公路路基路面排水設(shè)計(jì)研究

石巍

（保定市保通公路勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，河北保定 071000）

0 引言

道路實(shí)際使用過程中，由于道路排水不通暢，將導(dǎo)致道路路基沉降，造成邊坡水毀問題的發(fā)生。因此，針對(duì)公路實(shí)際情況，優(yōu)化公路路基路面設(shè)計(jì)十分必要。

1 公路排水設(shè)施

1.1 邊溝

邊溝是路表最基本、最常見的排水設(shè)施，它是在道路兩側(cè)用以匯集路面、路肩和邊坡的雨水，并排除至指定地點(diǎn)的路面排水結(jié)構(gòu)[1]。邊溝設(shè)置形式主要是矩形、三角形和梯形等，梯形邊溝內(nèi)側(cè)坡度一般在1∶1.2～1∶1.4之間，矩形邊溝內(nèi)側(cè)坡度一般在1∶0.6～1∶11之間。邊溝底部坡度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦?、地貌、水文地質(zhì)等因素，目前邊溝底部坡度設(shè)計(jì)都超過0.5%，對(duì)于橫坡過高且排水不通暢道路，邊溝底部坡度設(shè)計(jì)需要大于0.3%。邊溝兩側(cè)需要進(jìn)行防護(hù)措施，防止造成破壞，影響路面排水，且邊溝只能匯聚路面多余積水，其余道路排水結(jié)構(gòu)的雨水嚴(yán)禁引入邊溝內(nèi)。

1.2 截水溝

截水溝來用阻斷并排除路基上方水流，減輕邊溝排水壓力，保證邊坡和坡腳不受水流沖刷。對(duì)于當(dāng)時(shí)雨水量較小，且邊坡穩(wěn)定性較好水流沖刷不造成影響的路段可以不設(shè)計(jì)截水溝，但對(duì)于當(dāng)時(shí)經(jīng)常下雨且雨水量大，邊坡土質(zhì)松軟，易被沖刷催化破壞，且邊坡坡度較陡的路段必須設(shè)計(jì)截水溝。截水溝設(shè)計(jì)常用于邊坡開挖地段，溝渠坡度常設(shè)計(jì)在2%左右，并在截水溝下側(cè)搭建一個(gè)土臺(tái)，緩沖水流。目前截水溝與坡腳最小設(shè)計(jì)距離為2m。

1.3 排水溝

排水溝是邊溝、棄土場、截水溝等排水結(jié)構(gòu)將積水匯聚到一起，再通過排水溝將積水引至橋涵或路基范圍以外的指定地點(diǎn)的排水溝渠[2]。排水溝的主要作用是引水，因此需要與坡腳有一定距離，目前排水溝與坡腳最小設(shè)計(jì)距離為2m，溝渠平面設(shè)計(jì)以直線為主，轉(zhuǎn)向需要圓曲線時(shí)，圓曲線在12～18m之間，緩和曲線長度不等超過500m。排水溝深度設(shè)計(jì)根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲笥晁?，最低深度?.5m，內(nèi)側(cè)坡度設(shè)計(jì)在1∶1.2～1∶1.5之間，排水溝溝底坡度設(shè)計(jì)在1%～3%之間。

1.4 暗溝

暗溝埋設(shè)在地下，是將流入路基范圍內(nèi)，或攔截并匯聚的水流，排到橋涵或路基范圍以外的指定地點(diǎn)。下雨時(shí)，雨水在道路中央分隔匯聚，從路面排水口流入暗溝，通過暗溝將水流引走。暗溝由于結(jié)構(gòu)簡單，排水量較小，因此暗溝直線設(shè)計(jì)一般不能超過100m，溝渠底部縱坡設(shè)計(jì)在1%～2%之間，暗溝出水口標(biāo)高設(shè)計(jì)需要超過暗溝底部20cm。

2 工程概況

我國南方沿海某二級(jí)公路，全長230km，起點(diǎn)樁號(hào)為K120+100，終點(diǎn)樁號(hào)為K350+100，道路結(jié)構(gòu)為面層采用瀝青混凝土：4cm的AC-13+6cm的AC-20+10cmd的AC-25，基層采用25cm的水泥穩(wěn)定碎石。對(duì)該地區(qū)水文地質(zhì)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)爻Ｄ甓嘤昶骄陆涤炅繛?90.6mm，其中7月份平均降雨量為310.11mm，8月份平均降雨量為394.95mm，9月份平均降雨量為320.22mm，夏季三個(gè)月平均降雨量高達(dá)341.59mm，因此路面排水設(shè)計(jì)不滿足規(guī)范要求，很容易造成雨水聚集，路面水難以排除，影響交通出行，嚴(yán)重甚至導(dǎo)致路面抗滑能力降低，引起交通事故，因此該地區(qū)道路排水設(shè)計(jì)應(yīng)滿足規(guī)范要求。工程道路K250+180—K250+820路段信息表如表1所示。

表1 工程道路K 250+180—K 250+820路段信息表

3 路面排水設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

路面排水設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/TD33—2012）和《公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（姚祖康編著）進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)該沿海地區(qū)降雨量以及道路特點(diǎn)對(duì)路面排水設(shè)施進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。

