道路路基防排结合式防水设计和施工

刘庆新

(包头钢铁职业技术学院 建筑工程系， 内蒙古 包头 014010)



道路路基防排结合式防水设计和施工

刘庆新

(包头钢铁职业技术学院 建筑工程系， 内蒙古 包头 014010)

路基是道路工程的主要承载结构，需要满足高强度和良好的稳定性要求。然而地下水和渗入的路面积水会侵蚀路基，使路基强度和稳定性变差，导致安全隐患。结合某高速公路工程建设项目对路基防排结合式防水设计和施工技术进行研究，实践证明防排结合式防水方案在道路路基防护中体现了显著的优越性，具有重大的应用价值和推广价值。

道路路基； 防排结合式； 防水设计； 防水施工

0 前言

道路工程分为路基和路面两个重要组成部分，其中路基是主要的承载结构，道路路面的行车荷载和车道荷载均先传递给路基，再由路基传递到地下持力层，因此要求路基有足够的强度、刚度和稳定性。然而在道路运营期间，地下水和渗入的地表水会侵蚀路基，导致路基强度和稳定性降低，尤其是大雨天气，路基在水流冲刷下可能失稳，引起道路塌陷，造成严重的交通安全事故，因此必须对路基采取相应的防水措施。防排结合式防水指的是在路基防护时同时运用路基防水技术和路基排水技术，实现对路基的二重防护，从而保证道路工程路基的承载力和稳定性满足安全要求。本文以某高速公路工程为例，对防排结合式防水方案的设计要点和施工要点进行介绍，从而推动防排结合式防水方法在道路工程路基防护中的应用，为相关道路建设单位进行路基防水设计和施工提供理论参考。

1 道路路基防排结合式防水的意义

防排结合式防水技术在道路工程路基防护中具有显著的优越性，本文主要从两个方面对其意义进行阐述。

1.1 道路路基防水的重要性

路基是道路工程的重要组成部分，而路基防水也是道路防水的重点。道路路基防水的重要性体现在以下几个方面： ①路基在道路结构中的重要性。道路工程主要由路面和路基两部分组成，其中路基是主要的承重结构，负责承载和传递路面的行车荷载和车道荷载。当路基受水侵蚀时，路基变形增大，会导致路面不平，使行车的舒适性和安全性降低；侵蚀严重时还可能因路基承载力不足导致路面塌陷，造成巨大的交通事故和人员伤亡。 ②路基材料的水稳定性差。路基是沿道路布置的线形构造物，通常由土石类散体材料填筑压实而成，如：砾石混合料、砂土、碎石土、粗粒土、细粒土等。然而土石类散体材料的水稳定性较差，导致填筑的路基的水稳定差，遇水侵蚀会导致路基强度、刚度和稳定相降低；在雨水冲刷作用下甚至可能导致路基沉陷或坍塌，造成严重后果。 ③路基的外部水环境复杂。路基填筑在地下一定深度处，一方面，当地下水位上升到路基所在位置时，会对路基产生侵蚀和冲刷，损害路基；另一方面，路面积水也可能通过路面和土层渗入路基，影响路基的性能。 ④路基损坏不易发现。路基在道路运营过程中，属于地下隐蔽结构，当路基受到水侵蚀破坏时，无法及时发现和处理，导致路基事故发生几乎无法避免，因此必须对路基防护予以重视。道路路基受水侵蚀的形式见图1。

图1 路基的复杂水环境示意图Figure 1 Complex water environment of subgrade

道路路基防水问题一直困扰着国内外的学者和工程师，相关数据显示每年汛期因洪水造成的公路、桥梁等破坏的直接经济损失高达数10亿元，并且在逐年增长。其中80%以上的公路、桥梁破坏均是因路基水毁引起，因此加强对道路路基防水保护措施刻不容缓。

