城市道路高地下水段路基排水设计.pdf

2 0 1 1 年 3 月第 3 期 城 市道桥与 防洪 道路交通 2 3 城市道路高地下水段路基排水设计 向祖全 ， 陈彩华 ， 杨玉深 ( 中 国瑞林 工程 技术 有限公 司， 广东 东莞 5 2 3 0 7 1 ) 摘 要 ： 如何 解决 地下 水对 路基 的侵 害 ， 是 高地 下水 路段 道路 结构设 计需 要认 真解 决 的问题 。该 文结 合东莞 市 常平 振兴 路工 程 ， 介绍了采用隔离、 疏导和截流相结合的办法 ， 设置截水盲沟、 透水层 、 隔水层和封层进行路基排水的设计实例。 关键 词 ： 高地 下水 ； 道路 结构 ； 路 基排 水 中图分类号： U 4 1 6 1 文献标识码 ： B文章编号： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 2 3 0 2 0 前 言 城市道 路及公 路 的路基起 着承 载 的作 用 ， 路 基 的强度和稳定性 与水有 非常密切的关系 ，要求 密实 、 均匀 、 稳定 ， 防止水侵 入路基 。路基 的病害 多种 ， 成 因也很多 ， 但水的作用绝不可忽视 。 目前 解决地下水 对路基 的侵害 主要方法 是加高路 堤 、 在道路两侧设置排水沟等办法 ，但有些地区受到 条件 限制无法采取上述方法解决 ，如城 市道路路 面标高受到城市规划控制标高或相接道路标 高的 限制 ， 下穿桥梁受净空 限制 ， 道路两侧土地利用 问 题不能设置排水沟等。 因此， 城市道路高地下水位 路段路基设计应从隔离、 疏导和截流等方面人手。 1 工程 概 况 东莞市常平振兴路 ， 环城西路至金美大桥 ， 是连 接环城快速路与城市中心区的城市主干道 ，道路全 长 2 2 6 0 m， 道路红线 4 0 m， 双线 6车道 ， 设计行车 速度 6 0 k m h 。 中间为 2 3 m车行道， 两侧各 4 m人行 道和 4 5 m绿化带。根据道路等级 和交通量预测 ， 通 过计算确定路面结构为 ： 4 c m改性沥青马蹄脂碎石 混合料( S M A 一 1 3 ) ， 5 c m中粒式沥青混凝i( A C 一 2 0 C 1 ， 6 c m粗粒式沥青混凝 - E ( AC 一 2 5 C ) ， 2 5 c m 5 水泥稳 定碎石层 ， 2 0 c m4 水泥稳定石粉层 ，结构层总厚 6 0 c m。车行道路面设计回弹弯沉值 3 2 ( 1 1 0 0 m m) ， 路床设计 回弹弯沉值 2 8 4( 1 1 0 0 mm) 。 该 路 K 0 + 1 4 0K 0 + 5 2 0段 现 状 为 农 田菜 地 。 地下水位埋藏较浅 ，由于受 现状 环城西路和规划 的金旺路 、河西大道控 制标 高以及道路两侧用地 规划标 高的限制 ， 道路设计标高不能抬高 。 2 地质条件 根据外业勘察 和室 内试 验资料分析 ，勘察 范 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 0 2 6 作者简介 ： 向祖 全 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 湖 南邵 阳人 ， 工程 师 ， 从事 道 路 、 桥梁设 计 与研究 工作 。 围内的地层为低 山残丘地貌 。 由粉质粘土 、 粉砂和 残积土组成 ， K 0 + 1 4 0K 0 + 5 2 0段地质状 况如下 ： ( 1 ) 坡积土层 ( Q ) 层 厚 1 3 05 8 0 m， 平均 3 5 m。褐 黄 、 褐红 色 ， 湿 ， 稍压 密 ， 主要 由粘粒 和粉 细 粒组 成 ， 土 中 含少量石英 颗粒 ， 顶部为灰褐色耕植土 。 ( 2 ) 冲积土层 ( Q ) 场地广泛分布 ， 从上到下依次分为粘土 ( 2 1 ) 、 粉砂( 2 2 ) N J 层 。粘 i( 2 1 ) ： 层 厚 1 1 05 3 0 m， 平 均 2 8 0 m； 灰 白、 浅灰 色 ， 湿 ， 软可塑 ， 主要 由粘粒 组成。粉砂( 2 2 ) ： 层厚 1 3 0 1 8 0 m， 平均 1 6 0 m； 浅灰色 ， 饱 和 ， 中密 ， 主要成份 为石英 ， 颗粒级配 、 分选性较好 。 ( 3 ) 残积土层( Q ) 场地 广泛分布 ，以亚粘 土为主 ，为下伏基岩 ( 花 岗岩 ) 风化残积土 。层厚 3 1 01 7 8 0 m， 平 均 7 9 2 m。 