高速公路大修工程路面防排水設(shè)計(jì)技術(shù)研究

(湖南省高速公路管理局，湖南 長(zhǎng)沙 410001)

高速公路大修工程路面防排水設(shè)計(jì)技術(shù)研究

彭杰

(湖南省高速公路管理局，湖南 長(zhǎng)沙 410001)

結(jié)合高速公路舊水泥混凝土路面、舊瀝青路面路面結(jié)構(gòu)的防排水特點(diǎn)、防排水病害特征、項(xiàng)目水文氣候條件、高溫潮濕氣候特點(diǎn)等因素，根據(jù)湖南省潭邵高速公路大修工程路面防排水設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐，對(duì)舊水泥混凝土路面、舊瀝青路面大修改造的防排水技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出既經(jīng)濟(jì)環(huán)保又節(jié)約可行的防排水設(shè)計(jì)。有效地將自由水排除路面結(jié)構(gòu)范圍外，減少路面早期水損害。

高速公路；路面大修;防排水設(shè)計(jì)；施工排水

0 前言

水損害是高速公路路面最常見(jiàn)的病害類(lèi)型，其主要表現(xiàn)形式有：坑洞、唧泥、唧漿、積水等，特別在南方高溫多雨地區(qū)，水損害是高速公路的頭號(hào)病害。產(chǎn)生路面水損害的原因有很多種，主要有：①路面防排水設(shè)施不完善，路表水滲入路面結(jié)構(gòu)層，無(wú)法排除，使路面承載能力下降，同時(shí)反復(fù)沖刷路面結(jié)構(gòu)層，造成瀝青混合料松散、唧泥、唧漿、龜裂、翻漿等；②路基地下水位高，地下水上滲入路基甚至路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，造成基礎(chǔ)強(qiáng)度下降，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)龜裂或其他疲勞性破壞；③路面材料的水穩(wěn)定性差，水的滲入或材料含水量大會(huì)造成強(qiáng)度的大幅度下降，出現(xiàn)松散、坑洞或疲勞性破壞；④瀝青混合料粗集料與瀝青的粘附性差、吸水率大，導(dǎo)致瀝青與礦料剝落，造成瀝青表面瀝青剝落、松散等病害。因此，優(yōu)秀、完善的防排水設(shè)計(jì)是高速公路施工圖設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的組成部分。

對(duì)于高速公路大修工程而言，通過(guò)對(duì)原路基路面防排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，結(jié)合舊路面在使用過(guò)程中出現(xiàn)的水損害，對(duì)高速公路原防排水設(shè)施進(jìn)行完善，增加必要的、完善配套的防排水設(shè)施，并對(duì)防排水系統(tǒng)進(jìn)行綜合處治，才能確保大修路面工程質(zhì)量，防止早期水損害的產(chǎn)生。

1 大修工程概況

湖南省潭邵高速公路是國(guó)家重點(diǎn)規(guī)劃的“五縱七橫”國(guó)道主干線(xiàn)上海至瑞麗高速公路的一段，是“7918”國(guó)家高速公路網(wǎng)的第13橫——滬昆高速公路(G60)湖南段的重要組成部分。潭邵高速公路起于株洲市白馬壟，接京珠高速公路殷家坳互通，途徑湘潭、婁底、邵陽(yáng)3市，止于邵陽(yáng)市隆回縣周旺鋪鎮(zhèn)，主線(xiàn)全長(zhǎng)220.1 km，雙向四車(chē)道，路基寬度有28、26 m 2種，分別對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)速度為120、100 km/h，其中水泥混凝土路面長(zhǎng)73.480 km，瀝青混凝土路面長(zhǎng)146.620 km。該高速公路于2002年12月26日正式建成通車(chē)，至今運(yùn)營(yíng)超過(guò)13 a。

潭邵高速公路通車(chē)以來(lái)，同時(shí)承擔(dān)了湘東地區(qū)往來(lái)湘中、湘西主要的交通流量，目前交通量已超3萬(wàn)輛/ d，潭邵高速公路大貨車(chē)比例高，重載、超載現(xiàn)象較嚴(yán)重，隨著交通量和軸載快速增長(zhǎng)，路面破損日漸嚴(yán)重，服務(wù)水平日益下降，交通事故日漸增多，原有路面結(jié)構(gòu)已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的車(chē)輛荷載要求。于2015年啟動(dòng)大修改造工程。