1.2 防排结合式防水的优越性

地下工程防水的方法常见的有：防、排、截、堵等形式，在实际地下工程排水应用中，应采用多种形式相结合的防水设计方法。然而在实际进行路基防水设计中，目前我国主要是通过设置各种排水沟进行路基防护，不能充分保证路基的防水安全性。防排结合式防水技术即结合路基防水措施和路基排水措施，形成路基防水的二重防线，具有显著的优越性。防排结合式防水方法具有以下优势： ①防排结合，二重防线。采用单独的排水措施，只能排除大部分的流动水，无法有效隔绝水的渗流作用，而防水措施的存在，能够有效隔绝水的渗流，二次防护能有效隔绝水对路基的侵蚀作用。 ②防水措施和排水措施共同承担防护任务，设计和施工难度变小。当只采用任意一种方式时，排水或防水的难度大，如：只采取防水措施，则材料的高防水性、路基的高密实度等会限制防水方案的设计和施工；只采取排水措施，则需要排水沟的尺寸大、布置密集等，增大排水方案设计和施工的难度。采用防排结合式防水方案，防水措施和排水措施各承担部分的防护任务，排水方案和防水方案的设计和施工难度低，且布置更加灵活。 ③保证道路安全，延长使用寿命。采用防排结合式防水方案，能有效防止水对路基的侵蚀，从而保证道路的承载能力满足要求，延长道路使用寿命，对安全性和经济性都有重要意义。

2 某高速公路工程的防排结合式防水设计

2.1 工程概况

本工程为位于陕西省西南部的一段在建高速公路，该标段全长6.5 km，公路的设计时速为80 km/h，路基设计宽度为24.5 m。建设路段内山地海拔多位于300～1 400 m之间，地势总体呈现出东低西高，南北两侧高、中间地势低的特点。由于山地走势陡峭，在夏季多雨季节水流会汇集在一起，严重时还会形成水灾，造成巨大的经济损失和人员伤亡。为了防止雨季高速公路路基水毁，本工程采用防排结合式防水方法进行设计和施工。

2.2 防排结合式防水设计的初步方案

结合本标段的水文地质情况，拟采用防排结合式路基防护措施，分为以下几个方面： ①路基防水措施。为了防止道路路基水毁，路基铺设时应掺入防水材料，并在路基上方铺设防水土工布，保证路基的水稳定性。 ②地表排水沟渠布置。地表排水沟渠主要有边沟、截水沟和排水沟等，本工程中在道路两侧设置排水沟和边沟，排水沟和边沟与路中线方向平行，并保持适当的距离，排水沟和边沟应设置一定的纵坡，将地表水迅速排放到蓄水池中统一处理；截水沟拟布置路堑段上方，防止积水进入路基范围内，截水沟应与路堑坡顶和路堤坡脚保持适当的距离，防止沟内的水浸湿边坡。 ③地下排水沟管布置。地下排水沟管主要有暗沟、渗沟等，本工程中将渗沟和暗沟布置在路基下方，用于降低地下水位，防止地下水渗入路基，在暗沟和渗沟末端设置疏通井，将沟内的水通过横向渗水管分段排出。

2.3 确定防排结合式防水设计的基本参数

在进行防排结合式防水设计时，需要对相关参数进行计算，包括：排水、防水设施截面形式和尺寸；各类沟渠管道的底部纵坡；沟渠的设计流量等。本节主要从以下2个方面进行介绍。

2.3.1 设计降雨重现期确定

设计降雨重现期指的是道路设计降雨标准的重现周期，是进行道路路基防水设计的重要参数，也是确定排水、防水设施断面尺寸、道路防水等级等的重要依据。我国的《道路排水设计规范》中对不同道路等级、不同排水设施的设计降雨重现期作出了明确规定，具体情况如表1所示。

表1 设计降雨重现期建议值Table1 Recommendedvaluesofdesignedrainfallreappea-ringperioda公路等级高速、一级公路二、二级以下公路排水设施边沟、排水沟5～103～5山顶截水沟10～155～10平台截水沟5～103～5进、出水口10～155～10急流槽、消能设施10～153～5大型排水沟10025～50

本工程为高速公路某标段，因此按照高速公路等级取值，考虑该地区雨期长，地势复杂，在确定设计降雨重现期时取较大值。根据设计降雨重现期的值，可以选择排水设施的断面尺寸和截面形式，通过将设计流量与排水需求对比，对截面形式和尺寸进行验算，本文将在施工部分进行介绍。

2.3.2 计算各沟渠、沟管的底部纵坡

在设置各种沟渠和沟管时，在确定各沟渠的截面尺寸后，需要对沟渠的纵坡设计值进行计算，适当增大纵坡能加快沟渠的排水速度，然而当纵坡过大时会导致临界位置的流量超过最大值，导致沟渠的排水能力不足，工程上一般通过计算确定。底部纵坡计算的基本思路是保证在沟渠的任意处，其泄水能力Qx高于对应的设计流量Qsx，即Qx≥Qsx，确保沟渠能及时有效的排水。泄水能力Qx按照以下公式计算：

