高速公路路基路面排水設(shè)計研究

1、高速公路路基路面排水設(shè)計研究1、高速公路路基排水的分類及常見病害分析 11 高速公路路基排水分類根據(jù)水源的不同，影響路基的水流可分為地面水和地下水兩大類。與此相適應(yīng)的路基排水設(shè)施，則可分地面排水設(shè)施和地下排水設(shè)施。地面排水設(shè)施可采用邊溝、截水溝、跌水與急流槽、欄水帶、蒸發(fā)地等設(shè)施。地下排水設(shè)施有排水溝、暗溝、滲溝、滲井、檢查并等。 12 高速公路路基的常見病害有以下幾種：路基沉陷：一是路基本身的壓縮沉.(查看更多)降，二是由于路基下部天然地面承載力不足，在路基自重的作用下引起沉陷或向兩側(cè)擠出而造成的。邊坡滑塌：由于流動水沖刷、施工不當(dāng)、路堤邊坡坡度過陡或邊坡坡腳被沖刷淘空，或填土層次安排不當(dāng)。

2、碎落和崩坍：由于邊坡風(fēng)化巖層表面在大氣溫度與濕度的交替作用，以及雨水沖刷和動力作用，使表層巖石或大塊巖石從坡面上落下。路基沿山體滑動：在較陡的山坡填筑路基，路基底被水浸濕，形成滑動面，坡腳又未進行必要的支撐，在路基自重和行車荷載作用下，整個路基沿傾斜的原地面向下滑動。地下水對路基穩(wěn)定性的危害是指在路基設(shè)計和施工中，由于地下水存在的形式和數(shù)量可使工程設(shè)計與施工產(chǎn)生一定的困難，地下水的變化可造成路基穩(wěn)定性下降。因而應(yīng)采取措施，使地下水存在的形式或數(shù)量改變。在穩(wěn)定路堤堤身中，也常受到地下水的危害，如地下水位高，路堤填料為黏性土，在毛細(xì)作用下，水分可升至路堤內(nèi)，使填料含水量增大，強度下降。在路塹地段，

3、如果路塹開挖到地下水位以下，當(dāng)路塹邊坡土為細(xì)粒土，則邊坡的穩(wěn)定性可受到地下水滲出的動力水壓影響；當(dāng)塹體為破碎的巖塊時，地下水從裂隙中或含水層中流出時，也會使原有的膠結(jié)物質(zhì)及沉淀的碎屑被帶出而使邊坡失去穩(wěn)定。地表水降落在公路表面的自由水對公路的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：1)對公路安全行車的影響。2)影響路面的使用性能和使用壽命 2 、高速公路路基路面排水設(shè)計概述 21 高速公路路基路面排水設(shè)計的內(nèi)容道路排水設(shè)計主要包含了兩方面的內(nèi)容：首先要考慮如何減少地下水、農(nóng)田排灌水對路基的不良影響，這被稱為第一類排水；其次在考慮如何將水迅速的排除路面之外，還要最大限度地減少雨水沖刷對路面和路基的不良影響，減少

4、因路面排水不通暢而引發(fā)的水分滲漏，對地基造成不良的影響，這稱為第二類排水。第一類排水設(shè)計通常采用提高路基的高度或在路基底部設(shè)置隔水墊層等辦法來減少影響。在地下水位較高的地段，在施公前，首先要在附近開挖一條排水溝，有排除路面水和減低地下水位的特點，對于軟土地基處理路段,如塑料排水板、預(yù)壓等一般設(shè)置50cm 左右砂墊層，以加快排水。第二類排水設(shè)計一般包括：（1）路面水：利用道路橫坡、急流槽、邊溝及排水系統(tǒng)等，使之形成一個完整的排水系統(tǒng)，再收集路面水，將其排除路面，主要設(shè)計范圍：對于超高路段，可通過設(shè)置在中央分隔帶處的中央排水溝和橫向排水管等排出路面水，或通過中央分隔帶開豁口方法把超高路段外側(cè)路面水

