淺談公路排水設(shè)計(jì)

1、 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 題目：淺談公路排水設(shè)計(jì) 小組組長(zhǎng)： 蘇行小組成員： 張文杰小組成員: 唐昊龍2016 年 10 月淺談公路排水設(shè)計(jì) 摘要：公路排水設(shè)計(jì)在公路工程中占有十分重要的地位，必須引起相關(guān)部門(mén)的足夠重視。本文主要探討了公路路基路面排水的設(shè)計(jì)，并不斷完善排水系統(tǒng)，以全面提高公路的使用壽命。 關(guān)鍵詞：公路；路基；路面；排水設(shè)計(jì) 前言 隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展和交通科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，公路的數(shù)量和質(zhì)量都在提高，同時(shí)，對(duì)于道路排水設(shè)計(jì)越來(lái)越重視，對(duì)它的要求也越來(lái)越高，我國(guó)公路排水工程的發(fā)展經(jīng)歷了從無(wú)到有到逐步完善的過(guò)

2、程。建國(guó)初期及其后2年，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)比較落后，建成的公路技術(shù)等級(jí)低，使用品質(zhì)差，且由于缺乏必要的排水設(shè)施，公路抵御自然災(zāi)害的能力很弱。進(jìn)入2世紀(jì)8年代，公路排水問(wèn)題逐步被人們所認(rèn)識(shí)。在該時(shí)期出版的路基路面設(shè)計(jì)手冊(cè)中，對(duì)公路排水設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些分析與計(jì)算，提出了路基路面排水設(shè)計(jì)的要求與規(guī)定；在施工手冊(cè)中，對(duì)路基路面的排水施工提出了具體的要求和規(guī)定，闡明了各項(xiàng)排水設(shè)施施工時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。這些手冊(cè)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)作為指導(dǎo)公路排水工程設(shè)計(jì)與施工的工具，在公路設(shè)計(jì)與施工中起到了十分重要的作用。20世紀(jì)90年代后，隨著高速公路的飛速發(fā)展，排水工程的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)愈來(lái)愈引起人們的重視，排水工程被提到了一

3、個(gè)相當(dāng)重要的高度。1998年我國(guó)制定并發(fā)布了公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ1897)，它不僅全面系統(tǒng)地介紹了各種排水設(shè)施的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，而且在路基路面排水的基礎(chǔ)上，增加了路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水及公路構(gòu)造物及下穿道路排水的內(nèi)容，使公路排水工程更趨完善和合理。這里筆者就水對(duì)道路的作用及危害、道路排水的目的和要求、道路排水設(shè)計(jì)的前景進(jìn)行詳述。公路排水設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。在高速公路的排水設(shè)計(jì)前，應(yīng)充分了解當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，遵循公路排水設(shè)計(jì)的原則和規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)。因此，在高速公路的設(shè)計(jì)中，對(duì)于路面的排水設(shè)施要進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)與研究，才能確保高速公路的穩(wěn)定和行車(chē)的安全，同時(shí)應(yīng)達(dá)到與周?chē)h(huán)境協(xié)調(diào)、美化高速公路的效果。

4、一、水對(duì)道路的作用及危害 路基和路面結(jié)構(gòu)外露在地表，直接感受自然因素的影響。水是道路上常見(jiàn)的自然物質(zhì)，由于它的存在，會(huì)直接或間接影響到道路的濕度從而會(huì)影響到道路的使用質(zhì)量與行車(chē)安全，主要體現(xiàn)在地面水對(duì)地表的侵蝕與地下水對(duì)地基的破壞。(1)雨雪形成的大氣降水輕微會(huì)導(dǎo)致地面積水影響正常交通，嚴(yán)重會(huì)造成地面的重病害可以直接沖毀路肩、邊坡和路基；滲入路基內(nèi)部的水會(huì)使土基濕軟從而引起路基凍脹、翻漿或邊坡塌方、泥石流，甚至整個(gè)路基沿傾斜基底滑動(dòng)；進(jìn)入結(jié)構(gòu)層內(nèi)的水分可浸濕無(wú)機(jī)結(jié)合料處治的粒料層，導(dǎo)致基層強(qiáng)度下降，使瀝青面層出現(xiàn)剝落和松散；水泥混凝土路面由于接縫多，從接縫中滲入的水分聚集在路面結(jié)構(gòu)中，在重載的