(1)

其中：k表示流量模数，ix表示对应x点处的纵坡坡度。

《道路排水设计规范》中给出设计流量Qsx的计算公式：

Qsx=16.67ψ·q·Fx

(2)

式中：ψ为径流系数；q为平均降雨强度，mm/min；Fx为起点到x点的区段集水面积，km2。

将公式(1)和公式(2)联合并化简可以得到如下关系：

(3)

其中：α=(16.67ψ·q/k)2，可以根据查表计算。

当纵坡坡度满足公式(3)时表示坡度设置合理，对于整个沟渠路段可以确定整个沟渠的纵坡坡度临界值：

(4)

式中：F0为沟渠全长的集水面积，km2。

本工程按照《道路排水设计规范》确定各沟渠沟管的纵坡坡度，并按照公式(4)进行验算，最终计算结果见表2。

表2 沟渠、沟管的纵坡坡度设计值Table2 Longitudinalslopedesignvalueofditch沟渠种类纵坡坡度设计值/%排水沟1～1.5边沟、截水沟0.75～1.5暗沟0.75～2渗沟1～2

3 路基防排结合式防水施工要点

道路路基防排结合式防水施工主要包括：路基防水施工、截水沟施工、排水沟施工、边沟施工、暗沟和渗沟施工等。本节将结合高速公路标段施工实例进行介绍。

3.1 路基防水施工

本工程中路基宽度为24.5 m，采用机械开挖的方法进行挖方工作，在机械开挖时预留0.5 m的厚度由人工进行开挖，防止超挖。路基防水施工主要有以下要点： ①掺入防水材料。本工程中主要通过掺入防水沥青增强路基的防水性能，防水沥青的掺量由现场试验确定。 ②压实度要求。在进行路基压实时，采用机械压实的方法，遵循“先轻厚重、先慢后快、从两边到中间”的基本原则。在压实过程中，保证路基含水量在最佳含水量±2%范围内，相邻两段纵向重叠2 m，在每次压实完成后路基表面应平整，无碾压轮迹。 ③铺设防水土工布。防水土工布设置在路基面上方，在铺设过程中对于接缝处应重叠20 mm，并进行接缝处理，本工程通过涂抹沥青保证接缝处的密封性。

3.2 排水沟施工

在该标段中，在路堤两侧设排水沟，排水沟采用M7.5浆砌片石砌筑而成，截面类型为梯形，深0.8 m，厚0.3 m，底宽0.8 m，两侧斜坡为1∶1，设计纵坡尺寸为1.5%，具体截面形式如图2所示。

图2 排水沟截面尺寸示意图(单位： cm)Figure 2 Sectional dimension of gutter(unit： cm)

在进行排水沟施工时，应注意以下要点： ①开挖排水沟时，排水沟的断面尺寸应与设计尺寸一致，在开挖过程中严防超挖，对超挖部分用M7.5浆砌片石填补。 ②在排水沟安装前，应使用砂浆铺平沟底，保证沟底的密实度和平整性，在进行预制排水沟吊装前，应对坑底进行检查，保证坑底干燥无积水。在吊装过程中，应做好精确的测量工作，保证排水沟的纵向标高和平面位置符合设计要求。 ③在排水沟沿线需要设置沉降缝，本工程中沉降缝的设置间隔为15 m，宽度为20 mm，采用M10砂浆进行勾缝处理，保证接缝处的密封性。

3.3 截水沟施工

截水沟又称天沟，在本工程中设置在路堑段上方，主要作用是截引路基上方流向路基的地面积水。本工程采用矩形截面截水沟，截水沟深度为0.5 m，外围厚度为0.3 m，采用M7.5浆砌片石砌筑而成，具体的截面尺寸示意图见图3。

图3 截水沟截面尺寸示意图(单位： cm)Figure 3 Sectional dimension of Intercepting ditch(unit： cm)

