高速公路排水系統(tǒng)及環(huán)保設(shè)計

馬增興

摘要：水是影響路基強度和穩(wěn)定性的重要因素，排水設(shè)計對于保障公路結(jié)構(gòu)物的使用壽命和行車的通暢、安全具有十分重要的作用，因此環(huán)保型排水系統(tǒng)目前是我國高速公路排水設(shè)計的發(fā)展方向。為了提升高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計的環(huán)保性，在綜合分析高速公路排水系統(tǒng)及設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，總結(jié)了開展高速公路排水系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計的必要性，并以實際工程項目為例，結(jié)合該高速公路的實際水文地質(zhì)條件，提出了高速公路生態(tài)排水系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)形式，充分體現(xiàn)出了高速公路排水系統(tǒng)的環(huán)保特色。實踐結(jié)果表明，對高速公路排水系統(tǒng)進行環(huán)保設(shè)計，不僅滿足公路排水的基本要求，同時滿足生態(tài)環(huán)保要求，具有生態(tài)效益、景觀效益、經(jīng)濟效益的長期效果。

關(guān)鍵詞：高速公路；排水系統(tǒng)；環(huán)保；設(shè)計

中圖分類號：U417.3? ? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0087-04

0 引言

隨著交通運輸需求的不斷增長，我國高速公路不斷暴露出排水問題［1］。高速公路排水系統(tǒng)的好壞直接影響路基、路面和邊坡等結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，進而影響高速公路的使用性能［2］。排水系統(tǒng)作為保障高速公路正常使用的基礎(chǔ)，國外在排水系統(tǒng)環(huán)保方面的研究起步較早，而我國則是1997年才頒布《公路排水設(shè)計規(guī)范》（JTJ 018—97），該規(guī)范對公路排水設(shè)計做出了的規(guī)定［3］。近年來，國家重點關(guān)注排水系統(tǒng)對環(huán)境的污染問題。如何使高速公路排水系統(tǒng)與周圍景觀協(xié)調(diào)，最大限度地實現(xiàn)環(huán)境保護的功能，是我國高速公路排水設(shè)計的發(fā)展方向［4］。因此，在進行高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計時，要綜合考慮沿線地形地貌、水文地質(zhì)、降雨量等自然因素，利用新理念和新技術(shù)實現(xiàn)排水系統(tǒng)的環(huán)境保護和景觀綠化一體化［5］。本文在現(xiàn)行高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，將生態(tài)排水技術(shù)成功地應(yīng)用到溧高高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計中，滿足了高速公路排水要求，達到了生態(tài)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致的環(huán)保效益，并且對未來高速公路排水系統(tǒng)的設(shè)計具有良好的指導(dǎo)作用。

1 高速公路排水系統(tǒng)

水是危害高速公路的主要因素之一，它會直接或間接影響道路的濕度從而影響道路的使用質(zhì)量與行車安全［6］。隨著公路建設(shè)的發(fā)展，特別是高等級公路的建設(shè)，水對公路的影響日顯突出，高速公路排水系統(tǒng)的功能是迅速排除路面水、路面結(jié)構(gòu)層間水，防止地下水對路基穩(wěn)定性及強度的影響，減少排水過程中對路基、路面結(jié)構(gòu)的不利影響［7］。因此，排水設(shè)施是高速公路必不可少的重要組成部分，對高速公路的正常使用尤為關(guān)鍵。在高速公路設(shè)計中，必須重視排水工程，排水系統(tǒng)主要包括邊溝、截水溝、排水溝、集水溝、集水井等排水結(jié)構(gòu)物，為保證高速公路的使用性能，應(yīng)當(dāng)根據(jù)項目特點，合理選擇排水設(shè)計方案，保證高速公路建設(shè)質(zhì)量［8］。

