城市道路路塹邊坡排水與防護設計研究

張 昕，張 博

（西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 引言

路基是按照道路路線以及橫斷面形式修筑的帶狀構筑物，作為道路的基礎，承受路面結構傳遞下來的行車荷載。因此路基的穩定性非常重要，只有保證路基堅實、穩定，才能保證上部路面結構的穩定，進而保證路面行車的安全性、舒適性。而水是影響路基穩定的重要因素之一，來源主要有地下水、降雨、冰雪融化等。一般路基邊坡根據規范要求以及常規工程經驗，設置邊溝、截水溝等工程措施，即可解決道路邊坡、路基排水問題。深挖路塹邊坡由于挖方深度較深、邊坡面積較大，地下水以及大氣降水對路基邊坡、路基路面穩定性的威脅較大，因此深挖路塹邊坡的排水及防護在整個道路工程中至關重要。

1 工程概況

該工程為西寧市一條新建市政道路，道路等級為城市次干路。紅線寬度為36 m，設計速度40 km/h，路面設計荷載BZZ-100，路床土基回彈模量不小于30 MPa。路面結構為瀝青混凝土結構，設計使用年限為15年。道路沿線經過山區，地形起伏較大，全線基本全部為挖方路段，起點處銜接現狀道路（海湖大道）處為深挖方段，挖方深度為20～30 m，道路終點處銜接現狀道路（小橋大街）仍為深挖方段，挖方深度約為20 m。道路起、終點段落均屬于挖方高邊坡。

根據地質勘查報告，道路沿線地質狀況逐層描述如下：

（4）④層強風化泥巖（N1x）。棕紅色為主，具水平層理，泥質結構，層狀構造，節理裂隙發育，遇水軟化現象嚴重。巖芯破碎，多呈塊狀、碎塊狀。

工程終點附近挖方段土層剖面示意如圖1所示。

圖1 土層剖面圖（沿道路縱向）

2 存在問題分析

由于道路沿線地形起伏較大，基本為山地，受到道路起終點現狀道路的路面標高控制，該工程沿線基本全部為挖方路段，道路邊坡基本全部為路塹邊坡。特別是起、終點路段，挖方深度較大，為深挖路塹，邊坡高度及邊坡面積較大。

道路施工后，隨著挖方深度的增加，地質土層逐漸顯現，基本與地質勘查報告中的描述一致。然而在工程終點附近約200 m長的范圍內，隨著挖方深度的進一步加大，逐漸接近路床頂面標高時，頂部雜填土層、黃土層已全部揭穿，邊坡出現礫類土與紅色泥巖分界線，礫類土較為松散，時有墜落現象發生。底部紅色泥巖為水平層理，泥質結構，干燥狀態下強度較高，遇水軟化明顯。沿礫類土與紅色泥巖層間有明顯的分界線，呈水平狀延伸。由于上部黃土、礫類土為透水層，滲透性較高，而下部紅色泥巖為不透水層，因此開挖后層間水沿土層分界線沿坡面不斷滲流、匯集，使道路終點處路床范圍積水，土基受到浸泡，土層軟化。邊坡滲水情況如圖2所示。

圖2 邊坡滲水實景（沿道路縱向）

根據地質勘查報告以及施工現場開挖后邊坡滲水情況，該工程終點附近路塹邊坡滲水主要有以下幾個顯著特點：

（1）出水點主要沿礫類土與紅色泥巖土層分界線分布，基本呈水平帶狀分布。

（2）邊坡滲水水壓較小，沿坡面漫流，單位時間內水量較小，滲水持續。

（3）底部為紅色泥巖，基本不透水，導致路基受水浸泡。

根據上述特點，可判斷水源為上層滯水或潛水，即以底部紅色泥巖為隔水層，隔水層上積聚具有自由水面的重力水，主要由雨水、雪融水等滲透補充，消耗蒸發于沿隔水層邊緣下滲。

3 工程措施

對邊坡產生水危害的水的來源有地表水和地下水，因此將邊坡排水設施分為地表排水設施和地下排水設施。為了保證邊坡及路基的穩定，針對地表水，常規的工程措施主要有邊坡排水溝、截水溝等；針對地下水，常規的工程措施主要有盲溝、排水孔等。

根據該工程邊坡滲水特點，采用邊溝、排水溝等無法有效阻截或收集坡面滲流，且路面設計線受現狀路面高程控制，低于圖2中所示的滲水帶，普通盲溝也無法實施。由于邊坡開挖后土層邊界外露，出水點沿分界線呈帶狀分布，而排水孔法坡面排水為點狀分布，對該工程不能有效地收集、排除地下水，不能解決該工程路塹邊坡帶狀滲水的問題。

