山地建設場地道路及邊坡設計技術(shù)問題研究

1、山地建設場地道路及邊坡設計技術(shù)問題研究摘要 城鎮(zhèn)上山是云南省現(xiàn)階段的基本建設指導思想之一，山地城鎮(zhèn)建設中的具體設計思路和技術(shù)細節(jié)關(guān)系到城鎮(zhèn)上山的科學性、安全性、經(jīng)濟性和合理性?；谠O計的以人為本原則，結(jié)合多年的工程實踐經(jīng)驗，從功能、安全、綠色生態(tài)及經(jīng)濟性角度出發(fā)，本文針對山地道路規(guī)劃、場地平整及邊坡治理中容易被忽視或者被不恰當?shù)靥幚淼膸讉€一般性問題進行探討，所提出的相關(guān)看法和建議，可供工程實踐參考。關(guān)鍵詞：山地、道路規(guī)劃、場地平整、邊坡、支擋設計1. 引言云南省總?cè)丝?4000 余萬，盡管擁有約 39 萬平方公里的國土面積，但山地所占比例高達 94%，為確?；靖?，城市基本建設用地極為緊張。

2、今年來，云南省委省政府提出了城鎮(zhèn)上山的基本建設指導思想。山地建筑是指建設在自然地形坡度大于 8%的場地上的建筑，山地建筑建設場地的特點是坡地建設有較多擋墻、護坡，道路長度增加，人工挖填場地將改變原始地形地貌、水系、邊坡穩(wěn)定性等。為保證建設場地的功能、經(jīng)濟和環(huán)境等方面的效益，項目規(guī)劃及設計中需要針對性地解決大量與之相關(guān)的技術(shù)問題，本文結(jié)合工程規(guī)劃及設計中面臨的實際情況，對與山地道路規(guī)劃、場地平整及邊坡等相關(guān)的問題進行探討，試圖為工程實踐提供有益的參考。2. 山地道路規(guī)劃在工程實踐中，主要道路有如一棵樹的樹干，而周邊支路和地塊有如大樹的枝干和樹葉，彼此是有機聯(lián)系的，主要道路標高是否合理，將極大地制

3、約和影響周邊道路的設計和地塊的開發(fā)利用。對于土石方，我們不能簡單地以土石方的造價來進行評價。在常規(guī)設計中，對道路的考慮更多地是著眼于防洪、坡度、邊坡、路橋和土石方平衡等因素來進行的，而對周邊建設場地開發(fā)成本的影響卻往往被忽視，不合理的道路規(guī)劃將導致周邊建設場地利用成本和技術(shù)處理難度的大幅度增加。土也是寶貴的自然資源，一般地，地質(zhì)學認為，巖石風化為土約需 500 萬年的時間，而由一般的土再進化為可耕植的土，則另需約 300 萬年的時間。人工挖填土石方，必然會對原始地形地貌、甚至生態(tài)環(huán)境造成不利的影響，故從總體上而不是某個子項出發(fā)，盡量減少項目建設的土石方量是很有必要的。在楚雄某工業(yè)園區(qū)道路規(guī)劃及

4、設計中，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查、復核不會造成防洪、排水等相關(guān)問題后，將在方案中僅道路建設土石方平衡的某段 2km 長道路的平均標高下調(diào) 1m，可為周邊相鄰地塊建設節(jié)約土石方約 30 萬立方米。生活中，經(jīng)過村鎮(zhèn)的道路，在村鎮(zhèn)范圍內(nèi)的道路路面積水嚴重，路面及路基很容易損壞，其原因在于受居民生活用水無組織傾倒及該區(qū)域排水設施被破壞的影響，事實上，巖土含水率高時，其強度均會有所下降，此時的巖土體在外荷載作用下容易發(fā)生破壞。生活中，做好此類路面的養(yǎng)護的關(guān)鍵在于做好截排水設施，保證路面和路基的干燥，而不是簡單地在破壞的路面上進行填土鋪墊或面層修復。截排水設計是確保道路及場地安全的重要因素，山區(qū)道路的修建，必然會跨越場

