公路路基排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工

馬家宇 張軍武

(1.河南省新開元路橋工程咨詢有限公司，河南 鄭州 450016;2.安陽市恒達(dá)公路發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 安陽 455000)

0 引言

根據(jù)公路的使用品質(zhì)，材料的組成類型以及路面結(jié)構(gòu)的承載能力路面穩(wěn)定性，將公路分為四個(gè)等級(jí)。相對于高等級(jí)路面，低等級(jí)路面的特點(diǎn)是承載能力與路面剛度較差，路面使用壽命較短，行車速度低且只能適應(yīng)較小的交通量，雖然初期的施工成本較低，但后期的運(yùn)營成本遠(yuǎn)較高等級(jí)路面高并且養(yǎng)護(hù)的工作量大。水是對公路正常使用產(chǎn)生危害的最主要的自然因素。為提高公路的使用性能，延長公路的使用壽命，降低后期維護(hù)成本，因此在路基施工中路基排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工顯得是重要。

1 路基排水的任務(wù)與意義

根據(jù)來源不同可分為地表水與地下水兩大類，與之相適應(yīng)的路基排水工程則分為地面排水和地下排水。地表水主要指大氣中的降水以及江河湖海等地表徑流。地表徑流對公路路基不斷的滲透與沖刷，可能只是路基的整體穩(wěn)定性受損害，形成水毀破壞。滲進(jìn)路基土體的水分，使土體處于過濕狀態(tài)可直接降低路基的承載能力。地下水由于層位狀態(tài)的不同對路基也會(huì)產(chǎn)生不同程度的危害。輕者石路基使然，降低其承載能力;嚴(yán)重的可能導(dǎo)致路基翻漿、凍脹甚至邊坡滑塌;在摻有膨脹土的路基工程中，水的出現(xiàn)可能導(dǎo)致毀滅性的破壞。路基排水系統(tǒng)的任務(wù)就是對地表徑流有效地進(jìn)行匯集引流，將路界范圍內(nèi)的路基土體的濕度降低到一定的限度以內(nèi)，使路基保持干燥狀態(tài)，以確保路基及路面的承載能力與整體穩(wěn)定性。

2 路基排水的一般設(shè)計(jì)原則

由于低等級(jí)公路建設(shè)的技術(shù)等級(jí)較低，根據(jù)公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范，在進(jìn)行低等級(jí)公路路基排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮路面內(nèi)部排水設(shè)計(jì)，主要需要考慮如何攔截并排除對路基穩(wěn)定性有影響的地表水，并對地表水的滯積、下滲以及漫流進(jìn)行防止。在設(shè)計(jì)中的一般原則為:

2.1 首先路界地表排水不應(yīng)兼做其他流水用途，針對低等級(jí)路面排水設(shè)計(jì)，如受到條件的限制需要兼用時(shí)，應(yīng)延至在較小規(guī)模與范圍內(nèi)，在符合公路排水設(shè)計(jì)的原則上，進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)。

2.2 必須先進(jìn)行施工資料調(diào)查研究，查明地質(zhì)環(huán)境及水源狀態(tài)后方可進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)地段要全面對排水系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，結(jié)合公路線路平縱面設(shè)計(jì)，使排水系統(tǒng)與公路設(shè)施相配合，做到綜合治理與分期建設(shè)相適應(yīng)。在需要進(jìn)行地基處理以及陡坡路段，排水應(yīng)與路基加固相配合。

2.3 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該因地制宜、合理規(guī)劃、統(tǒng)籌治理、注意經(jīng)濟(jì)與實(shí)效相適應(yīng)，并對施工現(xiàn)場的地形條件與天然水系進(jìn)行充分利用。排水溝的設(shè)計(jì)長度不宜過長，避免水流過于匯集，便于引流。

2.4 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意周邊農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施，防止對路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2.5 路基排水的設(shè)計(jì)應(yīng)注意對周邊自然生態(tài)的保護(hù)，加強(qiáng)對附近山體的水土保持，盡量不改變水流性質(zhì)以減少對當(dāng)?shù)厮档钠茐?，注意排水溝渠位置的選擇。

3 排水設(shè)備的構(gòu)造與布置

常用的路基路表排水設(shè)備包括:邊溝、排水溝、截水溝、跌水以及急流槽，調(diào)節(jié)特殊是還需設(shè)置倒虹吸、渡槽以及積水池等。不同的排水設(shè)備設(shè)置在不同的部位。各自的作用功能、構(gòu)造形式以及尺寸要求也各不相同。詳細(xì)內(nèi)容以下將進(jìn)行介紹:

3.1 邊溝

邊溝是指在挖方地段以及填土高度小于邊溝深度的填方路段設(shè)置的，為匯集和排除路面、路肩以及邊坡積水而設(shè)置在公路兩側(cè)的排水構(gòu)造。按照其形式不同大致可以分為L 形邊溝、三角形邊溝、矩形邊溝、梯形邊溝以及U 形邊溝等，按照其設(shè)置形式可以分為明溝、暗溝，邊溝的設(shè)置一般與路緣石形成一個(gè)整體。在工程實(shí)際應(yīng)用中，多選用梯形邊溝形式，梯形邊溝的排水量相對較大，而且具有較好的邊坡穩(wěn)定性，特別適用于公路路基工程中土基相對薄弱的地段，其邊溝內(nèi)側(cè)長度比例約為1:1.5，外側(cè)與挖方邊坡保持一致，其底部尺寸一般為0.5m 左右，可根據(jù)新建公路地區(qū)的水文條件適當(dāng)調(diào)節(jié)，降雨較多或地勢相對較低的取值稍大。另一種常用的邊溝形式為矩形邊坡，該種邊坡占地較少，施工簡單，便于機(jī)械化施工，能夠有效降低工程造價(jià)。