為了將路塹邊坡不斷滲出的地下水阻截、排除，以保證路基、邊坡的穩定性，結合城市道路既有排水系統，該工程邊坡排水主體思路為：根據水源特點，設置鋼筋混凝土擋墻，將水流阻截在墻背，并同時在擋墻墻背頂部與底部分別設置兩道盲溝，將水流收集，利用盲管進行匯集，最終接入至既有城市地下排水管網系統。同時設置邊坡防護，防止坡面黃土受到雨水沖刷、侵蝕（見圖3）。

圖3 邊坡排水設計流程圖

3.1 擋土墻設計

為了將沿坡面滲流的地下水阻擋在路基范圍外，避免土基受水浸濕后失穩，該次設計在工程終點附近挖方邊坡坡腳（土路肩處）沿滲水帶設置連續的擋土墻。由于西寧地區冬季寒冷，為了防止凍脹造成擋墻墻體破壞，該次擋土墻選用鋼筋混凝土結構，墻背滿鋪防水毯。由于擋墻設置于坡腳處，不便于墻背大量開挖，因此擋墻結構采用L形，即不設置墻踵。墻頂高度以坡面滲水帶高度為控制，基底埋深以路面設計高以及西寧市最大凍深（1.23 m）為控制。墻趾寬30 cm、高30 cm，墻頂寬30 cm，墻面坡率采用1∶0.2。擋墻墻身采用C30混凝土，配抗裂鋼筋、構造鋼筋，擋墻基礎采用45 cm水泥穩定砂礫，水泥含量不小于4%（重量比）。墻背采用天然砂礫回填。地基承載力要求不小于240 kPa。擋墻穩定性計算結果見表1。

表1 擋土墻穩定性計算結果（墻高按4.5 m計算）

3.2 排水系統設計

由于該工程邊坡滲水沿土層分界線基本呈水平帶狀分布，單位時間滲水量小，滲水持續不斷，因此針對該特點，在擋墻墻背底部以及頂部分別設置兩道盲溝。墻背頂部盲溝沿坡面地下水滲出位置設置，盲溝由中粗砂、細礫石反濾層以及盲管組成。盲管采用100 PVC材質，管身打孔，孔徑10 mm，水平間距15 cm，梅花形布置。頂部盲溝主要起到收集、排除沿土層分界線滲出的地下水。第二道盲溝沿擋墻墻背底部設置，由中粗砂、細礫石、粗礫石反濾層、夯實碎石墊層以及盲管組成。由于埋藏于墻背回填砂礫下，承受較大土壓力，盲管采用200混凝土管，管身打孔，孔徑10 mm，水平間距15 cm，梅花形布置。底部盲溝主要收集、排除上部盲溝未排除的滲流水以及坡面雨水。墻背回填以及盲溝實施之前，沿坡面及墻背滿鋪防水毯，防止水流沿墻背或坡面下滲，導致擋墻基礎失穩，如圖4所示。

由墻背兩道盲溝收集的坡面水，在道路終點處，經道路北側同步設計市政排水管道收集后排入既有城市排水管網中。

圖4 擋墻及盲溝設計圖（單位：cm）

3.3 坡面防護設計

邊坡防護和邊坡排水的目的是一致的，都是為了保護坡面的穩定，避免坡面受到雨水沖刷而遭到毀壞。如果只有邊坡排水系統而沒有邊坡防護，那么坡面必然受到雨水的沖刷，并且土體結構可能受到降雨入滲而破壞（坡面比較完好、地質條件好的完整巖質坡面除外）。該工程地處黃土地區，且工程終點附近屬于深挖方路塹邊坡，因此結合上述排水設計，該次邊坡防護采用混凝土預制塊拱形生態邊坡防護，拱形框架內采用植草防護。這種防護形式能夠有效防止坡面雨水沖刷，保證坡面穩定，且形式美觀、簡潔，工藝成熟。

4 結語

（1）該工程終點附近土層分界明顯，上部為填筑土、黃土以及礫類土，透水性較好，下部為紅色泥巖，透水性較差，路塹邊坡開挖后地下水沿土層分界線呈帶狀分布。

（2）排水是保證路基穩定的關鍵因素，該工程除了常規的市政排水管線的設計，針對路塹邊坡開挖露出的地下水設計了特殊的排水系統，能夠有效地將水流收集、排出。

（3）結合坡面防護措施，保證坡面雨水以及地下水能夠有效排出，防止雨水沖刷，保證路基及坡面穩定性。