5、地原始的排水溝道，故除設置沿道路縱向的排水溝外，還有必要盡量在原有溝渠的相應位置設置必要的跨路排水溝，盡量確保原有排水體系的不變性。山區(qū)排水溝的排水坡度可能較大，來流流速高，動能大，因沖刷可能對溝渠的穩(wěn)定性影響較大。從流體力學原理出發(fā)，當坡度較大的山地排水溝不能直接引出，需與道路縱向排水溝相連接時，需要在接入點前端，設置流體消能設施；當?shù)缆房v向坡度較大且坡長較長時，也應分段設置消能設施。在項目規(guī)劃設計中，確定道路標高是確定建筑標高的前提。為確保建設項目的使用環(huán)境，宜結(jié)合建設需要，在滿足使用功能要求的前提下，盡量減少道路占地面積。在山地建設中，部分路段采用較大的、超越城市道路設計規(guī)范要求的道路縱

6、坡是有必要的，一般地，道路的最大縱坡可參考“云南省山地城鎮(zhèn)城市道路工程設計導則”（以下簡稱道路導則）按表 1 確定。筆者建議，對于局部地形不利的小區(qū)道路，設計時速可按 1015km/h, 最大坡度上限可取 15%表 1機動車道最大縱坡限值設計速度(km/h)806050403020最大縱坡 (%)一般值456789極限值67891012（1）設計速度40km/h 的主干路及改建道路，受地形條件或交叉口使用要求限制時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，最大縱坡可增加 1%。（2）積雪或冰凍地區(qū)各等級道路最大縱坡不應大于 6.0%在設有超高的平曲線上，超高橫坡度與道路縱坡度的合成坡度應小于或等于下表的規(guī)定值。在道路

7、導則中，還給出了合成坡度的上限值如表 2 所示。表2：合成坡度設計速度(km/h)806050403020合成坡度(%)99.59.5111213筆者認為，需要提醒的是上述坡度不能簡單地按道路中心線進行計算，而應按設計的最不利汽車行駛路線標志點進行計算。某小區(qū)道路交叉口的施工圖設計如圖 1所示，按道路中心線計算，沿 BO 的坡度為 8.0%，OA 的坡度為 7.8%, 均在 8%以內(nèi)，然而，若按 BOA 的下行汽車最不利行駛路線計算，其坡度將達到 25%，顯然是不能滿足使用要求的。從交通安全的角度考慮，道路交叉口不宜采用較大的圖 1 某小區(qū)道路交叉口設計坡度示意縱向坡度，這樣有助于提高路口會車

8、的安全性。在機動車縱向坡度較大(建議平均縱向坡度大于5%)的區(qū)域內(nèi)，宜單獨設置供行人通行的步道系統(tǒng)，做到人車分流，提高小區(qū)人員通行安全性。坡度較大道路上的縱向排水溝，宜采用盲溝系統(tǒng)。排水溝內(nèi)，宜進行粗糙化處理，以降低水流速度。對于山地建筑擬建場地，消防車道需要是影響道路設計的關(guān)鍵因素之一。當單體建筑占地面積及總建筑面積較小時，可按相關(guān)規(guī)范要求將多棟單體建筑合并成組考慮消防問題。另一方面，即使是對坡地高層建筑，消防車道也不一定需要環(huán)通?！霸颇鲜∩降爻擎?zhèn)系列設計導則（建筑工程部份）”（以下簡稱建筑導則）第 4.2.4 條規(guī)定：“坡地高層建筑周圍宜設環(huán)形消防車道或沿建筑的兩個長邊設消防車道，當確有困

9、難時，應沿建筑的一個長邊設置消防車道，且該長邊應為消防車登高操作面?！边@意味著在困難條件下，建筑只需沿一個長邊設置消防車道，在建筑長度范圍內(nèi)同時作為消防車登高操作面即可，此時該區(qū)段的道路坡度宜小于 3%，不應大于 5%。2場地平整現(xiàn)行地塊的劃界方式，與我國各行政區(qū)的劃界方式相似，一般以水溝、陡坎、山谷或山脊為邊界線，這樣的劃界方式容易給建設場地的平整帶了不必要的困難，在山脊處容易導致高邊坡，而在水溝、山谷處，容易導致高填方邊坡或陡坎。因而從控制城市建設或項目的總體開發(fā)成本的角度出發(fā)，地塊的劃界及供給，宜根據(jù)地形地貌，考慮減少場地平整土石方和改善地界附近場地穩(wěn)定性的需要。五華區(qū)沙朗民族中學的西側(cè)