5、排到路面另外一側(cè)并通過路面橫坡排出。（2）下滲水：下滲水有兩種情況，即中央分隔帶下滲水和路肩下滲水。按照不同下滲水的實際情況，用不同的方法進行排除：a、中央分隔帶下滲水：中央分隔帶下滲水可通過在中央分隔帶下設(shè)置縱向盲溝收集，并每隔一段距離設(shè)置集水井和橫向排水管將下滲水排出路基。b、路肩下滲水：一般處理方法為在路肩設(shè)置縱向滲溝，并通過橫排水管排出路基。 22 高速公路路基路面排水設(shè)計的原則 1)排水設(shè)施要因地制宜、全面規(guī)劃、合理布局、綜合治理、講究實效、注意經(jīng)濟，并充分利用有利地形和自然水系。 2)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，必要時可適當(dāng)?shù)卦鲈O(shè)涵管或加大涵管孔徑，以防農(nóng)業(yè)用水

6、影響路基穩(wěn)定。路基邊溝一般不應(yīng)用作農(nóng)田灌溉渠道，兩者必須合并使用時，邊溝的斷面應(yīng)加大，并予以加固，以防水流危害路基。 3)設(shè)計前必須進行調(diào)查研究，查明水源與地質(zhì)條件，重點路段要進行排水系統(tǒng)的全面規(guī)劃，考慮路基排水與橋涵布置相配合，地下排水與地面排水相配合，各種排水溝渠的平面布置與豎向布置相配合，做到路基路面綜合謝寸和分期修建。 4)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)條件布沒人工溝渠，減少排水溝渠的防護與加固工程。 5)路基排水要結(jié)合當(dāng)?shù)厮臈l件和道路等級等具體情況，注意就地取材，以防為主，既要穩(wěn)固適用，又必須講究經(jīng)濟效益

7、。 6)為了減少水對路面的破壞作用，需盡量阻止水進人路面結(jié)構(gòu)，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水，亦可建筑具有能承受荷載和雨水共同作用的路面結(jié)構(gòu)。 3、高速公路路基排水設(shè)計的措施進行路基排水的目的就是將影響路基強度及穩(wěn)定性的地下水及地面水及時排除公路范圍。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)計應(yīng)遵循塘路分家、路田分家的原則，使高速公路路基排水系統(tǒng)自成體系。 3.1 路基地下路基地下排水的設(shè)施主要有：盲溝、滲溝、滲井、仰斜式排水孔等，地下水的主要特點是排水量不大，主要是以滲流方式匯集水流，對路基范圍內(nèi)流量較大的地下水

8、應(yīng)設(shè)置涵洞、暗溝等予以排除；對于路基范圍內(nèi)流量較小的地下水，可通過橫向設(shè)置盲溝、縱向設(shè)置滲溝的方式排除地下水；對位于挖方段邊坡上地下水，可設(shè)置仰斜式排水孔予以排除。 3.2 邊坡數(shù)值分析表明，邊坡有效坡度的變化對路基面豎直變形影響顯著。因此，對于交通量較大或是重載交通量較大的公路路基，除填料、路堤邊坡坡度、填筑壓實標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，還必須采取有效措施防止邊坡淺部變形。路塹邊坡變形與穩(wěn)定關(guān)系車輛運營安全，必須高度重視，采取可靠措施，保證路塹邊坡長期穩(wěn)定。 3.3 邊溝邊溝設(shè)計在高速公路排水設(shè)計中占有很大的比重，設(shè)計人員都給予高度重視，但在設(shè)計過程中往往會忽視一些施工中的問題，如邊溝的尺寸

9、不考慮具體情況，死搬硬套有關(guān)規(guī)范、規(guī)定：又如施工單位大都未能按有關(guān)設(shè)計要求將原地表土、河塘清淤土等棄土運送至取土坑內(nèi)用于復(fù)墾還田，而是棄放于路線兩側(cè)河塘中，造成部分河塘無法將路基水排入。 3.3.1 邊溝尺寸選定邊溝的排水能力主要取決于以下幾個設(shè)計參數(shù)：邊溝底流水坡度、邊溝截面尺寸、形狀、邊溝的表面粗糙程度。采用公路設(shè)計手冊路基中梯形斷面溝渠的水力計算公式計算梯形排水邊溝的排水能力：Q=WC式中：(Q流量；W邊溝斷面面積；C流速(謝才)系數(shù)：R水力半徑；i邊溝溝底縱坡。根據(jù)高速公路所處地理位置，采用當(dāng)?shù)貧v史最大小時降雨量，以流入邊溝的水不溢出邊溝為限，并假設(shè)高速公路的路基平均填土高度為3.5m

