復雜地質條件下的城市道路斷面設計

毛傳義

（上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海200092）

1 工程背景

昆明市320國道（眠山—車家壁）段改擴建工程由人民西路眠山口至安石路立交橋處，全長為6.98 km，是320國道的一部分，是昆明市確定的九大出口之一，是通往馬街鎮工業區及西山旅游風景區的主干道。途經馬街鎮、昆明市電纜廠、昆明市水泥廠、昆明市發電廠，道路紅線寬48 m，控制線寬58 m。

320國道現狀道路為20世紀70年代修建，道路寬20～30 m，路面寬10～30 m，為公路式道路，道路基層為手擺塊石，面層為瀝青淺貫層，后經多次修補，平整度較差，路基損壞較嚴重，多處積水，有效斷面不夠，阻車嚴重；道路兩側邊溝不完善，涵洞斷面較小，每年均成為防洪重點地段；電力、電信、有線電視網縱橫交叉，綠化行道樹老化枯死，使得該段道路成為昆明市西部出口的一個瓶頸。

2 工程概況

320國道工程西臨西山，整個地形西高東低，兩側居民住宅密集，且根據昆明市規劃局的規劃，西側山體為保護林區，因此線型方案基本上采用原老路中心線向東偏的方案。這就造成線路東側的多個路段，如眠山口段、電廠對面魚塘段、電廠及水泥廠生活區等路段東側都出現了大填方。其中，在電廠對面的魚塘段，填方路堤高差最高處超過9.5 m。

在施工圖設計階段，由于該路段的地質勘探（詳勘階段）的深度不能滿足修建擋土墻等結構物的要求，經過各方面比較，最終選擇了邊坡放坡設計的方案。該設計方案投資較小，施工也簡單，而且風險性小；但其缺點同樣明顯，工程占地較大，在高差最高處放坡坡腳線超出道路設計紅線15 m，這對于一條城市老路改建來說實施難度很大。因此，在施工圖設計階段也建議建設方在該路段進行地質補勘工作，在詳勘報告出來后再進行方案論證。

在工程施工階段，由于該工程的征地工作是由當地部門根據初步設計的圖紙完成的，所以其征地范圍為設計控制線58 m，而從現場工作開展來看，進行二次拆遷存在很大困難；而且該路段為魚塘區，為該地區村民利用電廠冷卻水養殖羅非魚場所，征地賠償金額非常高（1 hm21800萬元左右），因此采用放坡的方案可行性較差，必須在原有方案的基礎上進行重新考慮。

3 方案考慮

根據補勘資料，在該段地區有軟弱下臥層（淤泥層，含水量豐富，承載力僅6～8 kPa）存在。由于該段道路正好處于山體坡腳處，如果采用放坡的方案，經過驗算，存在通過軟弱下臥層的滑裂面（見圖1所示），必須對現場條件進行詳細的分析，對原設計方案進行調整。

由于軟弱下臥層的存在，在設計方案的選擇上形成了很大的障礙。根據工程地質資料及其它工程資料，首先必須對軟弱下臥層進行處理。按照通常的做法，可以采用碎石樁或粉噴樁進行處理，但是從相近地質情況的其他工程，如高海公路、廣福路的實施效果來看，以上兩種處理方法并不明顯，單樁承載力遠低于預計設計承載力。而且碎石樁抗剪能力比較差，對抵抗滑移的效果不大，因此以上兩種深層地基處理方法在該工程并不適用。經過多方比較，采用水泥深層攪拌樁對地基進行處理。

對水泥攪拌樁處理場地內，首先應挖除根莖土、建筑垃圾等雜填土，對浜塘路段及場地低洼處地表泥濘，機械安裝就位困難的，應抽水清淤，分層回填碾壓密實的適當厚度的粘性土料做為施工面（以路塹段開挖的褐黃色沙質粘性土或混合巖全風化土為宜）。攪拌樁停漿面為地面清表線（場地平整面），攪拌樁施工結束后，應挖除樁頂浮土，回填30 cm砂礫材料，碾壓密實后作為路基墊層。砂礫材料組成可按表1執行。