5、反復(fù)作用下，產(chǎn)生很大的動(dòng)水壓力，導(dǎo)致接縫附近的細(xì)顆粒集料軟化，形成唧泥，產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)、斷裂等病害。(2)海、河、湖、水渠及水庫(kù)水會(huì)影響離這些水源較近的道路的使用，長(zhǎng)時(shí)間作用就會(huì)造成臨近道路路面的嚴(yán)重積水，降低路面材料的強(qiáng)度，形成各種各樣影響交通的病害；如果地上排水不充分會(huì)使水流進(jìn)入封閉性不好的道路內(nèi)部形成松軟土層，造成路基沉陷；遇到易發(fā)洪水季節(jié)甚至?xí)_毀路基及周邊的附屬工程構(gòu)造物。(3)位于地下上層相對(duì)不透水層一帶的滯水，會(huì)軟化路基，使路基潮濕，降低路基的強(qiáng)度。(4)在地面以下第一個(gè)隔水層以上的含水層的潛水，距地面較近，在重力作用下可沿土層以薄膜形式從含水量高的位置向含水量低的地方流動(dòng)，從溫度高的

6、地方向溫度低的凍結(jié)中心周?chē)鲃?dòng)，會(huì)形成水分集中，造成路基局部損壞，影響路基的整體強(qiáng)度和水溫穩(wěn)定性，重者會(huì)引起凍脹、翻漿或邊坡滑坍，甚至整個(gè)路基沿傾斜基底滑動(dòng)，水還可能造成摻有膨脹土的路基工程毀滅性的破壞。(5)在地面以下任何兩個(gè)隔水層之間含水層中的層間地下水，當(dāng)水源高于地面時(shí)，可以通過(guò)巖層裂縫冒出地面而成泉水，上升到路基，導(dǎo)致路基濕軟，強(qiáng)度降低，重者也會(huì)引起路基的整體破壞?？傊?，路基、路面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性同水的關(guān)系十分密切。路基、路面的病害有多種，形成病害的原因也有很多，但水的作用是主要因素，無(wú)不都與地面水和地下水的浸濕和沖刷破壞有關(guān)。水的作用加劇了路基路面結(jié)構(gòu)的損壞，加快了路面使用性能的變壞，

7、縮短了路面的使用壽命。據(jù)新聞網(wǎng)上有關(guān)報(bào)道：“近幾年由于我國(guó)連續(xù)發(fā)生了幾次歷史上罕見(jiàn)的特大洪水，公路水毀損失十分嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅在1991年-1998年間，公路水毀損失達(dá)2多億元，某些省份平均每年水毀損失都達(dá)億元?！边@固然有洪水兇猛人力不可抗拒的因素，但公路本身抗災(zāi)能力差，排水設(shè)施不齊全，排水系統(tǒng)不配套也是造成水毀損失的一個(gè)重要原因。因此充分認(rèn)識(shí)水對(duì)公路的破壞性，認(rèn)真做好公路排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)已是一項(xiàng)十分嚴(yán)峻而緊迫的任務(wù)。二、道路排水的目的和要求(1)道路排水設(shè)計(jì)的目的。就是要考慮道路等級(jí)、地形、地質(zhì)、氣候、年降雨量、地下水等條件，考慮不同的水源，設(shè)置相應(yīng)的排水設(shè)施，使路基、路面形

8、成良好的排水系統(tǒng)。把影響路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的水排到路基范圍以外適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，并防止地面水漫流、滯積或下滲，對(duì)影響路基穩(wěn)定性的地下水，則應(yīng)予以隔斷、疏干、降低，并引到路基范圍以外適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，將土基濕度降低到一定范圍內(nèi)，保持路基常年處于干燥狀態(tài)，確保路基、路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性不受地下水和地表積水的影響。還必須將路面排水和路基排水結(jié)合起來(lái)綜合考慮，將地上排水和地下排水結(jié)合考慮，將臨時(shí)性排水設(shè)施與永久性排水設(shè)施結(jié)合考慮，將道路排水與農(nóng)田灌溉、周?chē)h(huán)境保護(hù)綜合考慮，將道路排水工程與防護(hù)加固工程綜合考慮。一般把道路排水分為地面排水和地下排水。路界地面排水包括路面(含路肩、中央分隔帶)排水、路基邊坡排水、溝渠排水

