海南省文昌至琼海高速公路工程防排水设计

程海波

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 引言

文昌至琼海高速公路全长65.7 km，线路走廊带处于丘陵台地和海积平原地貌单元，冲沟洼地发育，地形相对高差较大，降水量充沛。沿线年平均气温约24℃，平均降雨量约为1 900 mm，雨季主要集中在5～10月份，约占全年的78.5%。

在方案阶段，项目组设计成员对海南省内已建、在建高速进行了详细调研，并咨询养管部门以及施工单位的意见，对文琼高速公路防排水设计的对比优化以及方案的最终敲定有很大的借鉴意义。

1 防排水设计目的

减少路基冲刷，避免水毁病害；避免路基浸湿引起强度和稳定性的不足；降低路基含水量，维持良好的路面结构应力状态；排除路面结构内部积滞自由水，减少水损害的几率；迅速排除行车道雨水，保证行车安全。

2 防排水设计要求

（1）使用功能

依据本地区水文特点、暴雨强度、地表滞留系数，经计算分析，合理确定排水设施断面形式和尺寸；设施间衔接通畅，不积聚、不满溢、不冲刷、不渗漏、不淤塞，形成一个有效并耐久的防排水系统工程。

（2）因地制宜

就地取材，因势利导，及时疏散，就近分流；依据自然条件以及道路状况分段具体设计。

（3）注重景观与环境保护

考虑景观效果，贴近自然，避免大量圬工影响视觉；排水设施设计要防止水土流失，尽量不破坏自然水系；排水出路谨慎选择，避免污染重要水源。

（4）综合设计、协调配合

平、纵布置相配合，设施间衔接合理、排水能力相适应；排水设施与自然水系、人工排水设施、地下管线的配合；排水设计与路基防护加固的配合；临时排水设施与永久设施相结合等。

（5）维修方便

设计方案、材料类型以及设施尺寸除满足排泄设计流量之外，便于运营期的检查、维护和修理。

3 路基表面防排水系统

3.1 一般路段路面表面排水

路面表面排水方式可分为集中截流式与分散漫流式两种。根据沿线土质、填挖类型、边坡高度、边坡防护措施、纵横坡值综合确定。

3.1.1 分散漫流式

海南省高速公路大部分采用分散漫流式，便于施工，排水效果好，特别是在路面纵坡小，边坡高度较低，边坡防护满足防冲刷要求时，应优先采用。

海南省内高速的路肩处理一般有植草防护或者硬化处理，但调研时发现，路肩采用植草防护对雨水有拦蓄作用而影响排水效果，养护部门也需对杂草定期进行修剪（见图1）。

因此，若路侧设置盖板沟，并且与土路肩无高差时，建议盖板沟紧挨路肩设置，并且土路肩作硬化处理。

3.1.2 集中截流式

当路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济，或者边坡冲刷比较严重时，应采用纵向集中排水方式，在硬路肩边缘设置拦水带，通过泄水口、急流槽排入边沟。

图1 海口绕城高速路侧土路肩现状

3.2 超高路段路面表面排水

超高段排水方式有3种：路缘带处设置排水槽，中央分隔带内设置浅碟沟，路缘带处设置排水侧石。景观效果上排水侧石最好，但是排水能力低，而且易堵塞，中央分隔带内设置浅碟沟，占用中央分隔带绿化，易受绿化带内植物覆盖影响排水效果，所以推荐采用排水槽。

雨水排除路径为：超高径流→排水槽→集水井→横向排水管→路侧边沟。为便于维护，缝隙式排水槽沿路线纵向每隔20 m设置一道清淤井（见图2、图3）。

图2 中分带边缘设置缝隙式排水槽

图3 超高段路面排水设计(单位：cm)

横向排水管的出水方向，根据路基填挖类型、填挖高度、两侧边沟型式及减小工程量等确定。

3.3 填方路侧边沟

工程项目区域内雨量大，土质主要为粉质黏土、砂质黏性土，除冲刷量小，边坡为缓坡的情况下采用浅碟形土质植草边沟之外，一般路段边沟均需采用预制块或者浆砌片石边沟。

边沟形式可以采用矩形边沟与梯形边沟，除路基两侧受地形限制或者为节约水田（耕地）采用矩形边沟形式之外，均采用浆砌梯形或者预制蝶形。

浆砌片石边沟（见图4）造价较低，可就地取材；预制碟形边沟（见图5）施工快，景观好，排水阻力小，可标准化施工；综合比较，推荐采用预制碟形边沟。

图4 浆砌片石梯形边沟(单位：cm)

图5 预制碟形边沟(单位：cm)

3.4 挖方路侧边沟

挖方边沟一般有两种形式：盖板(暗)沟，浆砌梯形明沟。推荐采用盖板(暗)沟，并结合路侧景观绿化方案，取消路侧波形梁护栏。图6为路堑段排水边沟。

图6 路堑段排水边沟(单位：cm)

3.5 截水沟

用以拦截流向路基的地面径流，减轻边沟水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷。位置尽量与水流方向垂直，提高截水效率并缩短长度，就近排入自然沟，必要时配以急流槽或涵洞等引入指定地点，见图7、图8。

图7 矩形截水沟图 （单位：cm）

图8 梯形截水沟(单位：cm)

梯形截水沟有利于来水的汇入，但其占地较多，景观效果差，圬工数量大，截水沟建议采用矩形形式。设置截水沟会增加征地面积，除路界外侧汇水面积较大可能会冲刷边坡与坡脚外，避免设置截水沟。