3.1.1 水流計(jì)算

路表水流量與該地區(qū)平均降雨量息息相關(guān)，根據(jù)對(duì)水流量的大小，計(jì)算設(shè)計(jì)多少處路面排水設(shè)施才能保證路表水可以被排泄完全，在水流量大的地區(qū)應(yīng)增加排水設(shè)施數(shù)量。水流量計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：Q為路表水流量（m3/s）；q為平均降雨強(qiáng)度（mm/min）；ψ為流系數(shù)；F為積水區(qū)面積（km2）。

3.1.2 水力計(jì)算

路表水力與排水溝渠泄水能力有關(guān)，由于該南方沿海地區(qū)在夏季平均月降雨量高達(dá)341.59mm，因此暴雨時(shí)節(jié)需要考慮排水溝渠泄水能力，因此需要對(duì)路表水力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式（2）所示：

式中：Qc為排水溝渠泄水能力（m3/s）；ih為排水溝渠泄水橫斷面坡度；h為排水溝渠泄水?dāng)嗝嫔疃龋╩）；n為排水溝渠粗糙系數(shù)，本文取0.016；I為排水溝渠溝底坡度。

3.1.3 邊溝安全高度

排水溝渠設(shè)計(jì)時(shí)，路面水流量和水力是隨著降雨時(shí)間和降雨程度改變的值，因此需要確定邊溝的安全高度，邊溝高度過低時(shí)路表水會(huì)流向人行橫道，導(dǎo)致人行道出現(xiàn)積水，邊溝高度過高時(shí)，會(huì)造成工程成本增加。因此為避免排水邊溝內(nèi)雨水溢出，排水邊溝頂面最大高度應(yīng)與設(shè)計(jì)水位之間存在一個(gè)安全的高度。根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》要求，當(dāng)泄水深度在400mm以下時(shí)，排水邊溝頂面最大高度應(yīng)高于設(shè)計(jì)水位10cm；當(dāng)泄水深度在400mm以上時(shí)，排水邊溝頂面最大高度應(yīng)高于設(shè)計(jì)水位20cm；由于該地區(qū)最大月平均降雨量為394.95mm，小于400mm，因此本文排水邊溝安全高度設(shè)為10cm。

3.1.4 滲溝設(shè)計(jì)

滲溝設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)排水溝渠溝底水流量進(jìn)行計(jì)算，滲溝不滿足施工要求，當(dāng)水流量較大時(shí)流入排水溝渠底部的積水在此處聚集，由于此時(shí)進(jìn)入溝渠底部的水流量大于泄水流量，雨水在底部匯集無法排走，此時(shí)已經(jīng)超過溝渠底部泄水能力，由于泄水能力不滿足要求無法正常運(yùn)行，城市排水系統(tǒng)將暫時(shí)失效，因此需要設(shè)計(jì)合理的滲溝。

假定地面無雨水滲入，流入溝渠底部水流無限、無壓，溝渠底部長度無限，可計(jì)算每米流入溝渠的水量，如式（3）所示：

式中：h0為滲溝底部水深（m）；k為滲溝內(nèi)水流滲透系數(shù)（m/s）；本文取0.03m/s；H為滲溝高度（m）；L為水力影響距離（m）。

3.2 路面排水系統(tǒng)方案

由于該地區(qū)降雨量較大，而高效的排水設(shè)施不僅可以及時(shí)匯集、排走路表多余雨水，還可以降低瀝青路面結(jié)構(gòu)因雨水滲入導(dǎo)致濕度增加而造成的水損害等病害，提高路面使用年限。當(dāng)排水設(shè)施設(shè)計(jì)不滿足規(guī)范要求時(shí)，路表積水會(huì)滲入人行道或滯留在路面結(jié)構(gòu)，引起路面病害，因此需要合理的路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，故本文對(duì)采取的排水方案如圖1所示。

圖1 該地區(qū)路面排水系統(tǒng)方案

其中1為道路瀝青面層采用透水瀝青鋪筑，7為封層鋪筑在透水瀝青面層上面，阻止雨水下滲封層阻止雨水向下滲透，5為人行橫道，4為路緣石，6為基層和路基，3為邊溝，邊溝最大高度應(yīng)瀝青面層表面直接的距離不得小于10cm，2為滲溝，道路兩側(cè)分別設(shè)置邊溝和滲溝，形成路表水流向?yàn)r青面層，瀝青面層積水沿兩側(cè)邊溝流入滲溝，最后雨水沿溝渠底部流向附近水域，從而形成完整的道路排水系統(tǒng)。

3.3 中央分隔帶排水設(shè)計(jì)

除路面排水溝和滲溝結(jié)合的排水系統(tǒng)，還有中央分隔帶排水設(shè)施，主要是利用中央分隔帶綠色植被進(jìn)行排水，首先將中央分隔帶做成一處中間低兩邊高的結(jié)構(gòu)，該排水結(jié)構(gòu)類似一個(gè)碗，降雨時(shí)能夠匯聚雨水，“碗底”設(shè)有土工布，“碗內(nèi)”雨水沿土工布流入路基中，路基內(nèi)設(shè)有排水管道，留到路基中的雨水會(huì)沿排水管道流向附近水域。中央分隔帶排水結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 中央分隔帶排水結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

本文依托工程實(shí)例，對(duì)工程道路進(jìn)行路況調(diào)查研究，結(jié)合公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范，得到該地區(qū)水流量和水力大小，并計(jì)算邊溝安全高度和滲溝設(shè)泄水能力，并確定路面排水系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)中央分隔帶排水，以優(yōu)化公路排水設(shè)計(jì)，將路面多余雨水排出，進(jìn)一步提高道路使用壽命。