平原區(qū)高速公路通道排水方案研究

平原區(qū)高速公路通道排水方案研究

0基本概念長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)的高速公路通常采用水庫(kù)式結(jié)構(gòu)，而平原區(qū)的高速公路咸豐高度一般為3m4m。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的高速公路普遍采用低路堤,平均高度在0.5m~1.0m。人口密度比中國(guó)更高的日本,平原區(qū)高速公路的路基高度一般為1m,最高不超過(guò)2m。相比低路堤,高路堤會(huì)占用更多的土地,造成景觀(guān)的割裂感,加重交通事故的危害程度,容易出現(xiàn)不均勻沉降和邊坡失穩(wěn)等。目前,我國(guó)平原區(qū)高速公路路基高度始終降不下來(lái)的一個(gè)關(guān)鍵性制約因素就是橫向交通的干擾。因此,許多高速公路為降低路基高度采用下挖通道方案。這種方案使得橫向通道排水困難,影響了當(dāng)?shù)厝罕姷娜粘Ｍㄐ?造成不良的社會(huì)影響,因此對(duì)高速公路通道排水系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1基本農(nóng)田占用面積,通道底部標(biāo)高相對(duì)下降根據(jù)對(duì)河南省已通車(chē)高速公路項(xiàng)目沿線(xiàn)通道積水問(wèn)題的調(diào)查,通道積水的原因有以下幾點(diǎn):a)為降低路基填土高度,減少填方量和基本農(nóng)田占用面積,以最大限度地降低工程造價(jià),部分通道底面原設(shè)計(jì)標(biāo)高低于被交道路路面標(biāo)高;b)在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,通道整體沉降造成通道底面標(biāo)高降低,或黃灌區(qū)大地標(biāo)高的逐年提高使通道底面標(biāo)高相對(duì)降低;c)因地方道路升級(jí)改造,造成通道所接被交道路路面抬高,致使通道底面相對(duì)降低;d)為提高凈空,部分通道鋪底被當(dāng)?shù)厝罕娮孕型诔?造成通道底標(biāo)高低于洞口路面。2地下滲透系統(tǒng)的排水方案總結(jié)河南省高速公路通道排水的工程實(shí)踐,目前采用的排水方案主要有:遮蓋法、機(jī)械排水與自然排水、集中地下滲透排水。這幾種方案在處理效果、造價(jià)、維護(hù)、安全性能方面及環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益等方面各有優(yōu)劣。2.1滲透出通道出入口的雨水最常見(jiàn)的就是在被交道路通道出入口上方搭建雨棚,不讓雨水匯入通道內(nèi),通道出入口的雨水通過(guò)原地面匯入自然體系中,利用自由排泄的方式流入外界。搭建的雨棚相對(duì)環(huán)保,設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單但后期維護(hù)不便且費(fèi)用較大,同時(shí)與沿線(xiàn)景觀(guān)不相協(xié)調(diào),因此一般只在服務(wù)區(qū)、停車(chē)區(qū)等位置使用。2.2機(jī)械排水和自然排水2.2.1泵內(nèi)取液泵在通道設(shè)置集水井用于匯集路表徑流雨水,然后用水泵將其抽出。由于水泵抽水需要就近的電源和抽水設(shè)備,且需要保持抽水設(shè)備的完好,需有專(zhuān)人管理,造價(jià)較高,高速公路很少使用,僅作為一種應(yīng)急措施。2.2.2設(shè)置低溝排水線(xiàn)，用于高邊坡將通道內(nèi)的水引入邊溝或地勢(shì)低洼地,匯入自然水系。要求附近有低洼地且距離較近。該方案受地形條件限制較大。2.2.3當(dāng)?shù)赜幸粋€(gè)儲(chǔ)水池在通道出口旁邊就地設(shè)置,匯集通道內(nèi)積水并進(jìn)行蓄水與蒸發(fā)。但需挖土較深且用地面積較大。2.3水池+小滲井方案利用地層土壤滲透性好的特征,采用集水井+橫向排水管+封底的蓄水池+小滲井的方案,利用蓄水及滲透,排除通道內(nèi)積水。該方案適用于地下水位較深,匯水量較大的情況。通道內(nèi)的集水由集水井匯集起來(lái),通過(guò)橫向排水管匯集到蓄水池。通過(guò)蓄水池下小滲井滲透到地下。3施交道路排水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)原則:a)進(jìn)行路基路面綜合排水設(shè)計(jì),減少被交道路匯水面積與匯水量;設(shè)置完善的排水設(shè)施:邊溝、排水溝、截水溝等,攔截并匯集區(qū)域內(nèi)的雨水,與其他排水設(shè)施貫通,形成完整的排水系統(tǒng);在被交道路范圍內(nèi)設(shè)置擋水埝,避免周邊雨水匯入;b)優(yōu)化被交道路縱斷面線(xiàn)形,根據(jù)被交道路的等級(jí),選擇較合適的縱坡,減少縱坡長(zhǎng)度,盡量避免由于線(xiàn)形的不合理設(shè)計(jì)而增大匯水面積,在坡頂設(shè)置反坡段,與地面銜接,減少匯水量;c)選擇合適的邊坡坡度或設(shè)置擋土墻,減少匯水面積;邊坡表面做植被防護(hù)處理,增大坡面積水的滯留時(shí)間;d)被交道路需要進(jìn)行路面鋪裝,從水穩(wěn)定性和抗沖刷的能力方面考慮,建議采用水泥混凝土路面;e)盡量采用橫穿道路與橋涵相結(jié)合的方式以減少橫穿道路的數(shù)量;在允許的范圍內(nèi)盡量減少橫向通道的數(shù)量。