9、等。地下排水包括路基地下排水、中央分隔帶地下排水和縱向填、挖方交界處地下排水等。(2)道路排水設(shè)施施工的目的。首先應(yīng)校核全線(xiàn)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否完備和妥善，必要時(shí)予以補(bǔ)充或修改，應(yīng)重視排水工程的質(zhì)量和使用效果。此外，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)性排水措施，保證路基土石方及附屬結(jié)構(gòu)在正常條件下進(jìn)行施工作業(yè)，消除路基基底和土體內(nèi)與水有關(guān)的隱患，保證路基工程質(zhì)量。(3)道路排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)的目的。應(yīng)該對(duì)排水設(shè)施進(jìn)行日常性、經(jīng)常性、季節(jié)性的養(yǎng)護(hù)，若發(fā)現(xiàn)有排水不暢，淤積，堵塞現(xiàn)象，一定要及時(shí)對(duì)排水設(shè)施予以補(bǔ)充或修改，保持排水設(shè)施的正常使用，水流暢通，并根據(jù)實(shí)際情況不斷改善路基排水條件。(4)道路排水設(shè)計(jì)

10、的要求。排水設(shè)計(jì)要因地制宜、全面規(guī)劃、因勢(shì)利導(dǎo)、綜合整治、講究實(shí)效、注意經(jīng)濟(jì)，充分利用有利地形和自然水系。一般情況下，地面和地下設(shè)置的排水溝渠宜短不宜長(zhǎng)，以使水流不致過(guò)于匯集，做到及時(shí)疏散、就近分流。各種路基排水溝渠的設(shè)置，應(yīng)注意與農(nóng)田水利相配合，必要時(shí)要適當(dāng)增設(shè)涵管或加大涵管孔徑，以防農(nóng)業(yè)用水影響路基的穩(wěn)定性，并做到路基排水有利于農(nóng)田灌溉。路基邊溝一般不用作農(nóng)田灌溉渠道，兩者必須合并使用時(shí)，邊溝的斷面應(yīng)加大，以防止水流危害路基。設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行調(diào)查研究，查明水源與地質(zhì)條件，重點(diǎn)路段要進(jìn)行排水系統(tǒng)的全面規(guī)劃，考慮路基排水與橋涵布置相配合、地面排水與地下排水相配合、各種排水溝渠的平面布置與豎向布置

11、相配合，做到綜合整治，分期修建。對(duì)于排水困難和地質(zhì)不良的路段，還應(yīng)和路基防護(hù)與加固工程相配合，并進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，盡量不破壞天然水系，不輕易合并自然溝溪和改變水流性質(zhì)，盡量選擇有利地質(zhì)條件布設(shè)人工溝渠，減少排水溝渠的防護(hù)與加固工程。對(duì)于重點(diǎn)路段的重要排水設(shè)施，以及土質(zhì)松軟和縱坡較陡地段的排水溝渠，應(yīng)進(jìn)行必要的防護(hù)與加固。路基排水要結(jié)合當(dāng)?shù)厮臈l件和道路等級(jí)等具體情況，注意就地取材，以防為主，既要穩(wěn)固適用，又必須講究經(jīng)濟(jì)效益。為了減少水對(duì)路面的破壞作用，應(yīng)盡量阻止水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，并提供良好的排水設(shè)施，以便迅速排除路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水，亦可修筑具有能夠承載荷載和雨水共同

