高速公路大修工程路面防排水设计技术研究

(湖南省高速公路管理局，湖南 长沙 410001)

高速公路大修工程路面防排水设计技术研究

彭杰

(湖南省高速公路管理局，湖南 长沙 410001)

结合高速公路旧水泥混凝土路面、旧沥青路面路面结构的防排水特点、防排水病害特征、项目水文气候条件、高温潮湿气候特点等因素，根据湖南省潭邵高速公路大修工程路面防排水设计的工程实践，对旧水泥混凝土路面、旧沥青路面大修改造的防排水技术设计进行研究，提出既经济环保又节约可行的防排水设计。有效地将自由水排除路面结构范围外，减少路面早期水损害。

高速公路；路面大修;防排水设计；施工排水

0 前言

水损害是高速公路路面最常见的病害类型，其主要表现形式有：坑洞、唧泥、唧浆、积水等，特别在南方高温多雨地区，水损害是高速公路的头号病害。产生路面水损害的原因有很多种，主要有：①路面防排水设施不完善，路表水渗入路面结构层，无法排除，使路面承载能力下降，同时反复冲刷路面结构层，造成沥青混合料松散、唧泥、唧浆、龟裂、翻浆等；②路基地下水位高，地下水上渗入路基甚至路面结构层内部，造成基础强度下降，导致路面结构出现龟裂或其他疲劳性破坏；③路面材料的水稳定性差，水的渗入或材料含水量大会造成强度的大幅度下降，出现松散、坑洞或疲劳性破坏；④沥青混合料粗集料与沥青的粘附性差、吸水率大，导致沥青与矿料剥落，造成沥青表面沥青剥落、松散等病害。因此，优秀、完善的防排水设计是高速公路施工图设计的一个重要的组成部分。

对于高速公路大修工程而言，通过对原路基路面防排水系统存在的问题，结合旧路面在使用过程中出现的水损害，对高速公路原防排水设施进行完善，增加必要的、完善配套的防排水设施，并对防排水系统进行综合处治，才能确保大修路面工程质量，防止早期水损害的产生。

1 大修工程概况

湖南省潭邵高速公路是国家重点规划的“五纵七横”国道主干线上海至瑞丽高速公路的一段，是“7918”国家高速公路网的第13横——沪昆高速公路(G60)湖南段的重要组成部分。潭邵高速公路起于株洲市白马垄，接京珠高速公路殷家坳互通，途径湘潭、娄底、邵阳3市，止于邵阳市隆回县周旺铺镇，主线全长220.1 km，双向四车道，路基宽度有28、26 m 2种，分别对应的设计速度为120、100 km/h，其中水泥混凝土路面长73.480 km，沥青混凝土路面长146.620 km。该高速公路于2002年12月26日正式建成通车，至今运营超过13 a。

潭邵高速公路通车以来，同时承担了湘东地区往来湘中、湘西主要的交通流量，目前交通量已超3万辆/ d，潭邵高速公路大货车比例高，重载、超载现象较严重，随着交通量和轴载快速增长，路面破损日渐严重，服务水平日益下降，交通事故日渐增多，原有路面结构已不能满足日益增长的车辆荷载要求。于2015年启动大修改造工程。

2 大修工程的防排水设计要点

传统公路排水系统的设计和施工仅包括路基排水系统、路表排水系统及边缘排水系统等，潭邵高速公路大修工程改造既有对旧水泥混凝土路面的改造，也有对旧沥青路面的改造，对于不同路面结构的防排水设计有一定程度的不同，结合潭邵高速公路大修一期工程的工程实际，对高速公路大修工程防排水设计简要介绍如下：

1)路基排水系统，阻隔、引导路基以外的表面水及地下水等，防止水对路基、边坡等的侵蚀。

2)道路表面排水系统，尽快地排除路表的雨水，同时采取相应的防水措施，防止路表水的下渗。

3)路面、桥面结构层的防排水系统，应采用路面或桥面的结构层内部排水或边缘排水系统，将渗入路面结构层内部的自由水或渗水有效地排出路外。

4)施工临时防排水系统，大修工程中对旧砼板进行挖补或对旧沥青层进行铣刨均会形成“坑”，如何在施工过程中将雨水排出路外，防止施工过程雨水大量侵入路基，泡软路基及路面结构层。

5)特殊部位的防排水措施，原路面水损害严重路段的防排水措施。

3 大修工程路表排水设计分析研究

大修工程路表排水应当考虑将路表水尽快排除，还应对路面易积水路段进行排查，防止路面积水对交通安全的影响。

3.1 路表排水

填方路段：若加铺厚度为11 cm时，拆除重建原路肩沟，直接现浇11 cm混凝土硬化，若加铺厚度大于11 cm时，除重建原路肩沟，外侧回填碎石后重砌路肩沟，再现浇10 cm混凝土硬化，如图1，图2所示；对于部分低填、边坡植被好的路段采用漫流方案。