10、，由此，匯水帶寬約為23m，則可依據(jù)不同的邊溝溝底坡度、不同的邊溝底寬(或邊溝截面積)的排水能力，計算出所能承受的路面排水最大長度。 3.3.2 邊溝設(shè)計的原則 1)一般路段的路基邊溝設(shè)計原則：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。這主要是吸取已建成的高速公路中的教訓(xùn)：部分路段在汛期內(nèi)路基水不能及時排除；地方群眾干擾路基水排入灌溉涵洞內(nèi)。 2)路基邊溝縱坡的要求：根據(jù)交通部部頒公路路基排水設(shè)計規(guī)范要求，采用漿砌片石修筑的邊溝為滿足排水需要，邊溝縱坡應(yīng)不小于0.12，由于本項目位于丘陵崗區(qū)和沖積平原區(qū)，原地形既有較大起伏又有部分平坦地段，本著既要解決路基排水問題，又要經(jīng)濟合理的原則，

11、確定路基排水邊溝溝底縱坡一般情況下不小于0.15%。 3)對于邊溝水進入涵洞及跨越通道等情況的處理：沿線設(shè)置的涵洞有排涵、灌涵和灌排兩用涵。對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：而對于灌排兩用的涵洞應(yīng)按灌涵要求設(shè)置，特殊情況時可適當(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。 3.4 截水溝路塹或路堤邊坡上方流人路基的地表徑流量大時，需設(shè)置攔截地表徑流的截水溝。在設(shè)計前應(yīng)進行實地調(diào)查，了解地形、地質(zhì)、水文、植被等情況，對截水溝的適宜位置和排水出口的引伸范圍做出合理的布局。一般截水溝設(shè)在路塹坡頂5m或路堤坡腳2m以外

12、。截水溝截面形式一般采用梯形，尺寸大小視匯水流量確定。截水溝長以200500 m為宜。超過500 m時，需在其間適當(dāng)位置增設(shè)泄水口，并采用急流槽、跌水井等排水構(gòu)造物引排。路基范圍內(nèi)的地下水排除方法有設(shè)盲溝、滲井等方法。在處治地下水時需注意地表水不能引入地下水的處理措施中，而地下水可以引入地表水的設(shè)施中。 3.5 排水溝排水溝起連接各種排水設(shè)施，將水引排到附近自然水道或橋涵中，從而形成完善的排水系統(tǒng)的作用。排水溝一般采用梯形橫斷面，尺寸大小根據(jù)設(shè)計流量確定。其設(shè)置位置，可根據(jù)需要并結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚葪l件而定。排水溝的長度不宜超過500 m，與各種水溝的連接應(yīng)順暢。 3.6 跌水與急流槽跌水與急流槽是

13、人工排水溝渠的特殊形式。一般設(shè)置在陡坡和溝底縱坡較大的地段。高速公路填方段為排除路面積水，多采用急流槽。跌水和急流槽應(yīng)采用漿砌片石或用水泥混凝土預(yù)制塊砌筑。急流槽可用素混凝土現(xiàn)澆。各部位的尺寸應(yīng)根據(jù)水文、地形、地質(zhì)和地區(qū)雨水情況而確定，必要時進行水力學(xué)計算。在高速公路所經(jīng)過的重丘、山嶺地區(qū)，由于山高坡陡，地形險峻，排水溝渠的縱坡較陡，為了接引水流，降低流速，消減能量，防止對路基與橋涵結(jié)構(gòu)物的危害，多采用跌水和急流槽。跌水和急流槽可以單獨采用，也可以與其他排水構(gòu)造物聯(lián)合采用，形成完整的排水系統(tǒng)。當(dāng)排水溝溝底縱坡坡率陡于l：4時，應(yīng)設(shè)置急流槽連接矩形暗溝或碟形邊溝出口；在長段挖方路段，截水溝連接邊

14、溝時，在挖方邊坡上應(yīng)設(shè)置路塹跌水；在設(shè)置中央分隔帶路段，于橫向排水管出口處填方邊坡設(shè)置急流槽，槽底應(yīng)做成粗糙表面，以利于消力。排水設(shè)計將跌水、急流槽與截水溝配合使用，使水迅速排放到橋涵及自然水道中。為了及時排水，必要時可在通道下設(shè)排水溝將水引出。填挖交界處的急流槽，應(yīng)注意水的高接遠(yuǎn)送及急流槽端部的加固。急流槽的水一定要引入排水設(shè)施，由于急流槽的流速過大，在引入排水溝時應(yīng)防止其對路基路面造成沖刷。 3.7 倒虹吸與渡水槽當(dāng)水流需要橫跨路基，同時受到設(shè)計標(biāo)高的限制，可以采用管道或溝槽，從路基底部或上部架空跨越。 3.8 蒸發(fā)池氣候干旱，排水困難地段，可利用沿線的集中取土坑或?qū)ｉT設(shè)置蒸發(fā)池排除地表水