表1 砂礫材料配比表

待水泥攪拌樁強度形成后，方可進行邊坡和結構施工。

對于邊坡防護，經過考慮，初步確定有三種設計方案：

（1）先按1∶1.5坡度放坡，在道路控制線58 m處設一道擋土墻。擋土墻形式另行比較選取（見圖2）。

該方案的特點是在5 m的綠化大范圍內按1∶1.5坡度放坡約3.0 m，然后在道路控制線上設置一道擋土墻。擋土墻可采用重力式、衡重式或懸臂式。擋土墻高約4～7 m。

（2）采用“半山橋”的形式，在東側大填方側采用樓板式+擋土墻的形式（見圖3）。

該方案采用樓板式+擋土墻的形式，在非機動車道、人行道和綠化帶范圍內采用樓板式結構，機動車道邊緣采用放坡的形式，放坡至控制線時采用擋土墻的形式予以支撐。由于處于景觀的需要，工程要求在該段范圍內仍然保持綠化帶的延續性，即在該段道路范圍內橫斷面布置時仍要考慮綠化帶。

（3）采用復式斷面，將高填方段分為幾段分別設擋土墻（見圖4）。

該方案采用“復式斷面”，將原先最多9.6 m的高差在三部分擋土墻上分配實現。擋土墻采用重力式擋土墻。擋土墻最高不超過5 m。

4 方案分析

4.1 方案一

從功能及占地上來看，首先考慮的是在路寬58 m控制線上設一道擋土墻。由于事先進行了放坡，因此，對擋土墻來說高度降低，其承受的土壓力也得到部分緩解。

從實際情況來看，該方案的實施有較大的困難。由于擋土墻最高仍然高達7 m多，而經過深層攪拌樁處理后的地基承載力僅為120 kPa（12 t），因此對地基承載力要求極高的衡重式擋土墻（適用基礎最好為巖質地基，承載力在300 kPa以上）就不再適用。對于重力式擋土墻來說，雖然其對地基承載力的要求沒有衡重式擋土墻高，通過計算，7 m高的擋土墻其承載力要求也在170 kPa（17 t）以上，而且由于擋土墻仍然比較高，所需要的斷面尺寸，其采用的塢工量非常大，經濟性也較差。而對于懸臂式擋土墻來說，由于采用了“相對輕盈”的鋼筋混凝土結構，結構尺寸相對于重力式擋土墻來說有所需減少。但由于懸臂式擋土墻采用了相對高昂的材料，只適用于較低的擋土墻。雖然它通過擴大基礎尺寸能減小對地基承載力的要求，但7 m多高的懸臂式擋土墻背部所承受的土壓力非常大。由于在擋土墻基礎頂部墻身截面、前趾根部截面處所受彎矩同懸臂式擋土墻高度成幾何比例增長，其彎矩非常大，導致鋼筋用量比較多，工程造價比較高。據初步估計，采用此方案200 m道路范圍內總投資約750～800萬元（包括地基處理費用210萬元）。

4.2 方案二

對于“半山橋”方案，其采用整體式結構。由于該方案只是在非機動車道、人行道和綠化帶范圍內采用樓板式結構，因此其荷載并不是很大。其工藝是將樓板式基礎整體澆筑于深層攪拌樁的墊層之上，然后通過墩柱支撐上部的樓板結構。人行道荷載按照橋梁荷載3.5 kN/m2計算；對于綠化帶來說，按照種植高大樹冠、淺根系的喬木所需要的最小厚度0.8 m計算。如果樓板離地面過高，可在墩柱之間加橫向隔梁以增加整體性。

