城市道路高填方路基排水设计研究

2018-01-03马国纲

城市道桥与防洪 2017年12期

关键词：商贸城填方路基填方

魏朋，马国纲

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州 730030）

城市道路高填方路基排水设计研究

魏朋，马国纲

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州 730030）

兰州毅德国际商贸城规划五路雨水工程3#雨水排出口设计，需要研究解决过大的雨水落差问题，同时还需要研究高填方路基边坡上的暗埋管道及跌水井的布设问题，有关经验可供相关专业技术人员参考。

雨水落差；高填方边坡；暗埋管道；跌水井

1 概述

近年来，随着城市规模的扩容以及城镇化程度的不断提高，国内许多城市都在打造新城或建设园区。受土地资源和地形条件的限制，这些新开拓的新城或园区往往远离老城，通过削山造地增加可供利用的土地面积，进而扩大新城或园区的影响范围。例如第五个国家级新区—兰州新区，就是在湿陷性黄土地区通过深填高挖整平场地，增加了土地面积，从而为整个新区的发展提供了土地保障。基于此种条件下规划的新城或园区道路，难免会出现高填方路基，这会增加城市道路的建设难度。

兰州毅德国际商贸城位于兰州市榆中县和平镇，距兰州市区5 km2，占地面积约400 hm2，总建筑面积达到680万m2，是一座现代综合商贸物流新城。商贸城西侧紧靠大山顶山梁，东侧有柳沟河自南向北贯穿而过，原始地貌基本为山体，地形起伏较大，沟壑纵横，局部有较深的河沟，地势南高北低，相差约110 m，西高东低，相差约20 m，低沟处与周边落差约40 m。商贸城范围内主要以Ⅳ级湿陷性黄土状粉土层为主，厚度约35～50 m。整个商贸城首先是对自然地貌进行削山填沟处理，形成台阶状场地整平区，随后再进行园区道路和商贸建筑的建设。

规划五路为新建的城市次干路，位于商贸城园区东侧边缘，纵贯园区南北，长度约2.4 km，东侧靠近柳沟河自然河道，二者高差最大值为54 m，道路采用高填方路基方案建设。根据商贸城园区排水总体规划，规划五路承担着整个园区的雨水汇集功能，道路沿线共设置4处排出管道最终将雨水排入柳沟河，这需要克服过大的雨水落差。

2 规划五路3#雨水排出口设计

规划五路雨水工程设计，需要反复研究过大的雨水落差问题，将雨水最终排入柳沟河；需要多方案比较后提出科学合理的设计方案。

根据商贸城园区排水总体规划，规划五路沿线4处独立的雨水排出口，分别位于规划五路与其它道路的平面交叉口处。各雨水排出口的通过流量，为规划五路暗埋雨水管道汇集的流量，与相交道路暗埋雨水管道汇集的其它片区流量之和。本文将选择3#雨水排出口的设计方案进行阐述，其它雨水排出口的设计方案与之相同。

3#雨水排出口承担的通过流量为规划五路暗埋雨水管道（长度866 m）所汇集的流量，与相交道路暗埋雨水管道（长度778 m）所汇集的其它片区流量之和。依据兰州市暴雨强度公式进行计算，规划五路暗埋雨水管道最大管径为DN1000，最大设计坡度2.5%，终端处累计通过流量最大值为2 986.927 L/s；相交道路暗埋雨水管道最大管径为DN1000，最大设计坡度1.7%，终端处累计通过流量最大值为1 740.283 L/s，因此3#雨水排出口入口端通过流量最大值为4 727.21 L/s。

3#雨水排出口入口端位于高填方路基顶端的道路人行道内，出口端位于高填方路基坡脚处并与柳沟河相接，二者高差42.8 m。经过方案比选与优化阶段后，最终确定了高填方路基边坡上“暗埋雨水管道+分级布设跌水井”的设计方案。

首先，暗埋雨水管道选择和确定管道坡度。根据钢筋混凝土圆管（满流，粗糙系数n=0.013）水力计算结果，管径DN1200的钢筋混凝土圆管坡度i=1.5%时，其流速 v=4.222 m/s，流量 Q=4 774.96 L/s＞4 727.21 L/s（3#雨水排出口入口端通过流量最大值）。据此确定雨水管道采用DN1200的钢筋混凝土圆管，管道坡度按照i=1.5%设置。

其次，跌水井选择。依据高填方路基填料土体性质及选用的雨水管道管径，选用《国家建筑标准设计图集—排水检查井（02S515）》中的跌水井。项目所在区域为湿陷性黄土区，本着就地取材、节约投资的原则，高填方路基填料选用黄土。基于此，宜选用阶梯式混凝土跌水井，其跌差为2 m，井底标高距离高填方路基边坡坡面的距离控制为4.75 m，确保跌水井盖板顶覆土不小于0.4 m。

再次，高填方边坡上布设雨水排出系统，尤其是确定跌水井平面位置和竖向高程较为复杂，具体设计时需要考虑以下2个因素：

（1）规划五路总体地势南高北低，其下暗埋管道内的雨水，依道路纵坡由南至北排放。在高填方边坡上布设雨水管道时，可由北向南进行布管，管道走向与道路走向基本呈150°夹角，使管道坡度与道路坡度相反，由此可以减少管道长度，跌水井的布设范围也较小，减小了高填方路基边坡的开挖面积，降低了施工难度，有效解决了过大的雨水落差问题。

（2）充分结合本项目高填方路基的边坡形式进行设计。规划五路高填方路基边坡采用台阶式边坡，形式如下：

第一级边坡：自土路肩外边缘以下0～8 m坡率 1∶1.5；

第二级边坡：8 m～20 m坡率1∶1.75；

第三级边坡：20 m～30 m坡率1∶2；

第四级边坡：30 m～40 m坡率1∶2；

第五级边坡：40 m以下坡率1∶2.25。

在每级边坡坡脚处设置2 m宽的填方平台，平台上设置平台排水沟。暗埋管道及跌水井设计时，需要结合边坡坡率和填方平台的位置计算边坡坡面标高，并据此控制管道顶标高和跌水井井底标高，雨水管道和跌水井的覆土厚度需满足现行规范要求，不切断填方平台和平台排水沟。

3#雨水排出口在高填方边坡上共设置20座阶梯式混凝土跌水井，每座跌水井跌差2 m；跌水井间的雨水管道长度均为10 m，共19段，每段管道坡度均为1.5%，克服的雨水落差为20×2 m+19×10 m×1.5%=42.85 m。此方案解决了商贸城园区雨水克服落差排入柳沟河的问题，见图1。

图1 3#雨水排出口高填方路基边坡平面布设图

最后，采用黄土填筑的高填方路基，通常情况下前期沉降量较大，路基稳定性较差。如果雨水工程与道路路基同步施工，过大的路基沉降量会造成暗埋雨水系统破坏，引起各种路基病害发生。因此，设计建议高填方路基应设置至少2 a的沉降期，沉降期结束后需对高填方路基进行检测，待路基的安全性与稳定性满足要求后，方可进行雨水排水系统的施工。