12、作用的路面結(jié)構(gòu)。三、路基排水設(shè)計(jì) 進(jìn)行路基排水設(shè)計(jì)的目的就是將影響路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性的地下水及地面水及時(shí)排出公路范圍。路基排水設(shè)施主要由排水墊層、邊溝、排水溝、截水溝、盲溝、滲溝、涵洞等組成，并與原有溝渠、河流等相連。設(shè)計(jì)應(yīng)遵循塘路分家、路田分家的原則，使高速公路排水系統(tǒng)自成體系。 （1）地面排水設(shè)計(jì) 路基地面排水主要是通過(guò)全線(xiàn)貫通的邊溝來(lái)進(jìn)行的，一般采用0.6m×0.6m的梯形邊溝，邊坡1：1，以25cm厚的7.5號(hào)漿砌片石鋪砌，邊溝縱坡一般不小于03，坡長(zhǎng)小于300m，邊溝水均應(yīng)引離路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑內(nèi)，但不排入魚(yú)塘內(nèi)，當(dāng)邊溝與涵洞、通道發(fā)生交叉時(shí)，一般將邊

13、溝水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道處讓路基邊溝向兩側(cè)排走或設(shè)邊溝倒虹吸涵通過(guò)。在挖方地段，還應(yīng)設(shè)置04m×04m的梯形平臺(tái)截水溝，并在坡頂外側(cè)設(shè)06m×06m的矩形地面截水溝，以排除坡面水。截水溝均以25cm厚的75號(hào)漿砌片石鋪砌。 (2)地下排水設(shè)計(jì) 邊溝設(shè)計(jì)在高速公路排水設(shè)計(jì)中占有很大的比重，設(shè)計(jì)人員都給予高度重視，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往會(huì)忽視一些施工中的問(wèn)題。另外當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)常常要求增加、改移和調(diào)整小型構(gòu)造物設(shè)置位置。還有一點(diǎn)就是設(shè)計(jì)中沒(méi)有充分考慮利用高速公路施工中超寬填土土方等。 a.一般路段。一般路段路基邊溝設(shè)計(jì)主要以填筑式邊溝為主，盡量減少路基邊溝積水現(xiàn)象的發(fā)生。這主要

14、是吸取已建成的高速公路中的教訓(xùn)：一是部分路段在汛期內(nèi)路基水不能及時(shí)排除。二是地方群眾干擾路基水排入灌溉涵洞內(nèi)。 b.軟基處理段。如是淤泥質(zhì)軟土層，地下水含量較大，為保證軟土段路基的穩(wěn)定，迅速排除地下水至關(guān)重要。設(shè)計(jì)應(yīng)采?。喊?砂墊層+超載預(yù)壓的深層。塑料排水實(shí)踐證明：這些措施可有效地處理及砂墊層+超載預(yù)壓的淺層排水處理等措施。排除軟土段地下水。值得注意的是為確保軟土段地下水迅速由砂墊層排入邊溝，需在砂墊層與邊溝相接的斜面上做15cm厚的級(jí)配碎石(粒徑2-4cm)反濾層，在砂墊層底部位置預(yù)留截面為5cmx5cm、縱向間距為l0m的泄水孔，且泄水孔出口應(yīng)高于邊溝底30cm。 c.低矮路堤。低矮路堤

15、設(shè)計(jì)應(yīng)采取護(hù)坡道下挖和邊溝加深的措施，護(hù)坡道高程(m)=設(shè)計(jì)高程(m)1.8m，實(shí)際使用效果良好,但應(yīng)注意邊溝出水口不應(yīng)低于常水位標(biāo)高或利用的排水溝渠的底面標(biāo)高。對(duì)邊溝標(biāo)高及縱坡方向的問(wèn)題：根據(jù)路線(xiàn)縱斷面和沿線(xiàn)自然地形情況綜合確定，通常以沿線(xiàn)自然地形為主確定排水方向。邊溝底標(biāo)高控制應(yīng)以該段路肩邊緣最低點(diǎn)標(biāo)高以下大于1.7m為宜，原因是考慮到路線(xiàn)中央分隔帶橫向排水管不能因邊溝積水而引起倒灌。對(duì)于個(gè)別特殊路段不能滿(mǎn)足1.7m要求的,可放寬至1.41.5m，若另一側(cè)邊溝較低時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用單側(cè)布設(shè)橫向排水管。 d.挖方路段。對(duì)于挖方段應(yīng)考慮到中央分隔帶橫向排水管排水要求，邊溝底標(biāo)高不低于路肩標(biāo)高12m，