截水沟在施工过程中，应注意以下几点： ①沟槽开挖。开挖沟槽的截面形式和尺寸应与设计方案一致，在进行截水沟砌筑时应对沟槽进行清理压实，保证基底的稳定性。 ②截水沟砌筑施工。截水沟采用M7.5浆砌片石砌筑而成，在砌筑过程中采用挤浆法分层、分段砌筑，先砌沟底，在砌边墙。节水沟砌筑应连续完成，当不能进行连续施工时，应在间断处预留斜槎。 ③截水沟方向设置沉降缝。与排水沟相似，每隔50 m需要设置沉降缝，在接缝处采用M10砂浆勾缝，勾缝为凸缝形式，缝宽为20 mm，厚度为10 mm。 ④截水沟的养护。在砂浆终凝后进行洒水养护，养护时间为7～14 d。

3.4 边沟施工

边沟与排水沟的作用相似，主要是汇集和排除路面、边坡和路肩的少量积水。在本工程中边坡设置在道路两侧，由M7.5浆砌片石砌筑而成，深度为0.6 m，厚度0.3 m，截面形式为矩形。边沟的具体截面尺寸如图4所示。

图4 边沟的截面尺寸示意图(单位： cm)Figure 4 Sectional dimension of ditch(unit： cm)

边沟采用现浇浆砌片石砌筑而成，边沟的施工技术要点与截水沟施工要点相似，区别在于： ①沉降缝的设置间距不同。边沟的沉降缝设置间距为30 m，沉降缝的设置宽度为20 mm，采用M10砂浆进行勾缝处理。 ②砌筑顺序不同。进行边沟砌筑时，应由纵向标高从低到高的顺序砌筑，砌筑过程中应保持施工的连续性。

3.5 暗沟、渗沟施工

暗沟和渗沟是主要的地下排水设施，一方面可以降低地下水位，保持路基干燥；另一方面，当地下水位上涨时，可以将地下水排出路基范围内，防止路基水毁。暗沟和渗沟设置形式相似，本节只对渗沟进行介绍。本工程中采用矩形渗沟，为了防止地下水对路基的侵蚀，在底基层下方和外围铺设有防水土工布和排水垫层。渗沟由土工布包裹的有孔塑料管和四周填实的等粒径碎石和砾石组成，在渗沟下方采用混凝土浇筑渗沟基础，保证渗沟的稳定性。渗沟的具体构造示意图如图5所示。

图5 渗沟的具体构造示意图(单位： cm)Figure 5 Specific construction ofsewer(unit： cm)

在暗沟和渗沟施工过程中，应注意以下要点： ①渗沟的组成。渗沟中的有孔塑料管应外裹土工布，渗沟内的等粒径碎石和砾石的直径应大于塑料管管径，避免管道堵塞。 ②渗沟的底部设置反滤层。反滤层由不同粒径的砂石、碎石、粗砂、中砂和砂砾等粒料组成，反滤层的粒径由下到上逐渐减小，粒径比例按照4∶1逐层递减，能有效防止杂物进入渗沟引起堵塞。 ③渗沟的顶部应封闭，在渗沟顶部铺设防水土工布，并在防水土工布上方设置厚度不小于0.5 m的粘土防水层，防止渗沟内的水浸湿路基。 ④渗沟埋深。渗沟的顶部不得低于原有地下水位，当排除的地下水为层间水时，渗沟的底部应渗入到不透水层，从而保证渗沟排水的有效性。

4 总结

防排结合式防水方案在道路工程路基防水中具有良好的适用性，本文结合工程实例对路基防排结合式防水设计和施工要点进行介绍，对于提高道路工程的安全性和经济性具有重大意义。

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the Prevention and Drainage Composite Waterproof Design and Construction of Road Subgrade

LIU Qingxin

(Architectural Engineering of Iron & Steel Vacational Technical College， Baotou， Inner Mongolia 014010， China)

Subgrade is the main load-bearing structures of road engineering，required to have high strength and good stability.However，the infiltrated surface water and groundwater will erode the Subgrade，deteriorating its strength and stability，even leading to security risks.In this paper，the prevention and drainage composite waterproof design and construction of a highway engineering is researched，the practice proved that the prevention and drainage composition has significant advantages in road subgrade waterproof，has great application value and promotional value.

road subgrade； prevention and drainage composition； waterproof design； waterproof construction

2016 — 07 — 25

刘庆新(1971 — )，男，内蒙古通辽市奈曼旗人，高级工程师，研究方向：建筑工程施工与管理。

U 417.3

A

1674 — 0610(2016)05 — 0167 — 05