2 高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計原則

高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計中通常遵循“截、引、排”的原則，最大限度地發(fā)揮排水結(jié)構(gòu)的功能和作用［9］。首先，對地表水的有效攔截是前提，將水快速排出路基范圍；其次，綜合考慮各種排水設(shè)施之間的互相連接，對水進行有效的引流，防止水分下滲后損害路基結(jié)構(gòu)；最后，將路基范圍內(nèi)的水排出，形成一個功能齊全的高速公路排水系統(tǒng)［10］。設(shè)計排水系統(tǒng)時應(yīng)注意以下內(nèi)容：①排水設(shè)施在實現(xiàn)其功能時，不應(yīng)造成壅水或阻水，不應(yīng)產(chǎn)生沖刷流速。②要綜合考慮項目的沿線地形、水文地質(zhì)、氣象條件及橋涵位置等。③注意搜集項目當(dāng)?shù)氐淖匀凰?、天然河溝、人工排水、水土保持、河川治理等設(shè)施的信息，實現(xiàn)高速公路排水系統(tǒng)的合理配置和互相補充，全面規(guī)劃排水設(shè)計范圍。④保證排水結(jié)構(gòu)的使用年限及其使用期限內(nèi)的使用性能，并采用科學(xué)、合理的加固防滲防護措施。⑤避免圬工砌體對生態(tài)環(huán)境造成破壞，建設(shè)生態(tài)環(huán)保型公路排水系統(tǒng)，實現(xiàn)公路排水生態(tài)化。⑥合理選擇排水系統(tǒng)的斷面形式、尺寸，滿足排水能力要求。

3 開展高速公路排水系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計的必要性

高速公路是一條帶狀物，沿線排水設(shè)施的設(shè)置是否合理，會對地表徑流會產(chǎn)生一定的影響，從而引起原有自然環(huán)境的改變。隨著國民環(huán)保意識的增強，高速公路的排水問題日益得到重視［11］。為滿足環(huán)保要求，在排水系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)引入可持續(xù)發(fā)展思想，實現(xiàn)排水系統(tǒng)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，使自然生態(tài)環(huán)境和人類活動達到良性循環(huán)。因此，高速公路排水系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計已成為綠色交通發(fā)展的重要任務(wù)［12］。

4 高速公路排水系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計案例分析

高速公路排水系統(tǒng)的排水設(shè)施除了要滿足排水需求，還要充分考慮對公路周邊環(huán)境的保護功能，最大限度地減小排水系統(tǒng)對周邊生態(tài)的破壞。本文以溧高高速公路為例，對其排水系統(tǒng)的設(shè)計進行說明。

4.1 工程案例

溧高高速公路是一條代表21世紀高速公路建設(shè)水平的生態(tài)、環(huán)保、旅游、景觀高速公路，該高速公路路線是江蘇高速公路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分，起自溧陽，至廣德高速公路南渡樞紐，向西經(jīng)溧陽強埠、湯橋、高淳椏溪、溧水和鳳，止于高淳至蕪湖高速公路和鳳樞紐，全長33.983 km。全線采用雙向四車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計時速為120 km/h，設(shè)置服務(wù)區(qū)1處。溧高高速公路跨越多條高速公路和河流，途經(jīng)椏溪國際慢城旅游觀光景區(qū)、溧陽市西部自然生態(tài)區(qū)等眾多旅游景區(qū)。

溧高高速公路處于中強地震活動區(qū)，屬于第四紀活動斷裂；地形平緩開闊，無坍塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。溧陽市和高淳區(qū)寒暑顯著，全年平均氣溫為17.5 ℃，降雨量大，年均降雨量為1 149.7 mm。該高速公路項目分布于沖積平原，沿線河流有蕪申運河、大溪河、周城河。近地地表水以水庫形式保存，分別為龍墩、躍進、尚義三號、圩莊和丁村水庫。全線路段土壤主要為青泥土、黃泥土、黃土、夜潮土和馬肝土等。