15、。 3.9 填方基底填方基底地下水發(fā)育時，一般應(yīng)在路堤底部填滲水材料或設(shè)置排泄地下水的砂石墊層，當(dāng)路堤采用非滲水土填料時，則應(yīng)在路基填方基底設(shè)置防止毛細(xì)水上升的隔水層，如兩布一膜復(fù)合土工膜。當(dāng)采用非良質(zhì)填料，如鹽漬巖土、濕陷性黃土、膨脹性巖土填筑路堤時，為防止毛細(xì)水上升影響路堤下部土體強度和穩(wěn)定性，必須在路堤底部設(shè)置阻止毛細(xì)水上升的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造，如三維復(fù)合防排水板。 4、高速公路路面排水設(shè)計的措施 4.1 路面表面排水路面排水的主要任務(wù)是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面積水而影響行車安全。在無超高路段，通過路面和路肩橫坡向路基兩側(cè)橫向排流。當(dāng)路基橫斷面為路堤時，采用兩種方式排除

16、路面表面水：一種方式，是讓路面表面水以橫向漫流形式向路堤坡面分散排放，此方式一般在邊坡進行防護且路堤不高時采用；另一種方式，是在路肩外側(cè)邊緣處設(shè)置攔水帶，將路面表面水匯集在攔水帶同路肩鋪面組成的淺三角形過水?dāng)嗝鎯?nèi)，然后隔一定間距設(shè)置泄水口和急流槽，將水集中排放到路堤坡腳外。在超高路段，內(nèi)側(cè)半幅路面排水采取無超高路段的排水方式。對于外側(cè)半幅路面，在超高內(nèi)側(cè)中央分隔帶路緣帶外設(shè)置縫隙式圓形集水管，每隔一定距離設(shè)置檢查井和泄水口，上蓋鑄鐵格柵，通過橫向排水管將水引出路界外。泄水口和檢查井采用混凝土窨井與鋼筋混凝土橫向排水管連接。橫向排水管可以與急流槽連接或通過擋墻的排水孔排向擋墻外的排水溝中。縫隙式

17、圓形集水管管底縱坡與路面坡相同，排水管管底縱坡根據(jù)排水方向確定。 4.2 中央分隔帶排水高速公路中央分隔帶排水設(shè)計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運期下滲水的排除。 施工期間排水量取決于最大瞬時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)控用管線的人手孔，因此，中央分隔帶排水長度應(yīng)為兩個人手孔之間的間距，一般路段的最大間距為180m。但在實際施工過程中存在許多問題，如中央分隔帶是在基層施工后進行開挖施工的，開挖的邊溝表面粗糙，瀝青不易粘結(jié)牢固，不能形成均勻、無破損的防滲層。土工布因有接縫，不能形成整體而達到完全不透水的程度。因此，當(dāng)盲溝積水

18、時側(cè)面仍將無法阻止水滲入路基。 公路中央分隔帶排水設(shè)計一般包括以下幾個部分：1)設(shè)計底坡不小于03的縱向梯形或矩形盲溝，匯集中央分隔帶雨水或滲水；2)設(shè)計間距為30 m50 m的橫向排水管，將盲溝中的水排出路基以外；3)設(shè)置瀝青防滲層及土工布防滲層，防止水從側(cè)面向路基滲透。在設(shè)計過程中，同時要注意一些問題。設(shè)置凸形中央分隔帶的高等級公路路基路面排水時，必須充分重視中央分隔帶的排水。雖然大部分降水通過凸形中央分隔帶可自排到路面上，但仍有小部分水會滲入到中央分隔帶內(nèi)的回填土中并進一步滲入到路面結(jié)構(gòu)層及路基，并影響其強度及穩(wěn)定性。因此，在凸形中央分隔帶回填土下應(yīng)設(shè)縱向碎石盲溝或排水暗溝，中央分隔帶兩