褐黄 、 灰 白、 褐 色 ， 稍湿 ， 硬可塑 ， 原岩 中除 石英颗粒外 ， 其它矿物多 已风化成土状 ， 原 岩结构 依稀可辨 ， 为花岗岩风 化残积土。 ( 4 ) 地下水赋存条件 ： 场地环境类型属 类 ， 地下水多属微承压水类 型 ， 主要赋存于岩土 的 孔 隙 、 裂隙 中 ， 其 中第 四系冲积 粉砂 ( 2 - 2 ) 为强透 水层 ， 是场地主要含水层 。 路床范 围地下水渗透流 量 不大 ，但 静 态水 位较 高 ，相 对 于设 计路 面 下 0 5 1 1 m 3路基 排水 设计 由于地质勘察钻孔 间距 较大 ，前期设计 阶段 因征地问题 未进行详 细地勘察 ，施工 图设计时作 为一个 问题 留在施工 阶段进行动 态设计 。该段 道 路避开雨季 ， 在雨季结束时开始施工 。 由于经过雨 季 ， 地下水位较高， 基本处于最高水位状态。为便 于施工， 在道路两侧挖了深 2 m左右的截水沟， 沟 壁有水渗 出， 但 由于降水 曲线作 用半径有 限 ， 地下 水并非仅从道路 两侧向内渗流 ，车行道下路床仍 处 于湿软状态 ， 承载力不足 。 如果仅是在施工 阶段 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 1 1 年 3 月第 3 期 采用加深开挖截水 沟或井点降水等措施 ，虽然可 以在施工 阶段解决路床湿软状态 的问题 ，但 道路 竣工后运行阶段 ， 仍会 由于地下水位上升 ， 路床土 壤含水量达到饱和变成湿软状态 ，无法承受路面 荷载而沉降 ， 最终将会造成路 面损坏 。 3 1路基排水设计方案选择 进行设计前对该段路基地 下水 情况进行 了详 细调查 ，地下水位处于路床下 3 0 c m至路 面结构 底基层范 围， 要使路基处于干燥 、 中湿状 态需将地 下水位 降至路床下 5 0 C 1T I 以下 ，仅进行路侧截水 是不能解决问题 的 ，必须进行疏导和隔离地下水 设计 。 根据 以往经验参考有关资料 ， 设计方案进行 了如下两个方案比选 ： 方案一 ： 在道路范 围内每隔一定间距设 置纵 、 横 向排水盲沟 ， 降低地下水位 ， 水通过横 向盲 沟排 入道路两侧的截水盲沟再排入雨 水系统 。经过计 算纵 、 横 向盲沟间距 58 m， 盲沟在路床下 2 0 2 5 m， 两盲沟之间最不利点水位方能降至路床下 5 0 c m。由于城市道路下需设置排水、 给水、 燃气 、 电力等地下综合管线 ， 并且需设置过路支管 ， 竖 向 标高基本上与盲沟 冲突 ， 因此 ， 该方法较 多用 于公 路 而不适用于城市道路 。 方案 二 ： 在道路两侧设 置截水盲沟 ， 路 面结构 下设置透水层 ，疏导地下水排向道路两侧的截水盲 沟，透水层上设置隔水层 ，阻断地下水对路基的侵 害。 该方案透水层是布满道路范围内的， 不存在降水 曲线不利点， 透水层位于路面结构之下 ， 竖向与地下 管线冲突较小。 透水层采用碎石或砂砾石 ， 置换路基 含水量大的软基 ， 通过材料间的嵌挤作用， 形成路面 结构的承托层 ， 可有效地提高路基的承载能力。 经过对两个方案的比较， 综合各种因素， 设计采 用方案二( 见图 1 ) ， 图 1 仅绘出半幅道路横断面。 3 2 透水层 、 隔水层和封层 在路床上铺设一层双 向塑料土工格栅 ，它是 一 种高分子聚合物 ，在纵 向和横 向上都有很大的 拉 伸 强 度 ，具 有 优 异 的力 学 性 能 。设 计 采 用 T G S G 3 0 3 0格栅 ， 网孔尺 寸 4 0 mm4 0 mm， 每延 米纵横向拉伸屈服强度大于 3 0 k N m。格栅铺设 纵 向搭接 1 52 0 c m， 横 向 1 0 c m， 搭接 处用 塑料 带绑 扎 ， 并在铺设 的格栅 上 ， 每 隔 1 52 m用 U 型钉 固定 于地 面。 格栅上 摊铺碎石透水层 ， 碎石最 大粒径不 大于 6 0 mm为宜 ，碎 石透水 层碾压 密 实 ， 碎石在相互之间的镶嵌作用传递受力 的同时 ， 通过与格栅 的互锁作用 将应力转移到格栅上 。格 栅通过特有 的网格结构将应力分散 ，从而起到提 高承载力 的作用 。 碎石透水层碾压密实后 ， 采用石粉灌缝整平 ， 以保证顶 面平整 。在碎 石透水层上铺设一层隔水 土工膜 ， 设计采用型号为 G H 一 1 普通高密度 H D P E 土工膜 ， 厚度 1 0 m m。土工膜接缝 可采用热接或 胶接 ， 搭接宽度 i 0 e m。