城市道路下挖段路基降水设计

李忠林

(江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210014)

城市道路下挖段路基降水设计

李忠林

(江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210014)

城市道路下挖路段路基降水是城市道路工程设计中的一个重要问题。文章结合江苏省内范公路快速路下挖路段路基降水设计，提出一种“降排结合、统筹考虑”的设计思路，在保证路基强度与稳定性的同时，通过设置纵、横向渗水盲沟以降低地下水位高度，并通过水力学计算模型验证了降水效果，为今后类似工程的设计与优化提供了新的思路。

城市道路；下挖路段；降水设计

0 引言

范公路位于盐城市区开放大道东侧，紧邻新长铁路，路线总体呈南北走向，起点接旧204国道，终点与南环路相接，是盐城市内环高架快速路网中的重要组成部分。其中，大新河-南环路段与四条主干路相交，分别为世纪大道、新都路、盐渎路、赣江路，该段东侧紧靠新长铁路，根据规划上述四条主干路均向东延伸，需下穿既有新长铁路。因此，设计阶段考虑规划预留，同时尽量降低范公路主线纵断面高程，将世纪大道、盐渎路、赣江路三处平交口进行下挖处理，尽可能减少起伏，从而提高行驶的舒适性。下挖路段效果图见下页图1。

图1 下挖路段效果图

1 项目地质概况

勘察揭示：本路段通过地区为滨海平原工程地质区，主要软土层位1-2层、1-4层、2-4层及3-4层软土。其中1-2层软土基本全线分布，仅在部分地段缺失，土性为淤泥、淤泥质粉质黏土(粉土)，灰褐色～灰色，流塑，土质不均，局部地段夹粉砂、粉土薄层，具高孔隙比，高压缩性。厚度变化较大，一般厚度0.5～15.3 m。见图2。

图2 地质剖面图

项目区域地势低平，地面标高一般为1.8～2.4 m，三处下挖辅道纵断面标高较低，最低点需下挖约2.5 m。地表水系发育，地堪揭示地下水位埋藏很浅，一般深度为0.8～1.2 m。水损坏作为道路病害的重要外因，其对路基强度和稳定性非常不利，直接影响道路长期使用寿命，路基设计规范要求设计宜使路基处于干燥或中湿状态。

2 设计思路

降排结合、统筹考虑。

降排结合。降水，是指通过在路基底部设置纵横向贯通的渗水盲沟以降低地下水位高度，使得地下水位线降至路床底面以下，以此保持路床处于干燥状态；排水，结合路面排水合理设计，即将贯通性盲沟内的渗水通过横向设置的盲沟排入雨水井窖，然后汇流至雨水泵站排出。

统筹考虑。若地质条件较差，下挖后则需要对路床范围内土基进行特殊处理，以满足强度需要，然后才能进行降水、排水工作。因此在进行特殊路基设计时考虑路基降水、排水需要，优先采用透水性好、处理后路基强度明显提高的设计方案。

3 方案设计及渗水计算

3.1 设计方案

(1)渗水盲沟的一般构造

渗水盲沟采用倒梯形的边沟型式，根据地下水渗流量选用合适的软式透水管尺寸，并使用无杂质的粗砂填筑盲沟，粗砂周围包裹透水土工布，细部尺寸构造如图3所示。

图3 渗水盲沟一般构造图

纵、横向渗水盲沟相交时，由于横向渗水盲沟布设的底高程低于纵向渗水盲沟，推荐采用将横向软式透水管通长布设，纵向软式透水管断开的交叉方案，便于将盲沟内渗水尽快引入雨水窖井。见图4。

图4 纵、横向渗水盲沟交叉大样图

(2)渗水盲沟的布置

渗水盲沟的布置应结合道路横断面型式及路幅宽度综合考虑。纵向渗水盲沟应布设于辅道路床底面以下，纵向坡应与下挖辅道纵坡一致，相邻两渗水盲沟之间的距离宜≤10 m；横向渗水盲沟布设的底高程应略低于(约10 cm)纵向渗水盲沟(如图3所示)，并参照雨水窖井位置间隔布置，然后通过1%的横坡接入雨水窨井。图5为以范公路与世纪大道辅道下挖路段为例，是范公路上北边一侧半幅横断面的渗水盲沟平面布置图。

图5 半幅渗水盲沟平面布置图

3.2 渗水计算

以范公路与世纪大道辅道下挖路段为例，范公路地面辅道纵断面标高较低，最低点需下挖2.5 m左右，由于该区域地下水位较高，埋深约1 m，设计中考虑了在辅道路床底部布设排水层，排水层下设置渗沟，将地下水汇流至泵站排出。见图6。

图6 完整式渗沟流量计算图

3.2.1 计算原理

设定排水系统为完整式渗沟，本次计算按层流渗透规律，计算单位时间内整个地下水渗流流量。按达西(Darcy)定律，流过土中的水量W，同水力坡降I、水流横断面面积ω及时间t三者成正比，即：

W=K·(Iωt)

(1)

移项则得：

Vφ=W/(ωt)=KI

(2)

式中：Vφ——渗流速度，m/s，表示单位时间内通过单位面积的渗流水量；

K——渗流系数，m/s或m/d，表示单位时间内在一定土质中通过一定断面的水流距离，其值与土质有关，可视为常数。由此，按照层流渗透定律所述，水在土中的渗流速度Vφ与水力坡降I成正比，比例常数为K。

地下水流量为流速与面积的乘积，即：

Q=ω·Vφ=ωKI

(3)

降落曲线方程：

(4)

欲求单位长度一侧渗沟的流量q，可取x=l，y=H，代入式(4)，得：

(5)

式中：l——水力影响半径，m；

l0——平均水力坡降，近似取l0=(H-h0)/l；

H——地下水位与不透水层的高差，m；

h0——地下水降落曲线与沟壁接触处的有效高度，m。

由于h0较小，其平方值与H2相比可以略去不计，则简化为：

q=KH2/2l

(6)

设渗沟长为L，双壁渗水总流量为：

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

(7)3.2.2 渗水流量计算

根据纵断面，渗沟长度L取210m，渗流系数(淤泥质粉质黏土、淤泥质粉土)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，得到单侧渗沟流量：

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

双侧流量Q=q×2=17.8l/s；

同时，根据设计方案单根φ150mm软式透水管的泄洪能力Qc=37.0l/s>Q，满足设计要求。

4 结语

本文通过对范公路与世纪大道、盐渎路、赣江路三条城市主干道下挖路段路基降水方案的研究，提出“降排结合，统筹考虑”的设计思路，采用设置纵、横向渗水盲沟降低地下水位的设计方案，并根据计算验证了降水效果，以期对今后城市道路下挖路段路基降水设计提供一些借鉴。

[1]江苏省交通规划设计院有限公司.盐城市范公路施工图设计文件第一册[R].2010.

[2]魏云杰，许 模，等.基于渗流模型的路基排水设计计算方法初探[J].岩土力学，2006(27)：7.

[3]姚祖康.公路排水设计手册[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—)，硕士，工程师，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