3.2 截水溝

截水溝又稱為天溝，是指在路塹坡頂以外設(shè)置的攔截路基流水的排水構(gòu)筑物，截水溝的布置需結(jié)合地形進(jìn)行設(shè)計(jì)，填方路基上側(cè)的路堤截水溝離坡腳的長度不宜低于2 米。截水溝的水流不應(yīng)流入到邊溝中，截水溝長度一般不會(huì)大于500米，當(dāng)長度必須超過500 米時(shí)則應(yīng)加設(shè)出水口，將水流引至排水溝或邊溝中。截水溝的設(shè)置首先要考慮其位置，以不影響邊坡穩(wěn)定為基礎(chǔ)，縱坡水平一般與路線的縱坡水平保持一致。同時(shí)還應(yīng)盡量與絕大多數(shù)地表水流的方向垂直，以提高截水溝的截水功能，縮短截水溝長度。

3.3 排水溝

排水溝的功能就是將邊溝、截水溝以及路基附近的積水引向路基以外指定地點(diǎn)的排水構(gòu)筑物，排水溝的設(shè)計(jì)要根據(jù)排水系統(tǒng)的工程布局進(jìn)行規(guī)劃，確定排水溝的深度和間距。排水溝的橫斷面一般為梯形，土溝的邊坡坡度一般為1:1.5，橫斷面尺寸由水力水文條件經(jīng)分析計(jì)算得出，底寬和深度均不宜小于0.5 米，排水溝應(yīng)盡量做成直線，保證流水通暢。

3.4 跌水與急流槽

跌水是一種緩解高處落水沖力的排水構(gòu)筑物，溝底一般呈階梯狀，水流呈瀑布跌落式通過，使得上游高處的水能夠安全自由的流入到下游的水利建筑中。跌水由進(jìn)水口、跌水槽、出水口三部分組成，各組成部分的設(shè)計(jì)尺寸由水力水文條件計(jì)算得出，以充分發(fā)揮跌水的排水作用。急流槽是在坡度較陡的路段設(shè)置的一種使水流不離開槽底的溝槽，通過上下游的水位差將水流引送至規(guī)定地點(diǎn)。急流槽的縱坡一般比跌水的縱坡更陡，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求也更高，一般用于山區(qū)公路的回頭曲線路段。急流槽也由三部分組成，進(jìn)水口、急流槽以及出水口，各部分橫斷面不盡相同，且出水口部分一般加設(shè)消力池。

3.5 倒吸虹與渡水槽

對于有水流橫跨路基的情況時(shí)，應(yīng)考慮使用管道或者溝槽的形式將水流從路基底部引入到規(guī)定位置，這種管道和溝槽分別稱為倒吸虹和渡水槽。倒吸虹和渡水槽是兩種特殊的排水構(gòu)筑物，多用于公路路基排水與農(nóng)田水利工程銜接處理。

4 排水系統(tǒng)的施工要點(diǎn)

4.1 邊溝設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

邊溝在設(shè)置時(shí)一定要選擇合理的位置，一般設(shè)置于挖方地段，對于填土高度不超過邊溝深度的填方路段也可以設(shè)置邊溝。在路堤靠山一側(cè)的坡腳處，也必須設(shè)置不滲水的邊溝，保證山體流水能夠順利排出，避免路基積水。在公路平曲線轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行邊溝施工時(shí)，要認(rèn)真做好從坡的銜接工作，防止曲線內(nèi)側(cè)存水或外溢。

4.2 截水溝位置選取要合理

截水溝的設(shè)置必須保證其不影響邊坡的穩(wěn)定性，對于存在棄土的邊坡其截水溝距離棄土堆應(yīng)保證1 米以上的距離，且棄土堆坡腳距離挖方坡頂不得低于10 米。當(dāng)截水溝長度超過500 米時(shí)必須在規(guī)定距離內(nèi)設(shè)置足量出水口，將水流引至自然溝或人工設(shè)置的邊溝內(nèi)。為避免積水下滲或沖刷，影響路基強(qiáng)度和排水系統(tǒng)的性能，必須對截水溝進(jìn)行防滲和加固處理。

4.3 排水溝施工要點(diǎn)

排水溝作為排水系統(tǒng)的重要組成部分之一，其線性要盡量平順，宜采用直線，提高排水順暢性，在公路轉(zhuǎn)彎處采用圓滑的弧線，弧線半徑不小于10 米，排水溝長度不宜過長，一般不超過500 米。此外，在布設(shè)排水溝時(shí)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離路基，距離路基坡腳不宜小于3 米。對于水流湍急，地質(zhì)軟弱的地段，排水溝需對其表面進(jìn)行一定的加固處理，防止水流沖刷。

4.4 跌水及急流槽施工要點(diǎn)

跌水和急流槽在施工時(shí)必須選用漿砌結(jié)構(gòu)，保證其抗沖刷能力，跌水的臺(tái)階高度應(yīng)根據(jù)施工處的地形條件以及水流大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，各級(jí)臺(tái)階的高度也可不同，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整。急流槽的縱坡不宜過大，同時(shí)要綜合考慮天然地面的地形特點(diǎn)，做到上段陡，下段緩。

5 結(jié)語

目前，我國公路建設(shè)事業(yè)正處在一個(gè)蓬勃發(fā)展的大好階段，在對公路工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)，必須充分做好路基排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工工作，重視路基排水系統(tǒng)的排水性能和工程質(zhì)量。公路工程跨度較大，地形地域條件復(fù)雜，在路基排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合不同路段的實(shí)際情況綜合考慮，設(shè)計(jì)出既可靠又合理的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

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