高速公路路基路面排水设计需注意的一些问题
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作者: 项颖 周坚
摘要：众所周知，由于水对土体有浸湿和饱和作用，能够引起土体强度的降低，造成各种工程病害，影响公路的使用寿命。分析了高速公路路基路面排水设计的内容和原则，阐述了高速公路路基路面排水设计的具体措施，以提高高速公路的投资效益。
关键词：高速公路；路基；路面；排水设计
中图分类号：U41文献标识码：A
近几年来，随着我国经济建设的快速发展，道路建设中高速公路的比例越来越高。为了确保道路能满足车辆运行的要求，降低运输的成本，提高运营的安全性及舒适性，延长道路的使用年限，这就需要路基、路面有更高的承载力、耐久稳定性、表面防滑性和平整度性，良好的路面设计对公路排水性能和使用寿命起着非常重要的作用。
危害公路的主要自然因素是水，也是造成高速公路路面损坏的主要原因。从已经建成高速公路的经验及教训看，沥青路面的各种疾病，比如剥落、龟裂、坑槽，松散、错台、断裂等与雨水密切相关。由于水的作用加剧了路面结构的破坏，降低了公路的使用寿命。因此，如何避免地下水和地表水进入到路面结构，并有效地让水及时排出路面结构，已经成为沥青混凝土路面公路结构设计过程中的重点。
1 高速公路路基路面排水设计的内容与原则
1.1 高速公路路基路面排水设计的内容
高速公路排水设计对路基稳定性和路面的使用寿命有非常显著的影响，一般包括以下两个方面：第一，要考虑减少农田排灌水和地下水对路基稳定性及公路强度的影响，这种方法俗称路基排水；第二，要考虑将路表面的水迅速排出路基外，最大限度地减少雨水对路面和路基的影响，减少因为路表面排水不畅及路表水渗入路基后，对路面造成破坏，对使用性能造成损害，这种排水称为第二类排水。
第一类排水设计采取的办法有：在路基底部设置隔水垫层，提高路基最小填土高度等。第二类排水设计采取的办法有：通过路面横坡，边沟，边沟急流槽，将路面的水迅速排出路基以外；在中央分隔带设置纵向碎石盲沟、横向排水管将水引走；设计泄水孔，以迅速排除桥面水；使用沥青封层、排水管、土路肩纵横向碎石盲沟等，将水引走。
1.2 高速公路路基路面排水设计的原则
1.1 首先，排水设施应结合当地的条件，合理布局，并充分利用有利的地形及自然水系，做到水流不过于集中排放，能就近分流，及时得到疏散。
1.2 设计前进行调查研究，查明水源与地质条件，对于重点路段，要进行排水系统的整体规划，路基排水要与桥涵布置相配合，地下排水应与地面排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置也要配合好。
1.3 路基排水应防止附近山坡的水土流失，做到尽量不破坏天然的水系，不轻易合并自然沟溪及改变水流的性质，人工沟渠布设时尽量选择有利地质的条件，减少排水沟渠的防护及加固工程量。
1.4 为减少水对路面的破坏，要尽量控制水进入路面结构，提供良好的排水措施，迅速排除路面结构内的水，也可建筑有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。
1.5 排水系统要自成体系，并与当地的农田水利相配合，不影响灌溉沟渠。在避免冲毁农田或危害其他水利设施的同时，更要注意防范农业用水时对路基的影响。两者合并使用时，边沟的断面应尽量加大，并加以加固。
1.6 在满足排水主功能前提下，路基排水应节约用地，结合当地水文条件和道路等级等，选择合适的排水设施，并与周围自然景观协调一致，营造道路与自然环境的和谐，提高经济效益。
2.1 高速公路路基排水设计的措施
2.1 路基地下
路基地下排水的主要设施有：渗沟、渗井、盲沟、仰斜式排水孔等，由于地下水排水量不大，是以渗流方式汇集成水流，在设计时，对流量较大的地下水可设置涵洞、暗沟；对流量较小的地下水，可纵向设置渗沟、横向设置盲沟；对挖方段边坡上地下水，可设置仰斜式排水孔排水。
2.2 边坡
数值分析表明，当开挖和填筑高度较大，且边坡为土质时，雨水对边坡冲刷比较大，在这种情况下，如无好的坡面排水措施，会引起边坡坍塌滑移。所以，对交通繁忙或重载交通量较大的路基，除严格执行相关标准进行填料、填筑压实和设置路堤边坡坡度外，还要采取相应措施防止边坡浅部变形。这关系到车辆的运行安全问题，必须引起高速重视，采取有效措施，以确保边坡的长期稳定。
2.3 边沟
在高速公路排水设计时，边沟设计中占非常大的比重，设计人员都非常重视，其设计的原则是：平坦路段的路堤以填筑式边沟为主，这样可减少路基边沟积水现象。路堤边沟的纵坡采用浆砌片石修筑，边沟纵坡应不小于0.12%。具体设计时结合当地的降雨情况，本着既解决路基排水又经济的原则，排水边沟沟底纵坡一般情况下不小于0.3%，一般结合沿线自然地形确定排水的方向。如果路堤边沟需排入排涵，则沟底标高不能低于涵洞进口标高；对排入灌涵的边沟，沟底标高不低于涵顶的标高；对灌排两用的涵洞，应该按灌涵要求设置，在某些特殊情况下，可适当降低。为了防止冲刷涵洞，宜采用急流槽连接边沟和涵洞洞口。
2.4 截水沟