2 大修工程的防排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

傳統(tǒng)公路排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工僅包括路基排水系統(tǒng)、路表排水系統(tǒng)及邊緣排水系統(tǒng)等，潭邵高速公路大修工程改造既有對(duì)舊水泥混凝土路面的改造，也有對(duì)舊瀝青路面的改造，對(duì)于不同路面結(jié)構(gòu)的防排水設(shè)計(jì)有一定程度的不同，結(jié)合潭邵高速公路大修一期工程的工程實(shí)際，對(duì)高速公路大修工程防排水設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹如下：

1)路基排水系統(tǒng)，阻隔、引導(dǎo)路基以外的表面水及地下水等，防止水對(duì)路基、邊坡等的侵蝕。

2)道路表面排水系統(tǒng)，盡快地排除路表的雨水，同時(shí)采取相應(yīng)的防水措施，防止路表水的下滲。

3)路面、橋面結(jié)構(gòu)層的防排水系統(tǒng)，應(yīng)采用路面或橋面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水或邊緣排水系統(tǒng)，將滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的自由水或滲水有效地排出路外。

4)施工臨時(shí)防排水系統(tǒng)，大修工程中對(duì)舊砼板進(jìn)行挖補(bǔ)或?qū)εf瀝青層進(jìn)行銑刨均會(huì)形成“坑”，如何在施工過(guò)程中將雨水排出路外，防止施工過(guò)程雨水大量侵入路基，泡軟路基及路面結(jié)構(gòu)層。

5)特殊部位的防排水措施，原路面水損害嚴(yán)重路段的防排水措施。

3 大修工程路表排水設(shè)計(jì)分析研究

大修工程路表排水應(yīng)當(dāng)考慮將路表水盡快排除，還應(yīng)對(duì)路面易積水路段進(jìn)行排查，防止路面積水對(duì)交通安全的影響。

3.1 路表排水

填方路段：若加鋪厚度為11 cm時(shí)，拆除重建原路肩溝，直接現(xiàn)澆11 cm混凝土硬化，若加鋪厚度大于11 cm時(shí)，除重建原路肩溝，外側(cè)回填碎石后重砌路肩溝，再現(xiàn)澆10 cm混凝土硬化，如圖1，圖2所示；對(duì)于部分低填、邊坡植被好的路段采用漫流方案。

切方路段：雨水直接排至邊溝，邊溝破損的應(yīng)修復(fù)，邊溝應(yīng)根據(jù)路面標(biāo)高的增加，進(jìn)行加高，若加鋪厚度為11 cm時(shí)，土路肩直接現(xiàn)澆11 cm混凝土硬化，若加鋪厚度大于11 cm時(shí)，回填碎石后再現(xiàn)澆10 cm混凝土硬化，如圖3，圖4所示。為進(jìn)一步保證安全，矩形邊溝未加蓋板的，補(bǔ)加蓋板。

易積水路段：①對(duì)于由路面不平整、路基沉陷原因造成的易積水路段，結(jié)合路面大修改造方案，對(duì)不平整、路基沉陷路段進(jìn)行銑刨后加鋪處治。保證合格的路線(xiàn)縱坡、路面橫坡度和合格的路面平整度，解決由路面施工原因造成的積水。②對(duì)于超高外側(cè)，由于超高起終點(diǎn)的橫坡、縱坡較小，容易造成路面積水，在大修工程設(shè)計(jì)中對(duì)該段的縱坡進(jìn)行調(diào)整，將零橫坡的路段與小縱坡錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，零橫坡對(duì)應(yīng)較大的縱坡，保證該段路面水能正常排除，不積水。

圖1 加鋪厚度為11 cm時(shí)填方邊緣排水改造設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

圖2 加鋪厚度大于11 cm時(shí)填方邊緣排水改造設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

圖3 加鋪厚度為11 cm時(shí)切方邊緣排水改造設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

圖4 加鋪厚度大于11 cm時(shí)切方邊緣排水改造設(shè)計(jì)圖(單位：cm)

3.2 中央分隔帶排水

中央分隔帶布置一般有填土綠化或硬化兩種方式，對(duì)于填土綠化方式的，應(yīng)設(shè)置中央分隔帶滲溝，排出中央分隔帶雨水下滲的自由水；對(duì)于硬化方式，則直接將水排至路表后經(jīng)邊溝或急流槽排出路外。潭邵高速公路大修改造項(xiàng)目將原波形梁中央分隔帶護(hù)欄改為F型砼護(hù)欄，中央分隔帶全部硬化，并對(duì)原有中央分隔帶滲溝及其橫向排水管、急流槽進(jìn)行檢查、修復(fù)。對(duì)于超高路段外側(cè)，在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置中溝和集水井，將超高外側(cè)路面水集中并排出路外，如圖5所示。

