航天基地下塬路道路設(shè)計(jì)綜述

蘇英平,鐘 華,李堅(jiān)強(qiáng)

(1.西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西西安 710068;2.中交通力建設(shè)股份有限公司,陜西西安 710068)

航天基地下塬路道路設(shè)計(jì)綜述

蘇英平1,鐘 華2,李堅(jiān)強(qiáng)1

(1.西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西西安 710068;2.中交通力建設(shè)股份有限公司,陜西西安 710068)

以航天產(chǎn)業(yè)基地下塬路工程為設(shè)計(jì)實(shí)例,分析在地勢高差較大、地質(zhì)條件較為困難的建設(shè)條件下,塬邊道路路線的選線原則及選線思路。介紹了大挖方段深路塹路基邊坡設(shè)計(jì)要點(diǎn)和邊坡實(shí)施階段監(jiān)測要求,并提出動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念,同時(shí)介紹邊坡防護(hù)原則及形式。最后,對(duì)該工程設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)做了小結(jié),以便為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

道路設(shè)計(jì);下塬路;路基邊坡;邊坡防護(hù);深路塹

1 概述

隨著西安國家民用航天產(chǎn)業(yè)基地城市空間范圍向南不斷拓展,趨于接近少陵塬塬邊地帶,塬上為航天基地城區(qū),塬下為西安市長安區(qū)城區(qū),塬邊地帶垂直高差約90 m,平面距離約340 m。為了加強(qiáng)塬上城區(qū)與塬下城區(qū)經(jīng)濟(jì)文化的交流溝通,確保城市片區(qū)的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系,首先要加強(qiáng)路網(wǎng)連通。同時(shí),為解決航天產(chǎn)業(yè)基地一期排水規(guī)劃管道(重點(diǎn)是d2 800重力流雨水管道)的下塬問題及長安區(qū)給水、天然氣管道的上塬問題,結(jié)合各種不同市政管道埋設(shè)條件,管道沿道路線位鋪設(shè)。根據(jù)航天基地規(guī)劃與西安市大規(guī)劃的對(duì)接情況,規(guī)劃雁塔南路與長安區(qū)中環(huán)路連接,促成下塬路道路市政工程的實(shí)施。本文主要介紹道路工程設(shè)計(jì)事項(xiàng)。圖1為道路路網(wǎng)位置示意圖。

1.1 道路工程范圍及規(guī)模

西安國家民用航天產(chǎn)業(yè)基地下塬路市政工程位于航天基地南端,長安一中和長安水利建筑工程公司之間。道路總體呈北南走向,北起規(guī)三路(紅線寬度30 m),南至西湯公路,接已施工的長安區(qū)中環(huán)路與西湯公路交叉口。沿線未與其它道路相交。道路全長1 761.733 m,紅線寬度為20 m,道路等級(jí)為支路,設(shè)計(jì)車速為20 km/h。

圖1 道路路網(wǎng)位置示意圖

道路工程修建規(guī)模:道路占地7.4 hm2,車行道路面積24 326 m2,人行道鋪砌面積8 461 m2,防護(hù)圬工(M10漿砌片石)15 392.32 m3,路基排水圬工(10漿砌片石)1 321.52 m3。

1.2 下塬路工程建設(shè)條件

道路現(xiàn)狀范圍主要為耕地、塬邊荒地、磚結(jié)構(gòu)房屋。由于沿線地形復(fù)雜,地勢高差過大,約88 m,平面距離約340 m,需通過道路選線克服高差爬坡。場地地貌單元為黃土塬,各層地基土層位較穩(wěn)定,地基均勻性一般。擬建場地為自重濕陷性黃土場地。地基濕陷量計(jì)算值Δs為455.0～1 295.6 mm,地基濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)(很嚴(yán)重)。地基土承載力基本容許值fa0為150～180 kPa。擬建場地地形起伏較大,屬抗震不利地段。

2 道路工程設(shè)計(jì)

下塬路道路工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是路線設(shè)計(jì)、路基邊坡及防護(hù)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)是交通附屬工程設(shè)計(jì)(包含無障礙、交通標(biāo)志標(biāo)線及安全設(shè)施)。

2.1 路線設(shè)計(jì)

2.1.1 路線設(shè)計(jì)原則

該工程道路設(shè)計(jì)難點(diǎn)是路線布設(shè),路線設(shè)置原則如下:

(1)該道路為城市支路,原則上遵循規(guī)劃路網(wǎng)總體布局,線位根據(jù)地形、地物及地質(zhì)條件通過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證最終確定,同時(shí)兼顧排水需要;

