公路排水技術與環(huán)境保護（全面）

1、公路排水技術與環(huán)境保護,一、公路排水設施,按照公路排水設計規(guī)范中可以規(guī)為4類 即路界地表排水、路基地下排水、路面內部排水、公路構造物排水及下穿道路排水4個部分。下面對這4個部分做一個簡單介紹。,一、公路排水設施,1 路界地表排水設施 1.1 路界地表排水系統(tǒng)分類 路界表面排水的目的是把降落在路界范圍內的表面水有效地匯集并迅速排除出路界，把路界外可能流入的地表水攔截的路界范圍外，以減少地表水對路基和路面的危害以及對行車安全的威脅。,路界表面排水，可分為路面表面排水、中央分隔帶排水、坡面排水和相鄰地帶排水四部分（圖1-1）。 路面表面排水范圍包括行車道和路肩。 中央分隔帶排水，視其寬度和表面橫向坡

2、度傾向，包括中央分隔帶和左側邊緣帶，或者僅為中央分隔帶；而在設超高路段，它還包括上側半幅路面的表面水。 坡面排水包括路堤坡面、路塹坡面和傾向路界的自然坡面的排水。,圖1-1 路界表面排水系統(tǒng) 1-坡面排水；2-路面排水；3-中央分隔帶排水；4-相鄰地帶排水；5-路界；6-降雨；7-坡頂截水溝；8-邊坡平臺排水溝；9-豎向排水管；10-邊溝；11-路面橫坡；12-攔水帶；13-豎向排水溝；14-坡腳排水溝,1.2路面地表排水設施 路面地表排水有兩種方式： 1.2.1分散漫流式路表排水 這種方式適用于路線終坡平緩、匯水量不大、路堤較低，且邊坡坡面不會受到?jīng)_刷的路段。,1.2.2集中截流式路表排水

3、這種方式一般適用于路堤較高，邊坡坡面未做防護，易遭受路面水流沖刷的地段，主要應用在高等級公路上。排水方式有橫坡、攔水帶、泄水口、路肩急流槽、路肩排水溝。 （1） 橫坡 降落至路表的雨水，通過在行車道和路肩上設置的橫向坡度，將表面水流排向路基邊緣。 （2） 邊緣集水設施（攔水帶、泄水口、路肩排水溝、路肩急流槽）,（2） 邊緣集水設施 路塹或較低路堤且邊坡坡面不會受到?jīng)_刷的情況下，可采用讓路面表面水以橫向漫流形式分散排放至邊溝（路肩排水溝）。邊溝以排路表面雨水為主，在矮路堤和路塹時，邊溝有兼排坡面雨水的功能。 矮路堤的邊溝可設置在路堤的堤腳外，對于路堤邊坡較高、邊坡坡面易遭受路面表面水流沖刷的情況

4、下，可沿硬路肩外側邊緣設置三角形或碟形水泥混凝土邊溝。 路塹的邊溝可沿硬路肩邊緣或者在無鋪面路肩內或邊緣處設置。對于高速公路、一級公路的路塹或高路堤，邊溝可沿硬路肩外邊緣設置。,在路堤較高，邊坡坡面未作防護而易遭受路面表面水流沖刷，或者坡面雖已采用防護措施但仍有可能受到?jīng)_刷時，應在路面或硬路肩外側邊緣加設邊緣集水設施。 路面邊緣集水設施有瀝青混凝土攔水帶（攔水帶和路肩鋪面組成的淺三角形邊溝）、碟形或三角形的混凝土邊溝、緣石邊溝等設施，利用路面邊緣集水設施匯集路面表面水后，再由間隔一定距離設置的泄水口（進水口）和沿路堤坡面設置的豎向排水溝（吊溝、急流槽）排離出路堤或排至排水溝內。 行車道外側設有

5、人行道時，可沿其邊緣設置路緣石（側石），由它和平石組成L形邊溝（或稱街溝），以匯集路面和人行道鋪面的表面水。,1.3中央分隔帶排水 中央分擱帶排水設施的選用應從當?shù)貧夂?、降水量、土石性質、排水條件、工程造價、施工維護等方面綜合考慮，采用適合本地區(qū)的排水形式，確保路基、路面穩(wěn)定和行車安全。 中央分隔帶排水設施由終向排水溝、滲溝、雨水井、集水井、橫向排水管等組成。,對于不超高路段，中央分隔帶排水設施包括三種形式： 1.3.1橫坡排水 對于中央分隔帶寬度較?。ㄒ话阈∮?m）且采用鋪面封閉的形式時，中央分隔帶鋪面采用與兩側路面相同坡度的雙向橫坡，降落在分隔帶上的表面水流向兩側路面，進入路面表面排水設施