10、（圖 2），最初用地范圍的一部分邊界就是以場地附近的有防洪功能的山谷邊為界的，為確保建設有效用地面積，沿用地的部分邊界（即 ABCD 段），需設置 15m 高、200m 長度的垂直支擋設施（考慮采用鋼筋混凝土扶壁式擋土墻），后經(jīng)提請業(yè)主與村民協(xié)商，將用地范圍擴至深溝對面的非基本農(nóng)田山腰處，在深溝內(nèi)預埋滿足防洪排水要求的兩根鋼筋混凝土預制管后，處于用地范圍內(nèi)的深溝即可回填平整作為建設用地，只需在處于填方區(qū)的深溝與新地界的上、下兩個交叉口處（AE、DF 段）分別設置一道土工格柵加筋擋土墻，方案調(diào)整后的折算擋土墻長度（按原方案所需的 15m 高鋼筋混凝土擋墻計）僅為 60m，大大降低了擋土墻的工程量

11、。方案調(diào)整后，考慮用地增加的投資等因素，可節(jié)約工程投資 100 萬元以上，更為重要的是，因用地范圍的擴大，可使本項目原設計的運動場的長軸方向由南偏東 26 度調(diào)整為正南北向，極好地滿足了運動場對朝向的功能性要求。無坡度的場地是不便于場地排水的組織和利用的。場地平整設計需要考慮道路允許坡度、場地建筑的最低消防要求、市政排水條件、場地防洪要求、土石方平衡、邊坡高度、場地分臺或放坡、建筑環(huán)境、建筑總圖等因素，在上述因素中，道路圖 2 沙朗民族中學總平面局部示意允許坡度、場地建筑的最低消防要求、市政排水條件和場地防洪要求是首先需要滿足的，當規(guī)劃尚未批準前，根據(jù)場地條件，可以對建筑總圖規(guī)劃作合理化的調(diào)整

12、，而場地分臺或放坡則是由建筑總圖及建筑環(huán)境決定的。場地平整設計中，不應將土石方平衡作為評價場地平整設計優(yōu)劣的主要指標，應在滿足建筑總圖和建筑環(huán)境前提下盡量降低邊坡的數(shù)量及高度，當土石方無法平衡時，“挖方大于填方”較“填方大于挖方”更優(yōu)，因為后者意味著需到其它場地開挖土方，由此會導致相關(guān)區(qū)域的更多的自然生態(tài)破壞和水土流失。填土固結(jié)時，不僅有豎向沉降，還有水平位移，在某些情況下，后者可能會帶來更大的危害，為減小填土水平位移，保證場地的穩(wěn)定性，對于原始地形坡度大于 15%的區(qū)域，應先將原始地形分臺修平，然后再分層填土、壓實。場地平整應充分利用和保護天然排水系統(tǒng)及原始植被。當必須改變排水系統(tǒng)時，應在易

13、于導流或攔截的部位將水引出場地外，并做好場地至主干天然防洪溝間過渡段的設計，當匯水的流量及流速較大時，尚需要設置必要的消能設施，減少和避免區(qū)域性匯水對場地外自然溝渠的沖刷。故在設計中，除需解決場地及其邊界處的排水設計問題外，還必須關(guān)注場地外排水系統(tǒng)及設施的可靠性，必要時需采取相應措施。3. 邊坡問題山地建設項目中，室外工程的造價可能達到總投資的 1540%，而土石方和邊坡支護是其中最重要的兩項子工程，設計方案優(yōu)劣會極大地影響工程投資。對于不穩(wěn)定的邊坡均應進行支護。值得注意的是，邊坡的穩(wěn)定角度與安息角是兩個不同的概念。散料在堆放時能夠保持自然穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度（單邊對水平面的角度），稱為“安息角

14、”，在這個角度形成后，再往上堆加這種散料，就會自然溜下，保持這個角度，只會增高，同時加大底面積。一般地，一種散料的安息角是基本不變的參數(shù)，而邊坡的穩(wěn)定，不僅取決于土體本身，還受外環(huán)境（雨水、含水量、外荷載等因素）、內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面等因素的制約，含水量、荷載等因素的變化均會導致邊坡穩(wěn)定性的變化。因此，個人認為建筑導則（修改稿）4.4.6 條 “山坡、谷地等地形必須保持穩(wěn)定。當土坡超過土壤自然安息角呈不穩(wěn)定時，必須采用擋土墻、護坡等技術(shù)措施?！睂⑼疗率欠癯^土壤自然安息角呈不穩(wěn)定時作為必須進行支擋的條件，是值得商榷的。邊坡支護設計應以合理的場地平整設計為基礎，應首先采用綠色生態(tài)、節(jié)材節(jié)能的支擋結(jié)構(gòu)，