(2)路線布設(shè)盡可能順應(yīng)地形、地物,減少拆遷,盡量避免高填深挖,節(jié)省工程造價(jià);

(3)路線布設(shè)應(yīng)考慮避讓地質(zhì)病害,盡量減少對(duì)自然山體的破壞,保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境;

(4)路線布設(shè)應(yīng)結(jié)合沿線主要控制點(diǎn),遵循美觀、適用、經(jīng)濟(jì)原則,統(tǒng)籌考慮,合理地布設(shè)線位;

(5)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),做好道路平、縱、橫組合設(shè)計(jì)。

2.1.2 路線布設(shè)

首先是路線起終點(diǎn)的確定。結(jié)合西安市城市路網(wǎng)規(guī)劃和航天基地路網(wǎng)規(guī)劃,匯總航天管委會(huì)主任辦公會(huì)會(huì)議意見和建議,確定道路起點(diǎn)位于航天基地?cái)堅(jiān)麻w南側(cè)的規(guī)三路,終點(diǎn)接長安區(qū)西湯公路(樊川路),且與中環(huán)路連通。其次是路線走廊帶的確定。結(jié)合塬邊地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)估報(bào)告和路線設(shè)計(jì)原則確定走廊帶。該工程所在地以西的長安水利建筑工程公司西北側(cè)有雙竹村一組滑坡(H02),項(xiàng)目所在地東側(cè)長安一中老校區(qū)有長安一中崩塌(B05h01)。項(xiàng)目所在區(qū)域有天地洞、骨灰堂等必須避讓的建筑物,還需考慮盡量減少塬下西湯公路北側(cè)一帶居民區(qū)的拆遷。上述控制因素嚴(yán)重制約了路線的布設(shè)。為避開地質(zhì)災(zāi)害,線位必須在長安一中老校區(qū)圍墻和長安水利建筑工程公司之間進(jìn)行布設(shè)。經(jīng)過幾次方案比選,確定最佳的下塬路路線。

在長安水利建筑工程公司東北側(cè)塬上布設(shè)第一處回頭曲線;然后轉(zhuǎn)向東沿塬邊展線下坡至天地洞北側(cè),設(shè)置第二處回頭曲線;之后再沿塬中間平臺(tái)向西經(jīng)骨灰堂北至長安水利建筑工程公司東側(cè),設(shè)置第三處回頭曲線;接著轉(zhuǎn)向東沿坡面展線下坡,經(jīng)骨灰堂、天地洞南側(cè)坡面至長安一中老校區(qū)西側(cè),設(shè)置第四處回頭曲線;路線再轉(zhuǎn)向西沿塬下坡腳布設(shè)。全線共設(shè)置平曲線交點(diǎn)16個(gè),其中回頭曲線設(shè)置了4處,最大圓曲線半徑為251 m,最小圓曲線半徑為20 m(回頭曲線)。起終點(diǎn)高差84.905 m,平均縱坡4.82%,直角和回頭彎處道路采用緩坡,其余路段采用陡坡。圖2為道路平面線位圖。

圖2 道路平面線位圖

2.2 路基邊坡設(shè)計(jì)

該工程挖方以黃土邊坡為主,考慮邊坡的穩(wěn)定性、耐久性和挖方斷面的經(jīng)濟(jì)性,并兼顧施工和養(yǎng)護(hù)需要,根據(jù)黃土的時(shí)代成因、所處地貌單元、構(gòu)造節(jié)理、邊坡高度、地面水和地下水條件以及自然穩(wěn)定邊坡的形狀等綜合確定該工程邊坡坡率。采用經(jīng)濟(jì)合理的排水防護(hù)工程及病害防治措施,確保路基具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。該道路地形較為陡峻,起終點(diǎn)高差較大,為降低施工難度,路基以挖方為主。挖方邊坡高度最高35.02 m,填方邊坡高度均在15 m以內(nèi)。挖方路基特別是深挖路塹路基是該工程的重點(diǎn)。

土質(zhì)挖方邊坡高度大于20 m,針對(duì)深挖路塹采用逐段工點(diǎn)用力學(xué)分析法驗(yàn)算邊坡穩(wěn)定性,土質(zhì)邊坡采用圓弧滑動(dòng)法搜索滑動(dòng)面,圓弧分析采用簡化Bishop法。安全系數(shù)分別按照正常工況和非正常工況Ⅰ進(jìn)行計(jì)算,正常工況安全系數(shù)不小于1.2,非正常工況Ⅰ時(shí)不小于1.1,并結(jié)合防護(hù)、支擋形式等綜合設(shè)計(jì)路塹邊坡。該工程深挖路基均為土質(zhì),除設(shè)置路塹擋土墻段落外,邊坡坡率采用寬臺(tái)陡坡處理,邊坡坡率采用1∶0.5～1∶0.75。挖方邊坡采用臺(tái)階形開挖,每8 m分級(jí),分級(jí)平臺(tái)寬3～5 m。