6、。,1.3.2分隔帶內表面排水 中央分隔帶寬度較大（大于3m）且未采用鋪面封閉的形式時，分隔帶表面可做成向內微凹（橫向坡度不得陡于1：6）的橫斷面形式，當水流速度超過地面土的最大允許流速時，應在過水斷面寬度范圍內做成淺三角形或碟形斷面的水溝，并對地面土進行防沖處理。 降落在分隔帶上的表面水橫向流向分隔帶的低凹處，匯集在帶的中央部位，或設置帶格柵的U形和帶縫的圓形混凝土邊溝，并利用縱向坡度排向進水口或橋涵水道中。,中央分隔帶地下排水設施： 表面無鋪面且未采用表面排水措施中央分隔帶或采用綠化方案的中央分隔帶，降落在分隔帶上的表面水，一部分形成表面徑流向兩側流向行車道，由路面表面排水設施排走；另一部

7、分表面水則向下滲入分隔帶土體內。滲入分隔帶土體內的水通過分隔帶內設置的地下排水設施（滲溝和管）匯集，并通過隔一定間距設置的橫向排水管將滲溝內的水排引出路界。 對于超高路段，上側半幅路面的表面水流向中央分隔帶。在高速及一級公路上，不允許上側半幅路面的表面水橫向漫流過下側半幅路面。因此，需設置匯集和排泄上側半幅路面表面水的排水設施，一般可采用碟形或三角形混凝土邊溝，或者帶格柵的U形或帶縫隙的圓形混凝土邊溝。,1.4坡面排水 坡面排水設施主要有截水溝、邊溝、排水溝和豎向排水溝（吊溝、急流槽）。 1.4.1邊溝： 主要橫斷面形式有：梯形、矩形、流線形、三角形四種。 邊溝橫斷面形式特點及適用條件:梯形排

8、水量大，邊坡穩(wěn)定性好；適用于土質邊溝。矩形適用于占地少，路面寬度受到限制的矮路堤。流線形美觀大方，與環(huán)境相協(xié)調；適用于積雪路段或其他有特殊要求的路段。三角形適用于矮路堤。,斷面形式選擇： 按公路等級、所需排泄的設計流量、設置位置和土質或巖質選定。高速及一級公路，宜采用安全性好的淺三角形或碟形邊溝；受條件限制而需采用矩形橫斷面時，應在頂面加蓋格柵或者帶槽孔的混凝土蓋板。二級及二級以下公路，可采用梯形橫斷面（土質）或矩形橫斷面（巖質）。 1.4.2. 截水溝 截水溝橫斷面形式為梯形。設在挖方路基邊坡坡頂以外或山坡路堤上方的適當?shù)攸c，用以攔截路基上方流行路基的地面徑流，減輕邊溝的水流負擔，保護邊坡或

9、填方坡腳不受流水沖刷。 適用范圍：對于挖方路基，邊坡坡頂距分水嶺的距離不長、土質好、坡度緩、植被茂密的路段可不設排水溝；否則應設置，必要時可設置多道截水溝。,1.4.3排水溝 主要用于引排水，邊溝，截水溝、取土坑或路基以外的積水，均可用排水溝排至橋涵或路基以外的洼地或天然河流。當路線受到多段溝渠或水道影響時，也可以設置排水溝或改移渠道以調節(jié)水流，整治水道。排水溝的橫截面形式一般多為梯形，尺寸大小根根據(jù)水力水文計算確定。 深路塹邊坡為增加坡體穩(wěn)定而做成臺階形（設置邊坡平臺）或高路堤邊坡（設置邊坡平臺）時，在坡面徑流量大的情況下可設置平臺排水溝（或稱平臺截水溝），以減少坡面沖刷。,1.4.4.跌水