圖5 中央分隔帶排水設(shè)計(jì)圖(單位：mm)

4 大修工程邊緣排水及內(nèi)部排水設(shè)計(jì)分析

將滲入路面結(jié)構(gòu)層的自由水迅速地排出路外，是保證路面使用壽命、防止早期水損害產(chǎn)生的必要措施，排出路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)滲水一般有路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)和邊緣排水系統(tǒng)兩種類(lèi)型，對(duì)于大修改造工程，由于一般路面改造的深度不深，大部分以加鋪薄層為主，因此采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)層排水的方案一般不適合，一般采用路面邊緣排水系統(tǒng)。對(duì)于潭邵大修的路面結(jié)構(gòu)層滲水的排除采用了如下方案：

1)設(shè)置縱向盲溝邊緣排水系統(tǒng)：在土路肩硬化現(xiàn)澆混凝土(或路肩溝)下填碎石，并與原舊路面下的碎石盲溝連接起來(lái)，每隔5 m設(shè)置一條PVC滲水管，將滲水排至邊坡或邊溝內(nèi)，如圖6所示。

圖6 設(shè)置縱向盲溝邊緣排水系統(tǒng)(單位：cm)

2)原水泥路面接縫處易成為滲水通道，在采用舊砼板綜合處治后直接加鋪的大修路面處治方案中，應(yīng)在接縫對(duì)應(yīng)的土路肩下部設(shè)置滲水出水口。

3)對(duì)于采用共振破碎或多錘頭破碎處治舊水泥混凝土路面的大修處治方案中，應(yīng)在碎石化結(jié)構(gòu)層外側(cè)土路肩(超高路段為內(nèi)側(cè))設(shè)置縱向碎石盲溝，排除舊砼板碎石化基層內(nèi)部的積水。

4)在瀝青路面內(nèi)部設(shè)置橫向排水滲溝，施工時(shí)作為施工排水用，完成后作為路面內(nèi)部排水滲溝。

5 大修工程施工過(guò)程排水設(shè)計(jì)

對(duì)于大修項(xiàng)目，其施工過(guò)程排水十分重要，比新建高速公路更為重要。因?yàn)椴还苁桥f水泥砼路面還是舊瀝青路面，大量存在局部挖補(bǔ)、廠拌熱再生、廠拌冷再生等舊路處治工藝，因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，必須結(jié)合路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)、舊路改造設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)等的需要，認(rèn)真考慮施工過(guò)程排水設(shè)施的設(shè)置。潭邵高速公路大修工程施工圖設(shè)計(jì)中，對(duì)施工過(guò)程排水的設(shè)計(jì),如圖7所示，主要考慮的內(nèi)容以及采用的主要措施有：

1) 在路面施工前，應(yīng)確保排水設(shè)施已正常使用，疏通路基路面排水系統(tǒng)。

a)施工過(guò)程排水橫斷面圖

b)施工過(guò)程排水縱斷面圖

2)對(duì)廠拌熱再生及冷再生路段，在銑刨底部的低側(cè)每50-100 m(填方取低值，挖方取高值)在硬路肩橫向開(kāi)槽，寬度不小于50 cm，其中廠拌熱再生路段開(kāi)槽深度8 cm，冷再生路段開(kāi)槽深度20 cm，開(kāi)挖后回填A(yù)M-25，用于施工排水以及永久性滲溝。出口應(yīng)盡量接入急流槽或邊溝中。

3)在土路肩硬化后未攤鋪瀝青層前，應(yīng)每隔20 m留開(kāi)口或設(shè)置PVC管橫向臨時(shí)溝。

4)路面加高后，中央分隔帶未及時(shí)加高和封閉，設(shè)置中央分隔帶縱向施工臨時(shí)排水溝或排水管。凹曲線(xiàn)最低點(diǎn)、橋頭、路肩墻等位置設(shè)置必要的臨時(shí)排水設(shè)施。

6 大修工程特殊部位排水設(shè)計(jì)分析

1)對(duì)舊路面水損害嚴(yán)重、反復(fù)出現(xiàn)坑洞、唧泥(漿)嚴(yán)重的部位除對(duì)舊路面病害進(jìn)行處治之外，對(duì)其防排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般在邊溝下或邊溝左下方增加路基滲溝，對(duì)水損害特別集中的路段增加橫向滲溝。