結(jié)合考慮邊坡穩(wěn)定和施工安全性,提出深挖路塹施工階段注意事項(xiàng):(1)施工工序應(yīng)自上而下進(jìn)行,先施工截水溝,然后開挖邊坡,開挖一級(jí)防護(hù)一級(jí),不應(yīng)使邊坡暴露時(shí)間過長;(2)施工中邊坡開挖揭示的實(shí)際地質(zhì)信息與設(shè)計(jì)不符時(shí),應(yīng)及時(shí)反饋設(shè)計(jì)單位,以便調(diào)整方案,加強(qiáng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

提出深挖路塹邊坡監(jiān)測建議和指導(dǎo)檢測方案。在深挖路塹邊坡施工時(shí)必須請(qǐng)有監(jiān)測資質(zhì)的第三方監(jiān)測部門實(shí)施監(jiān)測。深挖路塹邊坡沿線路方向一般每隔50～80 m設(shè)置監(jiān)測斷面,每個(gè)工點(diǎn)應(yīng)有不少于2個(gè)監(jiān)測斷面。且邊坡最高斷面附近必須設(shè)置監(jiān)測斷面。每個(gè)斷面分別于塹頂及邊坡平臺(tái),并在邊坡可能破壞的范圍外30 m,通視條件良好的位置設(shè)照準(zhǔn)點(diǎn)和置鏡點(diǎn)。監(jiān)測方法:宜采用水準(zhǔn)儀及經(jīng)緯儀或全站儀測量,監(jiān)測邊坡水平、垂直位移等變形狀態(tài)。監(jiān)測頻率:監(jiān)測樁埋設(shè)后應(yīng)觀測幾次,確定穩(wěn)定的起始基準(zhǔn)值;路塹開挖施工期每天1次,路塹開挖間歇期每三天1次,施工完后1～3個(gè)月,每周1～2次,3個(gè)月以上,每月1～2次。觀測頻率可根據(jù)邊坡工程安全等級(jí)、邊坡穩(wěn)定性、施工進(jìn)程及監(jiān)測類型等實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。監(jiān)測警戒值根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)采取類比法和監(jiān)測資料的分析、歸類總結(jié)確定。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,加強(qiáng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),及時(shí)有效地調(diào)整設(shè)計(jì),更好地為工程建設(shè)服務(wù)。

2.3 邊坡防護(hù)工程

邊坡防護(hù)工程以“安全、環(huán)保、和諧”且施工方便為原則,在滿足安全的前提下盡量選用環(huán)保、綠化的形式,突出植被護(hù)坡綠化的效果。在路基邊坡綠化上應(yīng)體現(xiàn)“恢復(fù)自然,盡量減少人工痕跡”的宗旨,提供良好的視覺效果。

2.3.1 路堤邊坡防護(hù)

路堤邊坡防護(hù)以坡面防沖刷為主要目的,以經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀大方且施工方便為原則。當(dāng)路堤邊坡高度H≤8.0 m,為保持與周圍環(huán)境融為一體,采用植草、灌防護(hù),防止水土流失,增強(qiáng)路基穩(wěn)定性。選擇根系發(fā)達(dá)、莖矮葉茂、生長繁殖迅速及易成活的當(dāng)?shù)刂参铩?/p>

2.3.2 路塹邊坡防護(hù)

路基的開挖破壞了現(xiàn)有地表植被,開挖面易產(chǎn)生沖刷,發(fā)生水土流失,同時(shí)影響到邊坡穩(wěn)定,所以路塹邊坡防護(hù)以減小環(huán)境破壞、保證邊坡穩(wěn)定為前提,努力將該工程建設(shè)成為景觀路、生態(tài)路、旅游路。該工程結(jié)合黃土的特點(diǎn),黃土直立性較好,但綠化困難,從環(huán)境保護(hù)、景觀設(shè)計(jì)等角度考慮,根據(jù)路塹邊坡高度,與排水設(shè)計(jì)相結(jié)合,選擇多種工程防護(hù)與植物防護(hù)類型,采用以下防護(hù)形式。

