公路路基路面排水设计

2008年第9期 交通世界113(5月上)交通世界路基路面排水设计是公路路基路面设计的重要组成部分。以往在进行路基路面设计时总是强调路基的压实，路面的强度、厚度，但往往忽略了对排水系统的改进。在路基沉陷、冲刷、坍塌、翻浆，沥青路面松散、剥落、龟裂，水泥路面错台、断裂等病害，都不同程度上与地表水和地下水的侵蚀有关。水的侵蚀加剧了路基路面结构的疲劳破坏，缩短了公路的使用寿命。下面就路基路面排水中的问题和解决措施进行探讨。水对公路路基路面的有害影响 地下水对路基稳定性的危害在路基中，地下水对路基稳定性的危害是指在路基设计和施工中，由于地下水存在的形式和数量可使工程设计与施工产生一定的困难，地下水的变化可造成路基稳定性下降，因而应采取措施，使地下水存在的形式或数量改变。在路堤堤身的稳定中，也常受到地下水的危害，如地下水位高，路堤填料为黏性土，在毛细作用下，水分可升至路堤内，使填料含水量增大，强度下降；在严寒地区，水是路堤出现冻害的重要因素。在路堑地段，如果路堑开挖到地下水位以下，若路堑边 坡土为细粒土，则边坡的稳定性可受到地下水渗出的动力水压影响；当堑体为破碎的岩块时，地下水从裂隙中或含水层中流出时，也会使原有的胶结物质及沉淀的碎屑被带出 而使边坡失去稳定。降落在公路表面的自由水对公路的影响主要表现在两个方面：对公路安全行车的影响。如果路表水不能迅速、有效地排走，在路表面就会形成水膜，高速行驶的车辆通过水膜时，降低了路面的抗滑性能，行驶中的车辆明显感到横向滑移；高速行驶的车辆使水膜雾化，遮挡司机视线，容易造成雨天事故。影响路面的使用性能和使用寿命。自由水从路面裂缝渗入路面结构层致使无粘结粒状材料和地基土的强度降低；渗入半刚性基层的自由水，由于移动车辆产生高动水压力，也会引起基层的细颗粒产生唧泥；渗入路面结构层层间的自由水，在路面结构层层间界面上反复冲刷，造成层间不连续，从而大大增加了面层层底的拉应力，易造成面层的疲劳破坏；在冰冻地区，将发生冻胀破坏。路基排水设计 地表排水边沟路基路面排水主要是通过全线贯通的边沟来进行。边沟一般分为石水沟和土水沟，边沟主要有各断面形状和尺寸的边沟渠组成，其纵坡坡度通常与路线纵坡坡度相同。在土层中开挖的沟渠，设置纵坡在0.3%0.8%范围内是最适合排水的不淤积不冲刷坡度。在边沟与涵洞、通道发生交叉时，一般将边沟水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道处让路基边沟水向两侧排走或设边沟倒虹吸涵通过。截水沟用于拦截和排除挖方路段路基上方自然斜坡的地表流经，防止水流冲刷和侵蚀挖方边坡以及路堤坡脚。在设计或施工时应特别注意结合实地情况，对截水沟的适宜排水口的引申范围做出合理的布设。在填方路段对于汇水面积较大的高长路堤段，汇水侧坡脚2m以外应设路堤截水沟，利于填方路堤稳定，同时能将路面采用集中截流式排出的路面水通过边坡急流槽引至排水涵洞排出。排水沟路基边沟水、截水沟水、排水涵洞公路路基路面排水设计文/谢孟华TRANSPOWORLD 2008No.9(May)114HIGHWAY现代公路水及取土坑、边坡和路基附近积水均应通过排水沟引离路基，排入原有水系中的河流、排水渠内，并完善进出水口的处理，使各项设施衔接配合，防止冲毁农田或危害水利设施。排水沟横断面可采用梯形，尺寸根据设计流量确定，深度与底宽不宜小于0.5 m，沟底纵坡不能小于0.3%，沟墙可采用M5.0号砂浆防护，排水沟与各种水沟连接应顺畅。