10、與急流槽 在高路堤和深路塹的坡面上，從坡頂或者坡面平臺向下豎向集中排水時，須設置豎向排水溝（吊溝、急流槽）。 豎向排水溝（吊溝、急流槽）可采用由漿砌片石鋪砌成或水泥混凝土構件組成的矩形或梯形斷面溝槽，或者混凝土、金屬、塑料（PVC）管。 （1）跌水的主要形式及適用范圍 跌水一般設置在溝渠的縱坡較陡地段，其目的是在較短的距離內，降低流速，消減水能。 跌水分單級和多級，單級跌水多用于排水溝渠連接處，多級跌水多用于較長陡坡地段的溝渠。,（2）急流槽的主要形式及適用范圍 急流槽構造分進水槽、急流槽、消力池和出水槽四部分。急流槽一般設置在公路高邊坡地段或者地質情況不好，不允許沖刷的較陡山坡及涵洞的進出口

11、地段，其目的是集中消除水能，降低流速，避免沖蝕路基坡體而造成坍塌。 1.4.5蒸發(fā)池 在公路排水困難地段，可在路基兩側設置蒸發(fā)池，將匯集的水引入蒸發(fā)池。,2. 公路構造物排水及下穿道路排水 2.1涵洞 涵洞主要是為渲泄地面水流(包括小河溝)而設置的橫穿路基的小型排水構造物。 涵洞由洞身、洞口、基礎三個部分組成。 洞身構成了路堤下的一個過水孔道，它要承受涵洞上填土的垂直與側向的土壓力以及活載壓力。 基礎把涵洞所受的荷載均勻地分布和傳遞到土基上，并使地基免受水流的直接沖刷。 洞口用以連接洞身與上下游水道，使水流能順暢地通過洞身，并保證洞口周圍的路基邊坡免遭沖刷。,圖2 涵洞構造簡圖,涵洞一般按構造

12、型式可分為圓管涵、蓋板涵、拱涵、箱涵、倒虹吸等。 （1）石拱涵 優(yōu)點：可就地取材，造價低，易施工，結構堅固，壽命長，自重及超載潛力大。缺點是建筑高度大，難以預制施工，難修復，工期長，對地基適用于盛產石料，跨徑大于2m，地基條件良好的河溝； （2）鋼筋混凝土蓋板涵 優(yōu)點：建筑高度較小，不受填土高度限制，可預制拼裝，施工簡便，對基礎要求不高，易修復。其缺點是鋼材用量大，造價高。,鋼筋混泥土蓋板涵：適用于缺乏石料地區(qū)，流量大、填土高度受限制地區(qū)及高等級公路。這類小橋涵適應的填土高度一般為12m，通?？深A制或現(xiàn)場澆制。預制拼裝可節(jié)約模板，縮短工期，不受氣候影響，適用于橋涵多而集中并有運輸?shù)跹b條件的公路

13、；現(xiàn)場澆制整體性好，適用于小橋涵工程分散、改建舊路中的單個橋涵及高標準公路的橋涵。 （3）鋼筋混凝土箱涵 這類涵洞適用于較軟弱的地基，其優(yōu)點是整體性強。缺點是造價高，施工難度大，普通公路中應用較少。,（4）鋼筋混凝土圓管涵 其優(yōu)點是對基礎的適應性及力學性能好，不需要墩臺，圬工數(shù)量少、構造簡單、造價低、工期短、施工方便，適用于石料缺乏地區(qū)，孔徑為0.5m1.5m、流量為10m3/s以下的小涵洞。缺點是清淤閑難。 （5）倒虹吸與渡水槽 水流需要橫跨路基，但受設計標高的限制時，可以采用管道或溝槽從路基底部通過或上部架空跨越，前者稱為倒虹吸，后者稱為渡水槽。倒虹吸有箱形和管形兩種，以混凝土和鋼筋混凝土

14、為主。,2.2橋面防排水 橋面排水系統(tǒng)包括橋面本身、橫坡、進水口、泄水口、排水管、和橋頭集水設施。 橋面最先接受降落的雨水，如果適當設計了縱坡、超高及橫坡，水會有效的排到進水口或橋頭集水設施。 2.3下穿道路排水設施 下穿道路排水設施主要是根據(jù)下穿道路的地形，地質，降雨等條件設計不同類型的公路排水設施。主要是下挖段的排水設計，避免雨水積水。在下挖的兩端，應設置泄水口、排水口等排水設施，攔截和引排上游方向的地表水。 下挖路的路肩采用較大的橫坡，邊溝可采用矩形斷面，上加槽孔的混凝土蓋板。在最低點設置集水井，布設地下排水管，將穢跡的水引排到臨近的水溝內。,3.路基地下排水設施 排除路基地下水的方法宜