土工膜应铺 展不起 皱 ， 上 面做一层 2 0 c m的 4 水泥稳定石粉层作为封层 ， 封层上面进行路面结构施工 。 3 3截水盲沟 为防止道路以外地下水涌人路基 ，在人行道 外侧 的绿化带下设 置截水盲沟 ， 盲 沟深 2 5 m， 底 宽 0 5 1 1 3 ， 两侧壁根据 土质适 当放坡 ， 沟底坡度 与 道路坡度一致 ， 但不宜小 于 0 5 ， 在盲沟底部铺 上一层 0 1 m的碎石 ， 放置一根 2 0 0 m m的软式 ( 下 转 第 2 8页 ) 图 1 路基排 水设计 方案二 半幅道 路横 断面 图( 单位 ： m) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 道路交通 城 市道桥 与防洪 2 0 1 1 年 3 月第 3 期 晷 m G 图2标 志牌 结构受 力分析 图( 单位 ： mm) 重 取 2 5 k N m ， G 2 = 1 3 8 2 8 9 k g = 1 3 5 5 2 k N，标志牌和立柱的 重量通过查交通标志牌安装 图可得。 因此 可得 重 力 的力矩 ： 。 = ( 1 3 4 4 + 1 3 5 5 2 ) 1 2 =1 7 7 5 42 k N I n ( 上接 第 2 4页 ) 3 3 风 荷 载 力 矩 风荷载力矩 ： = S ( 4 ) 。 式中 ： 为风荷载 ； S 为风荷载力臂 。 M ：F |s = 。 A 。 S =1 31 5 6 3 0 4 8 9 1 =1 7 2 4 k N I l l 因为M ， 在不考 虑土对基础 的作用下 ， 这 个基础是稳定 的 ， 但 因为 。 ， l f 差别不大 ， 因此建 议加大基础 的尺寸 。 4结论 通过计算 ， 当不考虑 土对基础 的作用时 ， 给出 的基础尺寸是不足够安全 的 ，因此建议加大基础 的尺寸。 由于之前安装 图上显示 ， 立柱与基础之间是用 M 2 4 螺栓连接， 因此基础的高度应大于等于2 5 d ， 此 处选用的是 1 6 m高的基础 ， 满足条件。下面来计 算基础适合 的长和宽 。 如上所述 ， 当M。 时 ， 基础稳定 ， 设 基础的 长和宽 为0 、 b ， 得 出4 0 a 2 b + 1 3 5 5 2 a 3 4 4 8 ， 这 里基 础的长宽可 以有不同的取值 ，给出的基础尺寸也 满足这个条件 ， 但为了使基础的安全性增大 ， 建议 加大a 、 b 的取值 ， 因为0 的增大 比b 的增大对结果更 明显， 因此口 取较大的值有利于基础稳定。 透水管 ， 透水管的周围和顶部填充碎石 ， 碎石顶面 较最高地下水位高出0 2 m， 上面填素土至地面。 路基下的透水层与截水盲沟相通 ，路基上升的地 下水通过透水层排入盲沟。软式透水管在对应雨 水 检查 井 的位 置设 置 三通 ，采 用 2 0 0 m i l l 的 H D P E排 水管接入雨水检查井 ，排水管 的坡度大 于 1 为宜 。 软式透水管是一种具有集透水和过滤作用为 一 体的新型滤水管材，采用经过耐腐处理的高强 钢丝制成螺旋骨架 ， 确保管壁具有足够的刚度 ， 内 外采用具有透水 、 过滤 、 保护作用的高分子纤维材 料包裹管壁 ， 滤层孑 L 隙直径 小 ， 全方位透水 ， 渗透 性好 ， 不会因泥砂进入管 内淤积堵塞 ， 是一种很好 的滤水材料 。 该路截水盲沟是设置在人行道外侧的绿化带 内， 对于人行道外侧没有绿化带的道路 ， 可将截水 盲沟设在道路红线 外 1 2 m处 ， 一般红线外 5 1 0 m范围内不得建设永久性建筑， 常用作绿化或 停车场 ， 截水盲沟上方 l m左右填土压实 ， 不影响 用地功能。 4 结语 在路 面结 构施工之 前检测 路床 回弹弯 沉 值 ， 即 4 水 泥稳 定石 粉 封层 顶 面 ，平均 值 为 8 7 2 ( 1 1 0 0 m m) ，远远小于路床设计 回弹弯沉值 2 8 4 ( 1 1 0 0 mm) ， 说 明透水层和封层不但可以起 到 排水 、 隔水的作用 ， 还可 以起 到改善路基状况 ， 提 高路基承载力的作用 。无雨的晴天打开雨水检查 井 观察 ， 排水管内有清澈 的水流排 出 ， 说明路基排 水系统起到 了隔离 、 截流和疏导地下水 的作用。 振兴路建成近两年来 ， 未发现任何下沉 、 开裂 现象 ， 达到 了良好 的预期效果 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m