2)早期高速公路在凹形豎曲線(xiàn)附近沒(méi)有排水設(shè)施，導(dǎo)致水容易聚集于此，高速公路大修改造中，一般底部附近增設(shè)3道橫向滲溝，橫向間距20～50 m，以排除路面滲水及路基地下水、降低地下水位,對(duì)于舊水泥混凝土路面尤為重要。

3)超高排水不暢積水：增設(shè)橫向排水管及集水井，采用開(kāi)挖或頂管施工。

4)對(duì)挖方地下水豐富的路段，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，在邊溝底部或靠路基側(cè)增設(shè)縱向滲溝。

7 橋面表面排水和內(nèi)部排水設(shè)計(jì)研究

橋面的排水在早期的許多高速公路建設(shè)中往往被忽視，只考慮了橋面表面排水，對(duì)橋面內(nèi)部和結(jié)構(gòu)層滲水的排除被忽視，在大修工程中應(yīng)增加橋面結(jié)構(gòu)層滲水的排除設(shè)計(jì)：

1)對(duì)于瀝青混凝土橋面，應(yīng)在橋面低側(cè)防撞護(hù)欄旁設(shè)置排水溝，如圖8所示。排水溝可采用明溝或滲溝，溝底應(yīng)與橋面現(xiàn)澆混凝土齊平，必須保證瀝青混凝土內(nèi)部或底部防水層頂面的滲水能夠盡快排除。

2)原橋梁泄水孔底面一般與橋面頂面齊平，所以?xún)H能排除橋面表面水，對(duì)于橋面瀝青結(jié)構(gòu)層內(nèi)滲水無(wú)法排除，因此，大修工程中應(yīng)結(jié)合橋梁防撞護(hù)欄改造，將泄水孔的位置進(jìn)行改造，泄水孔應(yīng)略

圖8 橋面低側(cè)防撞護(hù)欄旁設(shè)置排水溝

低于橋面明溝或滲溝底。

3)橋梁伸縮縫往往是橋面滲水的擋水帶，在大修工程設(shè)計(jì)中應(yīng)在靠伸縮縫的低側(cè)增設(shè)一個(gè)泄水孔，排除橋面滲水。

8 路面結(jié)構(gòu)防水措施

對(duì)于南方高溫多雨潮濕氣候特點(diǎn)下的高速公路，僅采用排水措施往往是不夠的，必須采用防排結(jié)合的方式，在路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)中，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層防水采取了以下措施：

1)表面層采用4 cm改性瀝青SMA-13，中面層采用改性瀝青AC-20C，下面層采用廠拌熱再生AC-20C，3層均為密實(shí)型瀝青混凝土。盡可能地減少雨水從瀝青路面的孔隙、裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部。

2)在大修工程設(shè)計(jì)中采用了上、下封層雙層封層設(shè)計(jì)，在舊瀝青路面設(shè)置1層改性瀝青同步碎石防水粘結(jié)層，在廠拌冷再生的頂面設(shè)置1層封層，有效地解決了雨水經(jīng)過(guò)瀝青路面孔隙、縱向施工縫、橫向施工縫滲入路面結(jié)構(gòu)層。

3)加強(qiáng)瀝青面層、瀝青橋面層高側(cè)碾壓，保證高側(cè)基本不滲水，從而減少雨水從高側(cè)下滲入路面結(jié)構(gòu)層。

4)在路面高側(cè)表面、橋面高側(cè)表面設(shè)置30～50 cm的防水膜，采用改性乳化瀝青，用量為1.0 kg/m2，填充高側(cè)的孔隙，防止雨水滲入。

9 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于南方高溫多雨潮濕氣候條件下，如何通過(guò)高速公路大修工程完善路面防排水，減少路面水損害，提高路面使用壽命，是大修工程建設(shè)成功的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)潭邵高速公路大修工程路面防排水工程的設(shè)計(jì)和施工，總結(jié)如下：

1)路面防排水必須采用“防排結(jié)合，以排為主”的設(shè)計(jì)原則。

2)針對(duì)原有路面排水系統(tǒng)缺陷進(jìn)行維修改造，對(duì)于水損害較多路段要進(jìn)行徹底處治。

3)在設(shè)計(jì)中既要考慮路表排水又要著重考慮結(jié)構(gòu)層排水、路基滲水，力求將所有自由水排除路外。

4)施工期的防水與排水十分重要，必須設(shè)置施工過(guò)程排水措施，避免留下質(zhì)量隱患。

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1008-844X(2017)03-0067-04

U 418.6+7

A

2017-05-05

彭 杰(1983-)，男，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。