公路工程低路基防排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

文/章鈺智、余登峰

1 前言

我國地域遼闊，不同的地區(qū)氣候條件相差非常大，因此結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的公路施工方案尤為重要。在公路項(xiàng)目建設(shè)施工中，通過使用低路基的方式可以減少占地面積和開挖土方量，保證公路與自然協(xié)調(diào)共處。通過低路基的結(jié)構(gòu)形式選擇，可以解決地基強(qiáng)度問題，并且在公路項(xiàng)目范圍內(nèi)降雨量相差較大時(shí)，徹底解決漫流排水問題；特別是應(yīng)用到戈壁等地，可以消除不良地質(zhì)條件產(chǎn)生的侵蝕和影響。本文以某地區(qū)的高速公路項(xiàng)目為案例進(jìn)行分析，重點(diǎn)了解低路基的防排水結(jié)構(gòu)形式和最終的施工效果，對(duì)今后類似的低路基防排水施工的順利進(jìn)行起到積極的促進(jìn)作用[1]。

2 項(xiàng)目區(qū)概況

某高速公路項(xiàng)目是當(dāng)?shù)刂饕煌ɑA(chǔ)設(shè)施，線路總長度為233.6km，在沿線分布著各種特殊地質(zhì)條件。經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)的地表水不發(fā)育；冬春時(shí)節(jié)是當(dāng)?shù)氐目菟?，進(jìn)入6月之后，因?yàn)楸ㄈ诨扔绊懀M(jìn)入汛期；秋季環(huán)境溫度下降速度非?？?，河流徑流也會(huì)大幅減少。另外，綠洲區(qū)對(duì)于低路基穩(wěn)定性有著直接的影響，比如降水、地下水、灌溉等因素就會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，而荒漠地帶的低路基穩(wěn)定性則會(huì)直接受到暴雨、洪水等方面的影響。因此，選擇科學(xué)合理的防排水設(shè)計(jì)方案可以有效提升低路基性能，滿足公路運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到交通安全性的要求。

3 防排水結(jié)構(gòu)形式

經(jīng)過現(xiàn)場的勘察可以確定，該項(xiàng)目的兩側(cè)分布著綠洲，需要對(duì)于沿線區(qū)域內(nèi)的跨路基橫向水、地下水、地表徑流等進(jìn)行攔截處理，有效疏排水資源，防止給公路項(xiàng)目帶來不利影響。綜合分析目前的綠洲區(qū)的特點(diǎn)，應(yīng)該采取符合實(shí)際需要的防排水基礎(chǔ)設(shè)施。綠洲區(qū)低路基要想減少降水、地下水等方面的影響，可以選擇使用邊溝、排水通道等方式處理；而荒漠區(qū)則需要選擇消除洪水影響的措施，一般采用涵洞等設(shè)施，以達(dá)到防排水的效果。

3.1 邊溝及急流槽

邊溝的作用就是將路表、路肩等位置的水進(jìn)行匯集，一般設(shè)置于路肩的外側(cè)空間；此外，通常填方都是設(shè)置在坡腳的外側(cè)，其結(jié)構(gòu)形式主要是三角形、矩形等。低路基結(jié)構(gòu)部分的填筑高度在3.5m 左右，其排水能力的計(jì)算和路面排水長度存在著直接聯(lián)系。經(jīng)過分析，本次公路路面的路面排水長度為100～200m，由此確定采用底部寬度50cm 的梯形斷面排水溝，以此滿足路表水排除處理的需要。在該項(xiàng)目內(nèi)，邊溝還可以排出急流槽、路堤等邊坡水流，避免綠洲區(qū)給邊坡造成侵蝕和影響。急流槽主要是在路堤和路塹比較陡的情況下設(shè)置，設(shè)定為排水基礎(chǔ)設(shè)施，一般由進(jìn)口、槽身、出口等部分構(gòu)成。在表面有大量水匯集的情況下，急流槽穩(wěn)定性難以達(dá)到使用要求，因此需要在槽底布置加固底座、消力池、陶瓷急流槽等設(shè)施，以滿足排水的需要，達(dá)到急流槽運(yùn)行穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)出現(xiàn)沖毀等嚴(yán)重問題[2]。

3.2 截水溝

截水溝一般情況下是布置于路塹坡頂外側(cè)、山坡等地帶，其使用目的是將坡面處集聚的水直接截流，防止給路基結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重的沖擊影響。一般情況下，截水溝是根據(jù)水流方向保持垂直設(shè)計(jì)，與地形等高線處于平行的位置上。在坡面比較陡的情況下，邊坡平臺(tái)的位置上需要設(shè)置截水溝；在水流相對(duì)較大的情況下，需要設(shè)置比較多的截水溝，以滿足實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。本次項(xiàng)目施工地帶應(yīng)用的是梯形截水溝等形式，一般選擇使用厚度為20～30cm 的漿砌片石砌筑，避免降雨集中的情況下導(dǎo)致嚴(yán)重沖刷影響，確保公路邊坡運(yùn)行更加穩(wěn)定；在挖方量比較大的情況下，截水溝通常會(huì)和邊溝、截流槽聯(lián)合行動(dòng)。另外，如果施工地帶存在鹽漬土，則需布置截水盲溝，以提升路基穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 路基隔斷層