15、用攔截、匯集、隔離和導流等形式，在某些情況下還需降低地下水位，對于需要排除路基地下水的路段，必須充分掌握地形、地貌、水文地質條件和有關的陸地水文與氣象情況，弄清地下水的埋藏深度，分布規(guī)律，補給來源，地下水位變化，流向和流量，針對不同情況采用不同的排水形式，設置相應的排水結構物。,3.1 常用的排水設施有以下幾種:明溝、暗溝、滲溝、滲井、管滲溝、洞式滲溝以及防水隔離層等。 （1）明溝 對于路基及邊坡土體中的上層滯水或埋藏很淺的潛水，可設明溝渠。 （2）暗溝 暗溝是設在地面以下引排集中水流的溝渠，常用于市區(qū)或穿越路段的街道污水管以及公路中央分隔帶彎道處的排水設施。 （3）滲溝 采用滲透方式將地下水

16、匯集溝內，并通過溝底通道將水排到指定地點。,（4）滲井 當?shù)叵麓嬖诙鄬雍畬?，其中影響路基的上部含水層較薄，排水量不大，且平式滲溝難以布置時，則可采用滲水井。 （5）坡體疏干孔 路塹坡體內存在含水層時，為了提高坡體的穩(wěn)定性，必須采取深層排水措施，用疏干孔疏去坡體內的水。,3.2地下排水設施設計原則和布設依據(jù) 地下水排水設置的目的: 根據(jù)具體情況采取攔截、旁引、排除含水層的地下水，降低地下水位或疏干坡體內地下水等措施，減少路基路面遭受地下水的損害。 設置地下排水設施的原則: 當路塹開挖截斷坡體內含水層,或山坡路堤的基底范圍內有含水層出露時，沿挖方或填方邊坡坡腳設置縱向滲溝，將含水層內的地下水攔截

17、在路基范圍外，排出路塹或路堤。 在填挖交替路段，接近路塹的路堤基底遇到含水層出露時，在填挖交替處設置橫越路堤的滲溝，攔截含水層內地下水并排出路界。 在地下水位較高而路堤填土高度受限制或路塹開挖后基頂高程距離地下水位較近處，在路基兩側邊溝下設置縱向滲溝降低路基范圍的地下水位，從而降低路基濕度，提高其承載能力。,3.3山區(qū)公路地下排水設施設計方法 根據(jù)公路地下水的具體分布情況和表現(xiàn)形式，可以采取以下方法進行地下水排水設計: 在路基基底局部范圍有泉水外涌時，設置越路基的橫向盲溝，將水引排至路邊縱向盲溝中或路坡腳外或路塹邊溝內。橫向盲溝采用級配碎石矩形集水溝，集水溝下部埋設軟式透水管。 為攔截路塹處含

18、水層的地下水向公路滲入，在公路邊緣兩側邊溝下方設置縱向盲溝，必要時設置縱、橫向管式或矩形盲溝排水系統(tǒng)。管式或矩形盲溝的埋置深度按地下水位高程、地下水位需下降的深度以及含水層介質的滲透系數(shù)等因素確定。 盲溝的尺寸設計應考慮山體水位高低。盲溝溝底、縱坡坡度和坡長及出口情況、地下水位需降低的深度等因素。,4.路面結構內部排水 設計路面結構內部排水的目的是為排除通過路面接縫、裂縫或空隙從表面滲入路面結構內部的水，排除由路基或路肩滲入并滯留在路面結構內的水。 路面結構內部排水設施有:路面邊緣排水系統(tǒng)、排水基層和排水墊層等。 為了延長路面使用壽命，節(jié)省公路建設總投資，采用路面結構內部排水系統(tǒng)快速排除路面結

19、構內部水分是非常必要的。,4.1路面邊緣排水系統(tǒng) 路面邊緣排水系統(tǒng)就是沿路面外側邊緣設置縱向集水溝和集水、出水管。滲入路面結構內的水分，先沿路面結構層的層間空隙或某一透水層次橫向流入由透水性材料組成的縱向集水溝，并匯入溝中的帶孔集水管內，再由間隔一定距離的橫向出水管排出路基之外。 4.2排水基層的排水系統(tǒng) 排水基層排水系統(tǒng)是直接在路面面層下設置透水性排不基層，滲入路面結構中的水分，先通過堅向滲流進入透水層，然后橫向滲流到路基邊坡外，或進入縱向集水溝和管，再由橫向出水管排引出路基。,4.3 排水墊層的排水系統(tǒng) 當路基存在地下水、臨時滯水或泉水時，為攔截這些水進入路面結構，或者迅速排除因負溫差作用