4防排水設(shè)計(jì)缺乏設(shè)計(jì)理念我國(guó)在高速公路的建設(shè)過(guò)程中,提出了許多針對(duì)具體工程且行之有效的公路排水設(shè)計(jì)方案和工程措施。但卻未能從設(shè)計(jì)理念上重視防排水設(shè)計(jì),經(jīng)驗(yàn)的成分較多,存在著理論與實(shí)際工程脫節(jié),像設(shè)計(jì)參數(shù)配套性不夠的缺點(diǎn)。由于針對(duì)通道排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尚未系統(tǒng)化,本文根據(jù)河南省工程實(shí)踐對(duì)通道排水進(jìn)行系統(tǒng)地研究和總結(jié)。4.1通道的匯水面積及匯水面積匯水量根據(jù)匯水面積以及各地區(qū)降雨強(qiáng)度確定。根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD30—2004)規(guī)定,高速公路路基排水設(shè)計(jì)應(yīng)采用的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為15年一遇連續(xù)3日的最大降雨強(qiáng)度,在計(jì)算被交道路最大匯水量時(shí)應(yīng)根據(jù)各個(gè)地區(qū)的最大降雨強(qiáng)度分別計(jì)算,最大匯水量采用的計(jì)算公式如下:式中:S——匯水面積(mγ——15年一遇連續(xù)3日最大降水量。4.2采用滲透裝置的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算滲透池的深度根據(jù)沿線(xiàn)水文地質(zhì)條件確定。計(jì)算公式如下:式中:QQQ4.3計(jì)算最大滲透量的最佳Q式中:K——滲透系數(shù)(cm/s);A——水流通過(guò)斷面的面積;5地下水滲透系數(shù)及深度被交道路縱坡值取2.2%,兩側(cè)設(shè)置擋土墻,以減少匯水面積。15年一遇連續(xù)3日最大降雨量為220mm,土質(zhì)為砂土,滲透系數(shù)K=0.01cm/s。滲水井的內(nèi)徑為40cm,外徑為60cm,采用C25無(wú)砂砼預(yù)制。在河南省邊溝的深度一般為60cm。此通道的排水系統(tǒng)方案如下。5.1挖掘深度小于60cm。一般來(lái)說(shuō)，通道中的水池可以引入邊溝，而邊溝中的水可以通過(guò)邊溝排出5.2儲(chǔ)水池有效儲(chǔ)水量的確定考慮到不占用良田,通道的儲(chǔ)水池設(shè)置在占地界以?xún)?nèi)。平原區(qū)路基邊坡線(xiàn)距占地界一般為5m,考慮施工的因素,深度一般不超過(guò)2.5m。考慮到施工的難度及安全性,儲(chǔ)水池深度取2.5m,有效儲(chǔ)水為:1.5-0.6=0.9m。儲(chǔ)水池寬4.5m,深2.5m,長(zhǎng)度為L(zhǎng)。對(duì)于4m通道:因此,對(duì)于4m通道采用長(zhǎng)6m、寬4.5m、深2.5m的儲(chǔ)水池,通道兩側(cè)各1個(gè)。對(duì)于6m通道:因此,對(duì)于6m通道采用長(zhǎng)9m、寬4.5m、深2.5m的儲(chǔ)水池,通道兩側(cè)各1個(gè)。圖1為儲(chǔ)水池方案示意圖。5.3儲(chǔ)水池+滲流井方案對(duì)于4m通道:儲(chǔ)水池容積:Q滲水井的內(nèi)徑為40cm,外徑為60cm,采用C25無(wú)砂砼預(yù)制。在儲(chǔ)水池底部布置12處。滲水井滲透量:滲水井的長(zhǎng)度:因此,對(duì)于4m通道,在路基一側(cè)設(shè)置2個(gè)儲(chǔ)水池,每個(gè)儲(chǔ)水池長(zhǎng)6m、寬4.5m、深3.5m。在每個(gè)儲(chǔ)水池布置6個(gè)滲水井(總12個(gè)),每個(gè)滲水井的長(zhǎng)度取20m。對(duì)于6m通道:儲(chǔ)水池容積:滲水井的內(nèi)徑為40cm,外徑為60cm,采用C25無(wú)砂砼預(yù)制。在儲(chǔ)水池底部布置18處。滲水井滲透量:滲水井的長(zhǎng)度:因此,對(duì)于6m通道,在路基一側(cè)設(shè)置2個(gè)儲(chǔ)水池,每個(gè)儲(chǔ)水池長(zhǎng)9m、寬4.5m、深3.5m。在每個(gè)儲(chǔ)水池布置9個(gè)滲水井(總18個(gè)),每個(gè)滲水井的長(zhǎng)度取20m。圖2為儲(chǔ)水池+滲水井方案示意圖。故對(duì)于該地區(qū),通道的排水系統(tǒng)分為以下三種情況考慮:a)對(duì)于積水深度小于60cm的,利用路基綜合排水系統(tǒng),將積水排出;b)對(duì)于積水深度大于60cm且小于100cm的,在通道兩側(cè)各設(shè)置一處儲(chǔ)水池;c)對(duì)于積水深度大于100cm的,在通道兩側(cè)各設(shè)置