略低于(約10 cm)縱向滲水盲溝(如圖3所示)，并參照雨水窖井位置間隔布置，然后通過1%的橫坡接入雨水窨井。圖5為以范公路與世紀(jì)大道輔道下挖路段為例，是范公路上北邊一側(cè)半幅橫斷面的滲水盲溝平面布置圖。

圖5 半幅滲水盲溝平面布置圖

3.2 滲水計(jì)算

以范公路與世紀(jì)大道輔道下挖路段為例，范公路地面輔道縱斷面標(biāo)高較低，最低點(diǎn)需下挖2.5 m左右，由于該區(qū)域地下水位較高，埋深約1 m，設(shè)計(jì)中考慮了在輔道路床底部布設(shè)排水層，排水層下設(shè)置滲溝，將地下水匯流至泵站排出。見圖6。

圖6 完整式滲溝流量計(jì)算圖

3.2.1 計(jì)算原理

設(shè)定排水系統(tǒng)為完整式滲溝，本次計(jì)算按層流滲透規(guī)律，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)整個(gè)地下水滲流流量。按達(dá)西(Darcy)定律，流過土中的水量W，同水力坡降I、水流橫斷面面積ω及時(shí)間t三者成正比，即：

W=K·(Iωt)

(1)

移項(xiàng)則得：

Vφ=W/(ωt)=KI

(2)

式中：Vφ——滲流速度，m/s，表示單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的滲流水量；

K——滲流系數(shù)，m/s或m/d，表示單位時(shí)間內(nèi)在一定土質(zhì)中通過一定斷面的水流距離，其值與土質(zhì)有關(guān)，可視為常數(shù)。由此，按照層流滲透定律所述，水在土中的滲流速度Vφ與水力坡降I成正比，比例常數(shù)為K。

地下水流量為流速與面積的乘積，即：

Q=ω·Vφ=ωKI

(3)

降落曲線方程：

(4)

欲求單位長(zhǎng)度一側(cè)滲溝的流量q，可取x=l，y=H，代入式(4)，得：

(5)

式中：l——水力影響半徑，m；

l0——平均水力坡降，近似取l0=(H-h0)/l；

H——地下水位與不透水層的高差，m；

h0——地下水降落曲線與溝壁接觸處的有效高度，m。

由于h0較小，其平方值與H2相比可以略去不計(jì)，則簡(jiǎn)化為：

q=KH2/2l

(6)

設(shè)滲溝長(zhǎng)為L(zhǎng)，雙壁滲水總流量為：

Q=2Lq=KL(H+h0)l0

(7)3.2.2 滲水流量計(jì)算

根據(jù)縱斷面，滲溝長(zhǎng)度L取210m，滲流系數(shù)(淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉土)取0.5m/d，H按最大值取4.4m，h0取0.6。I0取4.4/3=1.47，代入上式，得到單側(cè)滲溝流量：

q=0.5×210×(4.4+0.6)×1.47=771.75m3/d=0.008 9m3/s=8.9l/s；

雙側(cè)流量Q=q×2=17.8l/s；

同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案單根φ150mm軟式透水管的泄洪能力Qc=37.0l/s>Q，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)范公路與世紀(jì)大道、鹽瀆路、贛江路三條城市主干道下挖路段路基降水方案的研究，提出“降排結(jié)合，統(tǒng)籌考慮”的設(shè)計(jì)思路，采用設(shè)置縱、橫向滲水盲溝降低地下水位的設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)計(jì)算驗(yàn)證了降水效果，以期對(duì)今后城市道路下挖路段路基降水設(shè)計(jì)提供一些借鑒。

[1]江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.鹽城市范公路施工圖設(shè)計(jì)文件第一冊(cè)[R].2010.

[2]魏云杰，許 模，等.基于滲流模型的路基排水設(shè)計(jì)計(jì)算方法初探[J].巖土力學(xué)，2006(27)：7.

[3]姚祖康.公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.

Subgrade Dewatering Design of Urban Road Under-digging Section

LI Zhong-lin

(Jiangsu Provincial Transportation Planning and Design Institute Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu，210014)

Subgrade dewatering in the under-digging section of urban road is an important problem in urban road engineering design.Combined with the subgrade dewatering design of under-digging section in Jiangsu Neifan Highway freeway，this article proposed a design idea of “combination of descending and discharging，with overall consideration”，then，after ensuring the strength and stability of subgrade，through setting the longitudinal and transverse seepage ditch to reduce the underground water level，it verified the dewatering effect by hydrological calculation model，thereby providing a new idea for future similar engineering design and optimization.

Urban road；Under-digging road section；Dewatering design

李忠林(1985—)，碩士，工程師，研究方向：市政道路工程。

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.12.003

1673-4874(2016)12-0011-03

2016-10-25