19、側(cè)每隔100 m左右應(yīng)交錯設(shè)置孔徑20 cm-60 cm的橫向硬塑排水管，管底縱坡不小于1，進出口應(yīng)采取防護措施。 4.3 超高段分隔帶排水超高段路面排水設(shè)計的重點是超高側(cè)路面水的截排問題，目前超高段路面排水主要有4種方式：1)中央分隔帶設(shè)置斷口；2)中央分隔帶預(yù)留排水孔；3)中央分隔帶內(nèi)設(shè)置排水溝；4)設(shè)置淺碟式中央分隔帶。結(jié)合項目綠化要求相對較高的實際情況，在充分吸收淺碟式排水方案優(yōu)點的基礎(chǔ)上，將淺碟式排水槽優(yōu)化為矩形排水槽，同時將槽移至超高外側(cè)分隔帶邊緣，便于收集路表水，集水井也移至排水槽同側(cè)，從而給綠化留出空間。 4.4 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水設(shè)計的目的是排除通過路面接縫、裂

20、縫或空隙，或者由路基或路肩滲入并滯留在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水。路面排水設(shè)施有：路面邊緣排水系統(tǒng)、排水基層和排水墊層。為了延長路面用壽命，節(jié)省公路建設(shè)總投資，采用路面排水系統(tǒng)排除路面內(nèi)部水，在高速公路路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計時，應(yīng)減少基層的反射裂縫對混凝土面層的影響，同時在路面基層下設(shè)置與中央分隔帶排水設(shè)施相連接的砂礫墊層，將滲入水匯集于中央分隔帶排水盲溝或暗溝排出路基范圍以外。 4.5 路面滲水的排水沿路面邊緣設(shè)置由透水性填料集水溝、橫向出水管和過濾織物(土工布)組成的路面邊緣排水系統(tǒng)。通過設(shè)置瀝青封層、土路肩縱橫向碎石盲溝和排水管，將滲入路面面層的水引出路基之外。由于通過瀝青面層下滲的水量有限，考慮到排

21、水路徑的限制，因此，設(shè)計中采用每10m左右設(shè)置一道5 cm橫向排水管以確保路面下滲水的排除。 4.6 硬路肩排水雨水會從瀝青面層和士路肩下滲到基層，硬路肩與土路肩結(jié)合部同樣需要注意下滲水的問題。瀝青卣層下設(shè)置了防水封層可防止雨水從瀝青面層下滲至基層，為了排除防水封層上的水，在土路肩緣石底下設(shè)置了無砂混凝土滲溝，并與土路肩下的碎石滲溝相連接。無砂混凝土滲溝及碎石滲溝均應(yīng)包裹防濾土工布。滲溝內(nèi)水通過橫向管排至邊坡急流槽處。 5、路基路面綜合排水設(shè)計綜合排水設(shè)計，包括地面排水與地下排水設(shè)施的協(xié)調(diào)配合，路面排水設(shè)施與路基排水設(shè)施及其與橋涵等泄水結(jié)構(gòu)物的合理布置，一般根據(jù)路線的平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計和沿線

22、地形、地質(zhì)、水文條件進行。一般按照以下方法進行：（1）路面表面水通過路拱橫坡、路肩排水系統(tǒng)和中央分隔帶排水系統(tǒng)，或者排至路基邊溝，或排至地下排水管道等地下排水系統(tǒng)、或者直接排出路界之外。（2）路基邊溝匯集的水和截水溝攔截的流向路基邊坡的水，或通過地下排水管道匯集水等，則通過排水溝、跌水及急流槽，或排水管道排至橋涵，或直接排至天然水系。（3）坡面設(shè)置漿砌片石截水溝，截水溝的水流入坡面急流槽中再流入邊溝或涵洞、河流中。坡面以下的地下水通過坡面防護或擋墻的泄水孔流入邊溝中，或在地下水位較低處，在邊溝下設(shè)置縱向盲溝攔截向路基深入的地下水。（4）路面內(nèi)部水通過設(shè)計隔水層或水泥處治碎石路肩排水系統(tǒng)，配合路基邊坡急流槽排至邊坡外的排水溝中，或直接排至邊溝，或橋涵的排水設(shè)施中。（5）地下水可以通過盲溝、豎井等地下排水設(shè)施匯集或攔截，排至水位較低的地表排水設(shè)施或地下水層中，或直接排出路界之外。（6）在臨河路段，根據(jù)設(shè)計洪水位和設(shè)計降雨重現(xiàn)期等對易受河水沖刷的路基高度范圍的邊坡進行防水處理，采用漿砌片石或水泥混凝土擋土墻等防護措施。（7）在經(jīng)過水田等軟基路段，采用排水墊層攔截地下水或采用橫向盲溝降低地下水位，然后將地下水匯集排到