下沉式道路及其抗浮方法研究

林偉

（廣州市城建規劃設計院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著經濟社會的逐步發展和城市化進程的不斷提速，市政道路在變廣的同時變得更加復雜，主輔路、高架、隧道、下沉式道路等快速化形式交織其中，下沉式道路作為一種城市道路改造升級中常見的道路形式，因其方便交通、阻隔噪聲等獨特的優點受到了設計工作人員的青睞，因此，下沉式道路常見于各個城市有地勢下沉的地方，如南京市濱江大道緯九路上的菱形立交、武漢市花山生態新城的某主干道路下穿中心區域和廣州市濱江東路中山大學北門附近，都采用了下沉式道路的形式。

1 下沉式道路的基本概念

下沉式道路意指道路部分或全部的交通行駛界面低于地面線下一定高度的道路形式[1]。下沉式道路將大量交通由地面轉到地下，通過空間立體上的設計，能夠有效減少道路的用地寬度，并能減少對現狀地面周邊環境的破壞，符合文明施工的設計理念。下沉式道路根據道路頂面敞開程度不同可以分為敞開式下沉式道路（圖1）、半敞開式下沉式道路（圖2）和封閉式下沉式道路（圖3）。3種下沉式道路適用于不同的條件和區域，也對應著不同的結構特性和優缺點，王小生[1]對3種形式的下沉式道路做了詳細的論述，并給出了3種下沉式道路各自對應的工程應用實例。設計者需根據實際需求和現場情況確認設置下沉式道路的必要性和論證下沉式道路方案的可行性。

圖1 敞開式下沉式道路

圖2 半敞開式下沉式道路

圖3 全封閉式下沉式道路

2 下沉式道路的優缺點

2.1 優點

（1）保證各類交通各行其道，互不干擾。下沉式道路可以將快行系統和慢行系統進行高差上的分離，這樣不僅保證了各類交通的有序運行，也大大增加了各自交通的安全運行性能。

（2）隔斷地下水和路面結構，保護道路不受地下水的破壞。對于某些地下水位高、水量豐富且土層透水性好的地區，相對于雙側采用擋土墻的方案，下沉式道路的底板設計能有效防止地下水大量涌入破壞路面結構，影響行車舒適度和安全，符合結構的耐久性、安全性設計相關要求。

（3）降低噪聲，控制城市噪聲污染問題。城市交通繁雜，機動車輛多，由此帶來的噪聲污染不容忽視。下沉式道路兩側的側墻起到了橋梁上隔音屏的作用，它能夠有效地控制和降低機動車行駛過程中帶來的噪聲污染問題。

（4）生態美觀，緩解城市熱島效應。下沉式道路兩側的側墻空間大，為空間立體上的景觀設計提供了便利條件。側墻上的綠化景觀設計在營造良好的行車視覺環境的同時也在一定程度上避免了陽光直射路面，緩解了城市化帶來的熱島效應，創造了更加舒適的居住條件。如武漢市花山生態新城的某主干道路下穿中心區域，就采用布置有生態排水溝，生態擋墻等景觀措施的下沉式道路，以滿足區域生態需求。

（5）分離交叉口道路的車流，減少紅綠燈數量，降低市民出行時間成本。在交叉口處設置下沉式道路，因其以空間上的道路交錯替代了平面上的道路交錯，故可以減少不必要的紅綠燈設置，緩解了早晚高峰期間的交通擁堵問題，減少了市民不必要的交通出行時間。如南京揚子江大道在與天保街、吳侯街、保雙街、平良大街及龍王大街相交之處，設計者選擇將揚子江大道下沉某一高度，從而實現空間上分離相交道路的車流，以達到主路車輛跨速通行不受干擾的目的。

2.2 缺點

（1）為滿足抗浮要求，需增設抗浮措施，增加工程造價和施工工期。首先，下沉式道路低于交通下行駛界面，這就增加了道路建設過程中的開挖、支護、監測及延長工期帶來的相關費用，其次，在某些地下水位高、水量豐富的地區，為滿足下沉式道路的抗浮設計要求，往往需要增設抗浮措施，如增設重層、制作底板等。故就控制成本和工期方面來而言，下沉式道路遜色于常規的地面道路工程。

（2）排水成本高，應對自然災害問題壓力大。下沉式道路相較于道路沿線周邊處于相對低洼的位置，因此雨水流量和匯水面積相對較大，而道路積水不僅對市民的交通出行帶來極大的不便，還會對道路結構本身造成一定的損害[2]，所以排水防澇成為下沉式道路設計中不可忽視的問題[3-4]。目前的設計中，一般采用先在路段最低處集水再通過水泵將快速匯集的雨水抽出的方法，此方法需要保證設計參數選擇準確，且在特大暴雨或泵房存在運行問題的時候，以此種方法設計的下沉式道路將面臨嚴峻的排水考驗。