該高速公路所在地區(qū)分布著比較多的鹽漬土地質(zhì)條件，且項(xiàng)目路基部分全部采用鹽漬土進(jìn)行填筑作業(yè)施工，在運(yùn)營階段極易存在凍脹、混凝土侵蝕等質(zhì)量問題。因此，需要設(shè)置路基隔斷層，同時(shí)路基按照規(guī)定高度鋪設(shè)相應(yīng)厚度的材料，將毛細(xì)水隔絕在路基外部，進(jìn)而避免水分、鹽分等進(jìn)入路基表面，且不會(huì)發(fā)生鹽脹的問題。隔斷層的作用尤為明顯，按照公路運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的隔斷層施工材料，以達(dá)到隔斷的效果。結(jié)合這一地區(qū)內(nèi)高速公路經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，在零填方的路段應(yīng)該布置厚度為30cm 的隔水層結(jié)構(gòu)，挖方路段則應(yīng)該布置20～30cm 厚隔水層；對(duì)于路基有潮濕性問題的情況，在路床下部應(yīng)根據(jù)平均稠度確定具體的技術(shù)參數(shù)，保證最終的隔水層結(jié)構(gòu)達(dá)到性能的標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。另外，在隔斷層設(shè)計(jì)上，也要按照工程的需求，對(duì)路基的形式進(jìn)行確定，使其達(dá)到隔斷效果。

3.4 通道排水

高速公路在建設(shè)施工后，會(huì)使公路兩側(cè)的自然環(huán)境處于隔斷的狀態(tài)，因此要優(yōu)先選擇使用上跨橋、下通道等結(jié)構(gòu)形式將兩側(cè)的自然環(huán)境聯(lián)系起來，以保證生態(tài)性合格。對(duì)于地形變化比較起伏的地帶，一般會(huì)優(yōu)先選擇上跨橋的結(jié)構(gòu)形式；如果是平原地帶或者地勢較為平緩，則應(yīng)該使用下挖通道的方式，這樣可以有效降低路基的高度，達(dá)到運(yùn)行要求。但是應(yīng)用下挖通道后，在暴風(fēng)雪、融雪洪水等自然條件的影響下，會(huì)導(dǎo)致這一區(qū)域內(nèi)給水非常嚴(yán)重，進(jìn)而給兩側(cè)區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活帶來非常不利的影響。因此，我們要結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的通道排水技術(shù)措施，滿足運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。該高速公路所設(shè)施的通道排水設(shè)施如下所示：兩側(cè)入口部位上需要設(shè)置擋雨棚結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要按照要求設(shè)置截水溝、排水溝等基礎(chǔ)設(shè)施；如果土層結(jié)構(gòu)的滲透性非常好，那么在通道最低的位置需要設(shè)置滲水井；利用管道、水泵等方式并采取人工干預(yù)的方法把積水抽出去，排放到低洼的路段中；通道內(nèi)部需要布置排水溝形式，保證積水可以及時(shí)排出[4]。

3.5 涵洞

涵洞為埋設(shè)到路堤中間需要橫穿路堤結(jié)構(gòu)的建筑物形式，其需要把地形較高的一側(cè)的洪水直接排放到地形較低的一側(cè)空間中，可以當(dāng)作是農(nóng)業(yè)灌溉的方式，也可以應(yīng)用為通道的形式。目前應(yīng)用的涵洞的主要形式由箱涵、拱涵、蓋板涵、圓管涵等，這些都會(huì)在該高速公路所在地區(qū)內(nèi)使用，最為普遍應(yīng)用的是蓋板涵與箱涵。蓋板涵的主要施工材料是天然石材，這種材料簡單易得，結(jié)構(gòu)硬度比較高，施工操作也非常方便，維修效果非常好，但是力學(xué)性能很差，通常只能在跨徑在2m 以下、流量不足10m3/s 的情況下應(yīng)用。箱涵的主要施工材料是鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)性能比較好，抗變形能力高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也非常好，使用范圍較廣，但是總體來說施工成本較高，難度也很大。為了滿足低路基排水性能的使用標(biāo)準(zhǔn)，本次高速公路選擇使用多孔低矮箱涵的結(jié)構(gòu)形式，保證排水的效果符合工程需要。從實(shí)際情況出發(fā)，在高速公路選擇涵洞時(shí)，需要考慮到水流量數(shù)據(jù)，保證其使用性能符合要求[5]。經(jīng)過設(shè)計(jì)人員綜合分析，該項(xiàng)目中采用的是雙孔與三孔箱涵，設(shè)計(jì)方案如下圖1 所示。

圖1 常用箱涵典型設(shè)計(jì)斷面

在涵洞設(shè)計(jì)過程中，需要分析低路基排水防水以及排水量，從而使整個(gè)涵洞設(shè)計(jì)的通水率滿足應(yīng)用要求。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于特殊地形條件下的公路低路基設(shè)計(jì)施工，施工人員需要引起足夠的重視。一般情況下，選擇使用底部寬度為50cm 的體型斷面邊溝結(jié)構(gòu)就能夠滿足排水的要求，同時(shí)還能預(yù)防鹽漬侵蝕的影響；截水溝一般都會(huì)選擇使用梯形的形式，以此有效提高排水能力，避免降雨量大給路基帶來嚴(yán)重的沖擊影響；另外，隔水層結(jié)構(gòu)的選擇也非常重要，其目的是保證路基結(jié)構(gòu)性能，所以施工材料選擇尤為關(guān)鍵；此外，通道排水部分的設(shè)計(jì)也很關(guān)鍵，一般會(huì)采用擋雨棚、滲水井等方式，同時(shí)還要布置管道與水泵抽水；對(duì)于涵洞來說，優(yōu)先選擇混凝土的雙孔或三孔涵洞，能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。