20、而積聚在路基上層的自由水，可直接在路基頂面設置由開級配粒料組成的全寬式透水性排水墊層，并根據(jù)具體情況相應配置反濾層、縱向集水溝和管、橫向出水管等組成排水系統(tǒng)。,4.4路面邊緣排水系統(tǒng)適用性。 路面邊緣排水系統(tǒng)也有其局限性，其比較適用于基層透水性小的水泥混凝土路面。 因為水泥混凝土面層板的邊緣和角隅處，由于溫度和濕度梯度引起的翹曲!混凝土的熱脹冷縮變形以，地基沉降變形，常出現(xiàn)板底面同基層頂面的脫空或者板底面與基層頂面間存在較多的空隙，下滲的自由水易積聚到這些間隙內。設置邊緣排水層，便于將面層、基層、路肩界面空隙處積滯的自由水排離出路面結構。因此在高速公路路面設計中，采用密實性的半剛性基層與底基層

21、，基層頂面設置透層和封層，既保證自由水不向下滲透，又使基層頂面有較強的抗沖刷能力，加之完善的路面邊緣排水系統(tǒng)，保證整個路面結構有較強的抗水損害能力。,如果在水泥混凝土面層下設置排水基層，雖然作為排水層具有滲透系數(shù)大的特點，但其強度、剛度較小,由于缺少細顆粒，有可能產生基層穩(wěn)定性差，則容易由于基層自身的變形，引起板底的脫空，最終造成水泥混凝土板的斷裂。 還有水泥混凝土路的接縫較多大量的灰塵易進入路面結構內，阻塞排水層的空隙，久而久之，排水層的排水效果將受到影響。 因此在水泥混凝土路面設置路面邊緣排水系統(tǒng)是比較適宜的。,二、排水設計與環(huán)境保護,環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的理念，已逐步被廣大公路建設者和管

22、理者所接受。所謂“可持續(xù)發(fā)展”，是指經(jīng)濟發(fā)展既能滿足當代人們的需要，又不危及后代的需要，即“經(jīng)濟發(fā)展必須與環(huán)境保護相協(xié)調”。 隨著經(jīng)濟建設的迅猛發(fā)展.國家對基礎建設的投入不斷加大，交通環(huán)保日益成為人們關注的重點。高速公路環(huán)保工作的投入資金在項目中所占的比例越來越大。 高速公路注重將公路建設與環(huán)境保護管理結合起來，結合沿線生態(tài)景觀及地理條件，應將公路帶狀景觀融入到周圍的環(huán)境中。 現(xiàn)在，公路環(huán)境保護已成為公路建設中極其重要的組成部分，在公路建設與運營過程中，努力將對環(huán)境和人類社會受到的影響降到最低，已成為大家的共識。,1.公路發(fā)展帶來的環(huán)境問題 公路是長距離的帶狀人工構造物，它改變了所經(jīng)區(qū)域的環(huán)境

23、特征。盡管公路在沿線環(huán)境系統(tǒng)中所占面積比例并不大，但產生的影響卻是非常大的。公路自建設到運營期間，將對環(huán)境產生一系列的影響。 對于公路排水來說：設計合理的排水設施，使高速公路水土流失減小到最小，以及使排水設施與周圍的環(huán)境相協(xié)調，也就是要設計生態(tài)型的排水系統(tǒng)。,2.生態(tài)型的排水溝渠系統(tǒng) 在流量不大的截、排水溝的邊坡可種草木植物、溝底用不規(guī)則的毛石、片石鋪砌?？梢酝杆?，使排水溝附近的邊坡植物得到水的補充；小型排水溝的末端原來做消力池的地方，池底用片石或圓石干砌，池內堆放片石或圓石，可滯留水中泥沙，降低流速和分散水流。 我國高速公路大都修建漿砌片石、混凝上排水溝渠。這在一些地區(qū)是完全必需的。例如黃土地區(qū)，因為黃上具有濕陷性。高速公路的排水系統(tǒng)，降水要在路域范圍外遠接遠送，因此溝渠不得有漏水之處。否則.會形成邊坡沖溝或陷穴，引起水毀。 對抗沖性較強的邊坡，在地域遼闊、植