16、同時(shí)要求邊溝縱坡不小于05。施工期要求各施工單位必須首先在挖方段邊坡頂開(kāi)挖截水溝以防止路基外側(cè)水進(jìn)入路基，并且應(yīng)做好挖方段本身臨時(shí)排水溝的設(shè)置工作。對(duì)于石方挖方段，可結(jié)合取土，盡量使路兩側(cè)邊溝挖深、挖寬，以利截流地下水和降低路基中地下水位。 e.填挖交接段。對(duì)于路塹和路堤交接處，如路塹地下水位較高，為防止路塹下含水層中的水沿路基縱向流入路堤，使路堤濕化、坍塌，設(shè)計(jì)增設(shè)了橫向滲溝。邊溝水進(jìn)入涵洞及跨越通道等情況的處理：沿線(xiàn)設(shè)置的涵洞有排涵、灌涵和灌排兩用涵。對(duì)于需排入排涵的邊溝，其邊溝底標(biāo)高不低于涵洞中心的標(biāo)高；需排入灌涵的邊溝，其溝底標(biāo)高不低于涵頂標(biāo)高；而對(duì)于灌排兩用的涵洞應(yīng)按灌涵要求設(shè)置，特

17、殊情況時(shí)可適當(dāng)降低。為防止沖刷涵洞，原則上采用邊溝急流槽連接邊溝和涵洞洞口。一般情況下邊溝盡量少穿越通道，當(dāng)排水需通過(guò)通道排入涵洞時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用邊溝蓋板涵，特殊情況下可采用邊溝倒虹吸穿越通道。四、路面排水設(shè)計(jì) 路面排水設(shè)計(jì)是高速公路路面設(shè)計(jì)的重要組成部分。一方面，車(chē)輛高速行駛時(shí)，易發(fā)生交通事故，影響高速行車(chē)安全；另一方面，路面水若不能及時(shí)排除，影響路面的整體強(qiáng)度，最終導(dǎo)致路面過(guò)早破壞，因此尤需重視路面排水設(shè)計(jì)。 （1）一般路段的路面排水。一般路段是指不設(shè)超高的路段。路面排水根據(jù)路線(xiàn)縱坡采用分散漫流式和集中截流式兩種形式。當(dāng)路線(xiàn)縱坡0.3時(shí)，路面排水采用分散漫流式，路緣石采用水泥混凝土的平緣石，

18、路面水沿縱坡和橫坡經(jīng)路堤邊坡排入邊溝；當(dāng)路線(xiàn)縱坡0.3時(shí)，路面排水采用集中截流式，在硬路肩邊緣土路肩范圍內(nèi)設(shè)置瀝青混凝土攔水緣石，匯集路面水，每隔一定距離經(jīng)泄水口流入邊坡急流槽，排至路基邊溝。 （2）超高路段的路面排水。設(shè)置了超高的路段，路面水易浸占超高側(cè)行車(chē)道，并穿過(guò)凸形中央分隔帶緊急開(kāi)口進(jìn)入另一側(cè)行車(chē)道，從而影響行車(chē)安全，故應(yīng)及時(shí)排除超高側(cè)匯集的路面水。如在超高側(cè)行車(chē)方向左側(cè)路緣帶設(shè)置了縱向排水溝，并每隔一定距離設(shè)置了集水井及橫向排水管，這樣超高側(cè)路面水沿縱坡及橫坡流人邊坡急流槽，再排人路基邊溝。 （3）中央分隔帶排水。高速公路中央分隔帶排水設(shè)計(jì)主要為排除中央分隔帶內(nèi)積水，可分為施工期間和道路營(yíng)運(yùn)期下滲水的排除。施工期間排水量取決于最大瞬時(shí)降雨量及中央分隔帶的匯水面積。一般情況下，由于高速公路中央分隔帶內(nèi)設(shè)置有通訊、監(jiān)控用管線(xiàn)的人手孔，因此，中央分隔帶排水長(zhǎng)度應(yīng)為