(1)爬藤綠化防護(hù):適用于邊坡坡率為1∶0.25～1∶0.5的路段,在挖方坡腳和平臺(tái)設(shè)置。

(2)植草、灌:適用于高度H＜8 m的土質(zhì)挖方邊坡,邊坡坡率為1∶1。

(3)護(hù)面墻:適用于陡邊坡、寬平臺(tái)固坡腳。

(4)錨桿格梁:適用于深挖邊坡、邊坡欠穩(wěn)定路段。

(5)路塹墻:適用于邊坡開挖受限或邊坡欠穩(wěn)定路段。

2.4 交通附屬工程

該工程設(shè)計(jì)把“以人為本”的設(shè)計(jì)理念貫穿始終,為滿足和方便殘障人士使用,且保證其安全,配合人行橫道的位置設(shè)置無障礙緣石坡道,增加相應(yīng)的告示牌,明確殘障人士需在有民事行為能力人的陪同下通行。為確保非機(jī)動(dòng)車輛和機(jī)動(dòng)車輛路用權(quán)力,采用完善的交通提示警示標(biāo)志標(biāo)牌及行政告示牌。陡坡路段設(shè)置橫向振動(dòng)減速標(biāo)線。沿下坡方向,在回頭曲線前適當(dāng)位置,配合警告、禁令標(biāo)志設(shè)置橫向振動(dòng)減速標(biāo)線。設(shè)置提醒自行車使用者需推行通過的告示牌。

為保證車輛、行人安全,該工程在路基外側(cè)安全距離較小(小于3 m)、邊坡高度較大的路段,設(shè)置車行道外側(cè)防撞護(hù)欄和人行道外側(cè)欄桿。圖3為道路建成效果圖。

圖3 道路建成效果圖

3 工程總結(jié)

(1)在該工程條件受限情況下,道路斷面布設(shè)考慮應(yīng)急避險(xiǎn)車道。為保證車輛和行人安全,采用路基護(hù)欄將車行道和人行道完全隔離,同時(shí)利用路側(cè)帶設(shè)置50 cm綠帶兼作碎落臺(tái),防止高邊坡墜落土塊影響行人安全。圖4為道路橫斷面圖。

圖4 道路橫斷面圖(單位:m)

(2)高填深挖路基邊坡設(shè)計(jì)方面,為最大減少對(duì)塬坡面擾動(dòng),減少對(duì)環(huán)境的破壞,同時(shí)節(jié)省工程量,邊坡設(shè)計(jì)采用固坡腳、強(qiáng)坡腰、護(hù)坡頂及完善排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,采用寬臺(tái)陡坡處理,邊坡坡率采用1∶0.5～1∶0.75。

(3)高填深挖路基段施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)邊坡實(shí)時(shí)監(jiān)測,結(jié)合施工提出動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)思路,施工發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)不符之處及時(shí)反饋,及時(shí)修改設(shè)計(jì)。特別是護(hù)面墻施工,需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,削坡量應(yīng)盡量小,坡腳挖除不宜太大(不大于1 m),較大時(shí)應(yīng)縮小一次施工長度(不大于10 m)。

(4)路基防護(hù)與邊坡排水密不可分,邊坡排水設(shè)施現(xiàn)狀地形和排水管道的有效結(jié)合,才能形成完善的排水系統(tǒng)。特別注意雨期施工,路基邊坡開挖后應(yīng)立即刷坡并實(shí)施相應(yīng)的防護(hù),開挖一段(不大于10 m)，防護(hù)一段,以防雨水沖刷。路基外側(cè)在必要的路段應(yīng)設(shè)置排水邊溝、擋水土埝等設(shè)施,防止路基以外水流入路基范圍。

(5)考慮該工程的特殊性,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)沿線交通安全設(shè)施設(shè)計(jì),完善急彎陡坡標(biāo)志、告示標(biāo)志(如車輛告示及行人告示)、回頭曲線處道路廣角鏡等設(shè)施,做好路面強(qiáng)制減速設(shè)施設(shè)置,保證行車安全。

(6)設(shè)計(jì)應(yīng)明確建議綠化工程與路基施工同步進(jìn)行,統(tǒng)籌施工工序。沿線利用地形和空地設(shè)計(jì)的整平綠化區(qū)域應(yīng)盡早形成,減少施工期間的水土流失。

U412

B

1009-7716(2015)03-0004-03

2014-12-09

蘇英平(1981-),女,山西萬榮人,碩士,工程師,從事道路設(shè)計(jì)工作。