半山橋的形式在山區公路中應用也比較廣，而且所計算的荷載不大，因此該方案顯得結構輕盈；從圖2中也可以看出其填土高度同方案一相比較小，因此造價也比懸臂式擋土墻略低（總投資約550萬元）；如果在橫斷面布置時能夠不考慮綠化帶，其造價還可以進一步降低。但該方案也有比較明顯的缺點。對施工來說，整體式混凝土基礎的施工必須開挖原地面，可能會影響右側老路的整體穩定，因此必須對其進行支擋防護。同時，由于樓板式結構柱間距較小，碾壓機械無法進入施工，只能采用人工壓實，對回填土的壓實帶來較大困難。對使用來說，該工程地處城鄉結合處，交通管理不便，可能會出現機動車進入半山橋的情況，這對計算荷載較小的樓板式基礎來說是相當危險的。而且，由于樓板式結構的存在，對于工程以后的改建有較大的難度，這個問題對于加筋土擋土墻來說同樣存在。因此，綜合各方面的因素，在該路段并沒有采用半山橋的形式。

4.3 方案三

在通常情況下，除了立交等特定形式外，分離式斷面在城市道路中并不常用。特別是在路段上，由于復式斷面所造成的視覺效果較差，通常不會采用分離式斷面。

在320國道魚塘路段，有著自身的工程特性。首先，320國道本身就處于城市郊區西山坡腳，地勢西高東低，采用西高東低的復式斷面正好適應了地勢本身的特點；其次，采用復式斷面能有效地解決由于填土高、范圍小所帶來的問題。該方案能在很大程度上減少高填方帶來的巨大的土壓力的影響，減少為了抗衡這些土壓力所必須的結構，大大提高了經濟性，減少了風險。還有一個原因，由于該路段處于整條道路相應的高點，設計標高比昆明市區標高高出約10 m，采用復式高低斷面甚至有可能使雙向行駛的車輛的視野提高，在靜觀方面帶來意想不到的收獲。種種理由顯示，該路段采用分離式斷面是合適的。

從補勘的勘探資料上來看，該路段有軟弱下臥層（淤泥層，承載力僅6～8 kPa）存在，在高填土的作用下確實有滑體（滑坡的邊界穿過軟弱下臥層）存在。因此，采用以“減負”為出發點的復式斷面能防止潛在的滑坡，提高安全性，這也在另外一個方面肯定了復式高低斷面的方案。

5 分離式斷面設計

具體設計時，考慮到西側半幅路的雨、污水管道已經先行敷設完畢，而且由于道路西側緊貼西側山體上的鐵路路基（鐵軌標高超過原有道路標高約2 m，鐵路同老路之間有一道圍墻），因此設計時保持西側半幅道路標高同原有道路標高基本不變。東側機動車道、非機動車道和人行道利用該路段兩側的變坡點同西側半幅道路分離，設置不同的變坡點和豎曲線，使其不處于同一平面。如圖5所示，其高差最大處可分別達到3.6 m和2.0 m。

在西側道路和東側非機動車道之間，以及東側非機動車道和人行道之間設置漿砌片石重力式擋土墻（擋土墻內預埋鋼筋），在擋土墻頂部設置防撞設施，其他地方采用攀懸植物進行豎向綠化。在斷面分離處，為了防止機動車進入非機動車道產生額外荷載，在非機動車道入口處設置紅白相間的警示桿。

6 結語

320國道魚塘段地形比較復雜，工程地質情況比較差，同時征地工作進行也比較困難，采用分離式高低斷面結合水泥攪拌樁的設計方案既能夠解決由于征地困難帶來的用地不足的問題，同時工程本身采用結構比較簡單，風險性小；投資節約，經濟性好；施工難度較小，工期短。這些因素，都為320國道最終的順利完工奠定了基礎。從這些方面來說，采用分離式高低斷面結合水泥攪拌樁的設計方案是完全合適的。

從現場實施的效果來看，深層水泥攪拌樁的單樁承載力達到了預期的設計承載力要求，而復式斷面的采用也給320國道（后改名為春雨路）帶來了意想不到的特色景觀，使其與滇池路一起成為昆明市最漂亮的兩條景觀大道，見圖6所示。