4.2 路面表面排水

通常情況下，對路線縱坡超過0.3%的路段進行路面表面排水設(shè)計時，可以在路肩處設(shè)置攔水帶、出水口和急流槽，實現(xiàn)集中截流排水，將攔截匯集的路面水集中排放到路堤坡腳外。泄水口要采用非對稱的方式設(shè)置，急流槽在不同路線縱坡下的間距也不同（見表1）。

由于溧高高速公路地處平原地形，路線縱坡較小，如果設(shè)置路肩攔水帶，會導(dǎo)致縱向排水不暢，路面水排出時間較長。路面水的長時間停留，不僅會對路面造成損害，同時在行車道上形成一層水膜，影響行車安全。因此，要根據(jù)溧高高速的實際地形情況，對其進行優(yōu)化設(shè)計。在低填方路段，做好邊坡防護，在邊坡上種植各種適合的花草樹木，采取分散漫流的方式通過邊坡將路面水直接漫流至邊溝，使路域景觀效果更接近自然景觀。分散漫流排水方式如圖1所示。

在高填方路段，不再采用路肩設(shè)置攔水帶方式，而是設(shè)置淺碟形集水槽，使路肩外空間更大，方便在邊坡實施綠化。淺碟形集水槽排水方式如圖2所示。

4.3 路基邊溝排水

為了將路面、邊坡上的水快速排出，防止地面水影響路基，保證路基強度，將邊溝設(shè)置在挖方路基的路肩外側(cè)，其走向與路中線平行，減少匯水面積和降低匯水流量。在設(shè)計邊溝時，不允許其他溝渠的水流排入，同時注重景觀設(shè)計與周圍環(huán)境的相互協(xié)調(diào)。要根據(jù)排水量選定邊溝橫斷面形式及尺寸。邊溝橫斷面形式主要分為三角形、梯形、矩形和淺碟形，每種形式的邊溝有各自的優(yōu)勢和應(yīng)用范圍（見表2）。

根據(jù)溧高高速公路的地理環(huán)境、降雨量等實際情況，采取環(huán)保排水新理念，選用淺碟形斷面形式邊溝（如圖3）。在不積水的情況下，邊溝縱坡與路線縱坡一致，對于匯水面積小的部分路段，使用土質(zhì)邊溝，使邊溝綠化效果自然地融入周圍自然環(huán)境。

4.4 中央分隔帶排水

中央分隔帶對高速公路系統(tǒng)起到分離往返車流的重要作用，同時中央分隔帶的植樹綠化可以達到美化環(huán)境、強化環(huán)保措施的效果。通常情況下，中央分隔帶內(nèi)預(yù)埋各種管道、人井，給水源提供滲入路基的途徑，因此中央分隔帶設(shè)計應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂?、綠化效果、施工難度后，選擇不同的排水方案。中央分隔帶包括凸起式、齊平式和淺碟式3種，每種形式有各自的優(yōu)點和缺點（見表3）。

溧高高速公路在中央分隔帶上植草、種花進行綠化，可以減緩駕駛員的視覺疲勞。由于該路段所在地區(qū)降雨量大，為增強中央分隔帶的排水效果，保證水源無法進入路基和路面，最后綜合考慮選用凸起式的中央分隔帶。為保證植樹的成活率，中央分隔帶的填土要達到一定的厚度，同時在填土底部中線兩側(cè)各設(shè)置一條縱向碎石盲溝，盲溝內(nèi)鋪設(shè)直徑為15 cm的PVC管，起到匯集水源的作用，并每隔40 m的間距在左右各設(shè)置一根橫向排水管，使水源通過PVC管匯集到橫向排水管，最終排出路基邊坡之外，排水示意圖如圖4所示。采用凸起式中央分隔帶方式，綠化空間大、綠化方式靈活，可以搭配各種花木，還能起到視線誘導(dǎo)作用。

4.5 截水溝

截水溝又稱天溝，一般設(shè)置在山坡路堤上方的適當(dāng)?shù)攸c，減少水對坡面的沖刷，保證水順利排入附近水系。截水溝應(yīng)沿等高線布置，長度一般在200～500 m，截水溝使用矩形混凝土邊溝。截水溝的出口要特別注意沖刷問題。