3.6 平台排水沟

当挖方路堑或填方路基边坡较高时，为拦截坡面水，防止边坡冲蚀破坏，在边坡平台上设置纵向矩形平台排水沟，并依据路基纵断、固定间距或利用填挖交接设置急流槽以及消力设施最终排入路侧边沟或者天然水体。

3.7 急流槽

当排水设施间衔接纵坡较大时应设置急流槽，由进口、陡坡槽身、消能设施和出口4部分组成。

因区域降水量大，排水设施过水量大，坡底流速大，需注重消能方式的选择以及有效的防冲刷措施，必要时采用槽身消能和槽底消能配合使用的方式。

3.8 桥面防排水

桥面排水系统应与桥梁结构及桥下排水条件相适应，避免水流下渗对桥梁结构耐久性造成影响[1]。因此桥面排水采用防排结合的方式：表面水由泄水口以及纵向PVC排水管，于桥梁墩柱或者桥台外至落水管引流至地面；设置防水防渗铺装层。泄水口设置位置及间距根据纵断面线形、设计径流量及伸缩缝位置确定。

4 路基路面内部排水

路面结构内部积滞的自由水，会使各结构层的强度不同程度地下降，降低沥青混凝土中沥青膜的黏附性能，破坏结构层的层间连续，行车作用下产生的高压水流冲刷结构材料，加速路面损坏，降低路面使用寿命。

4.1 中央分隔带内部防排水

中央分隔带排水不畅，造成水分向两侧路基路面迁移，是导致或加速路面损坏的重要因素之一[2]。

海南省高速公路除特殊路段之外中央分隔带均采取绿化防眩的方式，结构与回填土界面铺防渗土工膜。排水路径为：纵向盲沟(内置盲管)→集水井→横向排水管→边沟。图9为中央分隔带防排水设计图。

图9 中央分隔带防排水设计图

4.2 边缘防排水系统

路面结构设计方案中采用级配碎石底基层，并通过外包无纺土工布的碎石透水层以及横向PVC管排除由路面接缝、裂缝和面层孔隙渗入路面结构内的滞水。路堤段塑料排水管伸出路基边坡，路堑段塑料排水管设置于路侧盖板沟浆砌片石侧墙中（见图6）。

4.3 桥台和支挡结构物

桥台和支挡结构物排水目的在于疏干填料中的水分，防止台身或墙身承受额外的静水压力，黏性土填料浸水后的膨胀压力或者严寒地区的冻胀压力。图10为路堑段重力式挡土墙防排水设计图。

图10 路堑段重力式挡土墙防排水设计图(单位：mm)

5 地下水防排

当地下水位较高时，路基土的含水率上升，土体的强度以及抗变形能力骤减，可能带来路基沉陷病害，甚至失稳等。地下水位的变动也会影响到路基土的回弹模量和弯沉，造成路面结构层层底拉应力的显著提高。

所以，对可能影响路基稳定的地下水，需予以拦截、汇集、降低，并引导至路基范围以外，一般做法为设置排水渗沟。地下防排水设施类型、尺寸、深度按照地下水性质、水量、含水层渗透系数、地下水位高程、地下水的下降深度等确定。

5.1 半填半挖段

为拦截挖方一侧的地下水渗入路基范围，于挖方一侧路肩下方设置沿路线纵向通长的盲沟，陡坡路段可以根据现状自然坡状况和水文条件，加设纵向盲沟，以保证路基不发生滑移。

5.2 全挖段、低填段

低填段地下水较高时，于盖板暗沟下方设置两排纵向的盲沟，以降低地下水位，改善路基工作状态以及施工条件。

若挖方段地下水含量丰富时，可采用横向盲沟与纵向盲沟相交布置的形式，有效减少水力路径，见图11。

5.3 填挖交界段

填挖交替处设置横向盲沟，以拦截挖方段的地下水向路基迁移。

6 其它注意事项

路基路面防排水方案需与路基防护加固方案、路基处理方案统筹设计。

图11 路基下方设置纵横向交叉渗沟

特殊点位加设排水设施：竖曲线最低点、横坡值变化点、构筑物结合部、中分带开口处、高路基纵坡坡脚处等增设排水设施。

细节处理要重视，比如：波形梁护栏立柱、标志牌基础与复合土工膜接缝用热沥青封堵，超高段中央分隔带排水槽的防渗漏措施，渗沟、排水层的反滤以及防渗设计。

边沟水若通过出水管倒流，浸湿路床，反而造成更大的损害，因此局部路段盖板边沟需根据横向管的类型以及接入情况适当加深或者作特殊处理。

鉴于沿线气候特点，横向构筑物排水设施的位置及规模应根据现状建设条件、水文水力计算、水利资料、现场咨询居民等综合确定，防水毁措施要完善。

排水出路的选择要注重水资源的保护，禁止排入饮用水源库，必要时设置纵向排水沟或者油水分离池。一方面因为路面雨水含有油污、垃圾等，一方面要防止运送有毒化学品的车辆发生倾覆洒漏的风险。

项目区域内雨季长，雨量大且天气变化快，降雨对工程进度、施工成本、施工质量、安全生产等均有不可估量的影响，完善雨季施工组织设计是重点问题。

横向排水管的材质要选用强度高、耐久性好的材料，要求反开槽施工并回填砂石料，避免管材开裂、渗水、周边填料压实不足等对路基路面的不良影响。

7 结语

水是导致高速公路使用寿命降低的最重要的因素之一，近年来防排水系统的设计越来越引起主管部门、建设单位以及设计单位的重视。本文总结提出了文琼高速公路防排水设计方案以及需注意的一些问题，希望能为道路设计人员提供参考和借鉴。

[1] JTG/T D33-2012，公路排水设计规范[S].

[2] 姚祖康.公路排水设计手册[M].北京:人民交通出版社,2001.