3 下沉式道路抗浮設計分析

因下沉式道路設計標高往往低于地面線，對于一些地下水位高且水量豐富的地區而言，地下水產生的浮力較大，為保護道路結構不受地下水的破壞，設計時需對下沉式道路進行必要的抗浮設計。下面對壓重層設計、抗浮趾板設計和抗拔樁設計這三種抗浮處理措施進行簡單的對比分析。

3.1 壓重層抗浮設計

壓重層設計即在底板和瀝青面層之間設置一定厚度的C20混凝土，利用其自重抵抗地下水產生的浮力以滿足抗浮設計要求。此方法操作簡單，相較于抗浮趾板而言不需要額外增加開挖寬度，只需控制好道路最終的完成面標高即可，但壓重層需要增加不少的混凝土量。因此壓重層抗浮設計適用于不方便大面積開挖的情況。

3.2 抗浮趾板抗浮設計

抗浮趾板設計即參照擋土墻的墻趾板在底板的單側或雙側外伸一定的長度以達到抗浮的要求。此種方法相較于增加壓重層較為麻煩，外伸的抗浮趾板不僅要增加額外的開挖寬度，還需要和底板一起加鋼筋進行澆筑，故抗浮趾板抗浮設計僅適用于具備大面積開挖條件的情況。

3.3 抗拔樁抗浮設計

抗拔樁與常見的基礎樁最大區別在于樁體承受的是拉力。下沉式道路中設置抗拔樁用以抵抗地下水產生的浮力，受力自樁頂向樁底傳遞，受力的大小隨地下水位的改變而改變。抗拔樁抗浮效果好，且不需要增加額外的用地寬度，適用范圍廣。但此種方法造價相對高于前兩種，故下沉式道路設計時可優先考慮前兩種方法。當前兩種抗浮設計方法不能滿足抗浮設計要求時，再考慮抗拔樁抗浮設計。

4 下沉式道路抗浮設計實際應用分析

某城市道路等級為城市次干路，雙向4車道，設計速度40km/h，該項目所在土層為素填土，透水性強。且緊鄰江邊、地下水位高、水量豐富。為防止地下水涌入道路低洼處破壞道路結構，在路面標高較低路段采用有防水效果的U型槽方案；路面標高抬高后，采用雙側擋土墻方案。全線為敞開段，左匝道長約57m，其中下沉道路段約為40m；右匝道長約50m，其中下沉道路段約為35m（圖4）。

圖4 下沉式道路結構橫斷面

（1）為使下沉式道路能滿足抗浮設計要求，設計采取了先在下沉式道路結構底板上增設40～55.2cm厚C20素混凝土調坡壓重層，再鋪設瀝青混凝土的鋪設方案；此外，因施工現場具備開挖條件，設計還在結構底板左側外挑1m作為下沉道路的抗浮趾板。經過計算，下沉式道路的抗浮滿足規范要求。故對于實際項目而言，設計者可根據計算選取一種或多種方法以達到抗浮設計要求。

（2）某隧道按雙向6車道標準設計，道路等級為城市主干道，設計速度為60km/h。采用閉合框及下沉式U型槽結構，總長490m，暗埋段長119m，兩端敞口段共長371m，屬短隧道，隧道單孔建筑限界凈寬為13m，橫斷面組成為：0.15m（裝修預留寬度）+0.75m（檢修道）+0.5m（左側向寬度）+3×3.5m（車行道）+0.75m（右側向寬度），建筑限界凈高為5m，檢測到高度為0.25m（圖5）。

圖5 標準橫斷面

對于隧道敞開段，結構自重與最大浮力比小于1.05h，結構抗浮設計不滿足要求。為使結構滿足抗浮設計要求，需采取抗浮措施。設計考慮采用抗拔樁設計，根據抗浮計算結果，隧道采用直徑為1.2m的鉆孔灌注樁作為抗拔樁，縱向擬每隔5m設置抗拔樁，每排3根，樁長暫取8～18m。

5 結語

下沉式道路是照明、通風、消防、綠化、配電等集合而成的一個綜合體，它在具備方便交通、阻隔噪聲、生態美觀等優點的同時，也存在排水困難，造價相對較高等缺點，是否設置下沉式道路，設置何種形式的下沉式道路需要設計者根據實際情況確定。但無論哪種形式，都應對結構進行抗浮設計驗算，本文對幾種常見的抗浮設計方法進行了對比分析，并通過實際工程案例進行了簡單的論證，得出結論如下：對于不具備大面積開挖條件的下沉式道路，可優先考慮壓重層進行設計驗算；對于具備大面積開挖條件的下沉式道路，壓重層設計和抗浮趾板設計均可采用；對于地下水浮力大，采用壓重層設計和抗浮趾板設計已經不能夠在滿足經濟效益的情況下達到抗浮設計要求時，可考慮抗拔樁抗浮設計或多種抗浮方式相結合的方法進行設計計算，以使結構達到抗浮設計要求。