15、在填方區(qū)宜首先考慮自然放坡、土工格柵加筋土擋墻，加筋土擋墻具有穩(wěn)定性好、自重輕、施工方便，變形適應能力強等優(yōu)點，在高填方區(qū)域使用具有較高的適應性，也具有更大的經(jīng)濟性，且坡面可以植草綠化，環(huán)境美觀，對于土工格柵加筋土擋墻，應特別注意復核擋墻臨空一側(cè)墻下地基土的天然地基承載力，當不能滿足要求時，需采取針對性措施進行處理。當填方邊坡緊鄰防洪溝渠建設時，可以采用加筋土擋墻和剛性擋土墻相結(jié)合的支擋形式，下部可能受流水沖刷部分的擋墻采用毛石砌體或毛石混凝土擋墻，上部采用加筋土擋墻，其中剛性擋土墻的基礎應埋入水流沖刷線下的深度，當土質(zhì)較好時建議不小于 500mm，否則應不小于 1000mm。在挖方區(qū)，宜優(yōu)先

16、考慮“自然放坡+植物護坡”、“骨架護坡”方案，其次在場地允許且支擋高度不高的情況下考慮毛石砌體擋土墻，也可考慮“框格梁+錨索”方案。與對基坑及基礎施工的要求相同，挖方邊坡應邊挖邊進行支護，應避免邊坡土體被水浸泡、陽關(guān)暴曬、長時間暴露等。當采用剛性擋土墻時，施工階段臨時邊坡可能存在安全隱患，應注意施工階段邊坡及相鄰設施的安全性驗算。一般地，抗滑樁造價較高（按混凝土用量計，每立方米約 1000 元），除場地內(nèi)無潛在滑坡體且錨索無法施工時，不宜采用。當存在實際困難需要在高填方區(qū)采用剛性擋土墻時，傳統(tǒng)的土方大開挖后，將擋土墻置于老土層上的做法是不科學、不合理、不經(jīng)濟的；建議可考慮淺埋的整體性較好的鋼筋

17、混凝土扶壁式擋土墻，其下經(jīng)人工處理（例如碎石樁、深層攪拌樁）的地基或樁（預制樁、CFG 樁、灌注樁等），可以承擔全部的豎向荷載，而土壓力產(chǎn)生的水平力則考慮由墻后的土體被動土壓力平衡，設計時可根據(jù)這一要求確定擋土墻的埋置深度，同時根據(jù)擋土墻的整體穩(wěn)定性要求進行復核。對于高填方區(qū)上的剛性擋土墻，應注意驗算支擋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，當采用大直徑樁支承擋土墻時，也可考慮樁承擔部分水平荷載，此時，樁需按全埋抗滑樁進行設計，具體設計計算可以參考文獻 3。對于具有膨脹性的挖方邊坡，為了釋放可能存在的土地膨脹產(chǎn)生的附加作用力，不宜采用類似于“土釘掛網(wǎng)噴混凝土”的全封閉支護形式，可以采用具有壓力釋放途徑的“框格梁+

18、錨索+植物護面”支護方案，為防止地表水滲透影響邊坡穩(wěn)定性，施工框格梁支護體前，需在邊坡表面滿鋪 2 層土工防滲膜。當然，當加大基礎埋深、進行基底地基土和墻后填土換填經(jīng)濟可行時，亦可采用剛性擋土墻（例如重力式、衡重式擋墻）進行支護土體含水量的變化，一方面總會或多或少地引起土體的膨脹或收縮，影響土體的微觀結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低土體的抗剪強度，另一方面，含水量增加，會導致主動土壓力增加，被動土壓力減小，降低擋土墻的安全度。對于任何一種擋土墻，通過構(gòu)造防止填料、主動和被動區(qū)土體受水浸泡軟化，都是一個重要的課題。故應做好邊坡相鄰場地、邊坡支護內(nèi)部及其表面的截排水設計和施工，然而邊坡表面的截排水往往被設計或施工所忽略，一些中大型邊坡，常因坡面缺少有組織的排水，導致護坡表面沖刷及水土流失嚴重，不僅無法綠化，甚至影響護坡的安全性，正所謂“千里之堤毀于蟻穴”