對于溧高高速公路而言，年均降雨量為1 149.7 mm，經(jīng)計算后決定采用矩形斷面截水溝，尺寸為60 cm×60 cm。截水溝底用C20現(xiàn)澆水泥混凝土，截水溝兩側(cè)墻體磚砌并用水泥抹面。截水溝坡面進行植物綠化，達到保護環(huán)境的目的。截水溝出水口走向盡量外移，減少對路基邊坡的沖刷，截水溝設(shè)計如圖5所示。

4.6 服務(wù)區(qū)排水設(shè)置

為滿足高速公路使用者的需求，高速公路要設(shè)置相關(guān)的配套設(shè)施。服務(wù)區(qū)需要為出行人員提供住宿（含停車）、餐飲、加油、汽車修理等服務(wù)，提供這些服務(wù)的過程中勢必產(chǎn)生大量的生活污水，如不采取合理的技術(shù)進行處理，將對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

溧高高速公路的服務(wù)區(qū)在排水設(shè)計中，基于實際考察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采取增設(shè)污水處理設(shè)備、雨水徑流收集和中水回收再利用等多種技術(shù)措施，取得了良好的效果。

（1）增設(shè)污水處理設(shè)備。廚房含油脂污水經(jīng)過除油處置，再排至污水管道。衛(wèi)生間污水經(jīng)過化糞池處理，再排至污水管道。洗車污水經(jīng)隔油沉淀池處理，再排至污水管道。多種污水匯集，通過一體化污水處理設(shè)備進行水質(zhì)處理，降低污染物濃度；污水處理流程如圖6所示。

（2）雨水徑流收集。高速公路路面的污染物成分復(fù)雜，污染物通常是通過車輛攜帶進入服務(wù)區(qū)。遇下雨天氣時，雨水會對路面的污染物進行沖刷，進而對周邊環(huán)境造成污染。通過增加下凹式綠地面積或者透水鋪裝路面等方法，可以有效收集初期徑流雨水，降低污染物對環(huán)境的破壞。

（3）中水回收再利用。采取污水再生利用措施，可降低水資源的浪費，實現(xiàn)了高速公路服務(wù)區(qū)的節(jié)能環(huán)保性。因此，在場區(qū)建設(shè)獨立的中水管網(wǎng)系統(tǒng)，將污水凈化處理為中水，回用于景觀綠地的噴灌用水，構(gòu)建高度循環(huán)的給排水系統(tǒng)，充分體現(xiàn)出高速公路的環(huán)保特色。

5 結(jié)論

高速公路排水是一項系統(tǒng)性工程，在設(shè)計排水系統(tǒng)時，要結(jié)合具體項目的實際情況，使高速公路排水系統(tǒng)更加完善。隨著環(huán)境污染的日益嚴峻和環(huán)保理念的深入人心，環(huán)保型排水系統(tǒng)將是今后高速公路排水設(shè)計的重點。結(jié)合溧高高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計過程，得出以下結(jié)論：①在高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計時，各排水設(shè)施要在滿足排水功能的同時，更好地與周圍環(huán)境景觀達成協(xié)調(diào)性。②基于環(huán)境保護設(shè)計理念，路面表面、路基邊溝、中央分隔帶、截水溝、服務(wù)區(qū)等排水設(shè)計要充分體現(xiàn)環(huán)保效益的長期效果。③在排水系統(tǒng)設(shè)計中，污水凈化回收再利用是國家發(fā)展的方向，既符合環(huán)保設(shè)計理念，又可以有效緩解水資源緊缺問題。④未來高速公路的發(fā)展，必然是以節(jié)能環(huán)保為主，因此應(yīng)用節(jié)能環(huán)保理念是今后高速公路排水系統(tǒng)設(shè)計的重點方向，達到減少污染物排放，降低高速公路排水系統(tǒng)對周邊環(huán)境影響的目的。

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