地下排水地下水带来的危害往往很大，过多的地下水会使得路基泡软、坍塌，并严重影响路面结构的安全。因此，在新建公路的勘测设计过程中，特别需要重视地下排水设计，对于公路填挖交接段、深长路堑挖方段、处于水稻田的低矮路堤段等要进行重点调查，搞清地下水位变化和渗流情况，必要时可以采取增设渗沟、孔状渗涵、盲沟和加深边沟等措施对地下水进行处理。同时，地下排水设计还必须根据施工中的实际情况视需要进行合理调整。路面排水设计 路面表面排水路面表面排水的主要任务是迅速把降落路面和路肩表面的雨水排走，以免造成积水而影响行车安全。当路基横断面为路堑时，路面上的表面水通过恒破汇集于边沟内。当路基断面为路堤时，可采用两种方式排除路面表面水：让路面表面水横向漫流形式向路堤坡面分散排放在路肩外侧边缘处设置拦水带，将路面表面水汇集在拦水带同路肩铺面形成的浅三角形过水断面内，然后通过隔一定间距设置的泄水口和激流槽集中排放到路堤坡脚外。两种排水方式的选择，主要依据表面水可能对路堤坡面造成的冲刷危害等因素确定。中央分隔带排水设置凸形中央分隔带的高等级公路路基路面排水时，必须充分重视中央分隔带的排水。分为以下两个方面：中央分隔带表面防排水；中央分隔带内渗水的排除。就一般来说，中央分隔带构成有3种处理方式：表面采用铺面封闭不封闭，采用凸形构造不封闭，采用凹形构造。虽然大部分降水通过凸形中央分隔带可自排到路面上，但仍有小部分水会渗入到中央分隔带内的回填土中并进一步渗入到路面结构层及路基，并影响其强度及稳定性。因此，在凸形中央分隔带回填土下应设纵向碎石盲沟或排水暗沟，中央分隔带两侧每隔100 m左右应交错设置孔径2060 cm的横向硬塑排水管，管底纵坡不小于1%，进出口应采取防护措施。另外，在设置超高路段的中央分隔带内应增设城市道路常用的排水构造物雨水井，避免因超高侧路面积水造成行车危险。雨水井汇集的雨水可直接排入桥涵或通过横向排水管排出。路面结构排水目前，我国公路的修建多采用混凝土路面。进入沥青路面结构内的自由水，在路基路面为透水体系时，可通过向路基两侧的路肩结构渗流而逐渐排出。但是进入路面结构的这部分自由水向外渗流的速度很慢，被围封在路面结构层的水分，会浸湿各结构层材料及路基土，使其强度下降，变形增加，从而使路面承载力降低。而积滞在层间结合处空隙内或结构层孔隙内的自由水在行车荷载作用下，形成高孔隙的动水压力和高流速的水流，冲刷层面材料，并从缝隙处向外“唧泥”，促使沥青面层剥落、松散或坑槽，是造成沥青路面早期水损害的主要原因，而水泥混凝土路面也存在着上述和沥青路面同样的问题。因此设置路面结构层内部排水系统，将这部分水迅速排除，有利于改善路面使用性能，提高其使用寿命。路面结构层排水系统分为以下两方面：路面边缘排水系统是将渗入路面结构层内的水分，先沿路面结构层的层间间隙或层内空隙横向渗流入由透水性材料组成的路肩纵向集水沟，再集中排出路外。路面排水层排水系统是在路面结构中采用透水层材料做基层或底基层，渗入路面结构层的水分，先通过竖向渗流进入排水层，然后由横向渗流进入路肩纵向排水沟，再由一定距离设置横向出水口，排出路外。同时在路面基层下设置与中央分隔带排水设施相连接的沙砾垫层，将渗入水汇集于中央分隔带排水盲沟或暗沟排出路基范围以外。结束语 在以后的公路建设中，必须充分考虑水对公路的危害，在设计和施工中要重视路基路面排水设计，并不断完善排水系统，以全面提高公路的使用寿命。作者单位：邯郸市交通局公路勘察设计院