截水沟，亦称天沟。当路堤边坡上方或路堑流入路基的地表径流量比较大时，应设置拦截地表径流的截水沟。在设计前，设计人员应进行实地调查，了解地形、水文、地质、植被等情况，找出设置截水沟的适宜位置，并对排水出口的引伸范围做出合理的布局。一般截水沟设在路堑坡顶5米或者路堤坡脚2米以外。截水沟的截面一般为梯形，大小视汇水流量来确定。截水沟的长度以200米到500米为宜。超过500米时，要在其适当位置增设泄水口，并采用急流槽、跌水井等排水构造物进行引排。路基范围内的地下水排除，可设盲沟、渗井等方法。要注意地表水不能引入地下水的处理设施中，而地下水可引入地表水的处理设施中。
2.5 排水沟
在整个公路综合排水系统中，排水沟具有重要的作用，它连接各种排水设施，将水引排到附近的水道或桥涵中，从而形成完整的排水系统。排水沟一般采用梯形横断面，尺寸根据设计的流量确定，其位置可根据需要或结合当地地形条件来确定。排水沟的长度不应超过500米，与各种水沟的连接应该顺畅。排水沟不仅负责排泄地表水径流，还有排除部分构造物中积水的作用，其设置合理与否决定着整个排水系统是否能够正常的发挥作用。
2.6 跌水与急流槽
某些高速公路要经过重丘及山岭地区，这些地方地形险峻，山高坡陡，排水沟渠的纵坡比较陡，为了接引水流，降低水的流速，消减能量，防止对路基与桥涵结构物造成危害，经常采用跌水和急流槽。跌水和急流槽既可以单独采用，也可以与其他排水构造物联合采用，形成一个完整的排水系统。
2.7 填方基底
填方基底地下水发育时，一般可在路堤底部填渗水材料，或者设置排泄地下水的砂石垫层，当路堤使用非渗水土填料时，可在路基填方基底部设置防止毛细水上升的隔水层，比如两布一膜复合土工膜。当使用非良质填料，如湿陷性黄土、盐渍岩土、膨胀性岩土等填筑路堤时，为防止毛细水上升影响路堤下部土体的强度及稳定性，必须在路堤的底部设置阻止毛细水上升的结构或构造，如三维复合防排水板。
3 高速公路路面排水设计的措施
3.1 中央分隔带排水
高速公路中央分隔带排水设计主要目的是排除中央分隔带内积水，其排水长度应为两个人手孔之间的间距，一般路段最大间距为180米。首先，设计底坡不低于0.3%的纵向梯形或者矩形盲沟，汇集了分隔带的降雨或渗水；其次，设计间距30到50米横向排水管，将盲沟中的水排出；再次，加设沥青防渗层和土工布衬垫，以防止水渗入路基两侧。设计过程中，设置凸形中央分隔带的公路的路基路面排水时，必须考虑中央分隔带的排水，即使大部分降水通过凸形中央分隔带可自动排到路面上，仍有小部分水会渗入到分隔带的回填土中，并进一步渗透到路基及路面结构层，影响他们的稳定性及强度。所以，凸形中央分隔带回填土的下面，应该设置排水暗沟或碎石盲沟。分隔带两侧每隔100米应交错设置直径20到60厘米的横向硬塑排水管，管底纵坡不小于1%。
3.2 超高段分隔带排水
超高部分道路排水设计的重点是偏高侧路面的水拦截问题，目前超高部分道路排水主要有四种方式：第一，中央分隔带预留排水孔；第二，在中央分隔带设置断口，第三，中央分隔带内设置排水沟；第四，中央分隔带设置成浅碟式。由于这种情况的绿化工程的要求相对较高，所以应将浅碟式排水槽优化成矩形排水槽，并将槽移到超高外侧分隔带的边缘，以便收集路表水，集水井也要移到排水槽的同侧，为绿化留出空间。
3.3路面结构排水
路面排水，包括集中排水及分散排水两种形式。集中排水是在路肩外侧边缘部分设置沥青拦水埂，或预制混凝土拦水带，设置有一定间距的泄水口和边坡急流槽，将水集中排至路基两侧的排水沟。分散排水是通过加固土路肩，采取漫流的方式排除路面水（如造价允许，此种方式不建议使用）。总之，路面排水应减少反射裂缝对混凝土表面的影响，要在公路基层下设置与中央分隔带排水设施相连的砂砾垫层，将渗入的水汇集到中央分隔带排水盲沟或暗沟，排到路基以外的地方。
3.4路面渗水的排水
沿路面边缘设置由横向出水管、透水性填料集水沟和过滤织物（土工布）组成的路面边缘排水系统。通过设置土路肩纵横向碎石盲沟、沥青封层和排水管，将渗入到路面面层的水引到路基之外。因为通过沥青面层下渗的水量有限，所以设计中采用每10米左右设置一道直径5厘米横向排水管的方法以确保路面下渗水的排除。
3.5路基路面综合排水设计
综合排水设计主要包括以下内容：地下排水与地面排水设施的协调配合，路基排水设施与路面排水设施及与桥涵等泄水结构物的合理布置，一般应结合路线的纵断面设计、平面设计和沿线地质、地形、水文条件进行。
结束语
总之，高速公路的路基路面设计中，水是影响公路质量一个重要因素。实践证明，如果我们设计工作未做好，就会导致路基及路面出现病害，给后来的维修及养护工作带来沉重的负担，也给国家带来很大的经济损失。所以，在高速公路设计过程中，我们一定要结合沿线的自然条件及实际情况，选择合适的排水方式，把公路排水系统变为一个有机的整体，以实现经济、合理、高效、美观的目的。
参考文献
[1]刘义富,梁小龙.高速公路路基路面排水设计浅析[J].公路交通科技,2010.12.
[2]孙剑峰.高速公路路基路面排水设计[J].黑龙江交通科技,2010.3.
[3]李琛.路基路面排水设计在高速公路上的应用[J].民营科技,2010.5.
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