切方路段：雨水直接排至边沟，边沟破损的应修复，边沟应根据路面标高的增加，进行加高，若加铺厚度为11 cm时，土路肩直接现浇11 cm混凝土硬化，若加铺厚度大于11 cm时，回填碎石后再现浇10 cm混凝土硬化，如图3，图4所示。为进一步保证安全，矩形边沟未加盖板的，补加盖板。

易积水路段：①对于由路面不平整、路基沉陷原因造成的易积水路段，结合路面大修改造方案，对不平整、路基沉陷路段进行铣刨后加铺处治。保证合格的路线纵坡、路面横坡度和合格的路面平整度，解决由路面施工原因造成的积水。②对于超高外侧，由于超高起终点的横坡、纵坡较小，容易造成路面积水，在大修工程设计中对该段的纵坡进行调整，将零横坡的路段与小纵坡错开设置，零横坡对应较大的纵坡，保证该段路面水能正常排除，不积水。

图1 加铺厚度为11 cm时填方边缘排水改造设计图(单位：cm)

图2 加铺厚度大于11 cm时填方边缘排水改造设计图(单位：cm)

图3 加铺厚度为11 cm时切方边缘排水改造设计图(单位：cm)

图4 加铺厚度大于11 cm时切方边缘排水改造设计图(单位：cm)

3.2 中央分隔带排水

中央分隔带布置一般有填土绿化或硬化两种方式，对于填土绿化方式的，应设置中央分隔带渗沟，排出中央分隔带雨水下渗的自由水；对于硬化方式，则直接将水排至路表后经边沟或急流槽排出路外。潭邵高速公路大修改造项目将原波形梁中央分隔带护栏改为F型砼护栏，中央分隔带全部硬化，并对原有中央分隔带渗沟及其横向排水管、急流槽进行检查、修复。对于超高路段外侧，在中央分隔带内设置中沟和集水井，将超高外侧路面水集中并排出路外，如图5所示。

图5 中央分隔带排水设计图(单位：mm)

4 大修工程边缘排水及内部排水设计分析

将渗入路面结构层的自由水迅速地排出路外，是保证路面使用寿命、防止早期水损害产生的必要措施，排出路面结构层内渗水一般有路面结构内部排水系统和边缘排水系统两种类型，对于大修改造工程，由于一般路面改造的深度不深，大部分以加铺薄层为主，因此采用内部结构层排水的方案一般不适合，一般采用路面边缘排水系统。对于潭邵大修的路面结构层渗水的排除采用了如下方案：

1)设置纵向盲沟边缘排水系统：在土路肩硬化现浇混凝土(或路肩沟)下填碎石，并与原旧路面下的碎石盲沟连接起来，每隔5 m设置一条PVC渗水管，将渗水排至边坡或边沟内，如图6所示。

图6 设置纵向盲沟边缘排水系统(单位：cm)

2)原水泥路面接缝处易成为渗水通道，在采用旧砼板综合处治后直接加铺的大修路面处治方案中，应在接缝对应的土路肩下部设置渗水出水口。

3)对于采用共振破碎或多锤头破碎处治旧水泥混凝土路面的大修处治方案中，应在碎石化结构层外侧土路肩(超高路段为内侧)设置纵向碎石盲沟，排除旧砼板碎石化基层内部的积水。

4)在沥青路面内部设置横向排水渗沟，施工时作为施工排水用，完成后作为路面内部排水渗沟。

5 大修工程施工过程排水设计

对于大修项目，其施工过程排水十分重要，比新建高速公路更为重要。因为不管是旧水泥砼路面还是旧沥青路面，大量存在局部挖补、厂拌热再生、厂拌冷再生等旧路处治工艺，因此，在实际施工过程中，必须结合路面结构层设计、旧路改造设计、工艺设计、工序设计等的需要，认真考虑施工过程排水设施的设置。潭邵高速公路大修工程施工图设计中，对施工过程排水的设计,如图7所示，主要考虑的内容以及采用的主要措施有：

1) 在路面施工前，应确保排水设施已正常使用，疏通路基路面排水系统。

a)施工过程排水横断面图

b)施工过程排水纵断面图

2)对厂拌热再生及冷再生路段，在铣刨底部的低侧每50-100 m(填方取低值，挖方取高值)在硬路肩横向开槽，宽度不小于50 cm，其中厂拌热再生路段开槽深度8 cm，冷再生路段开槽深度20 cm，开挖后回填AM-25，用于施工排水以及永久性渗沟。出口应尽量接入急流槽或边沟中。

3)在土路肩硬化后未摊铺沥青层前，应每隔20 m留开口或设置PVC管横向临时沟。

4)路面加高后，中央分隔带未及时加高和封闭，设置中央分隔带纵向施工临时排水沟或排水管。凹曲线最低点、桥头、路肩墙等位置设置必要的临时排水设施。

6 大修工程特殊部位排水设计分析

1)对旧路面水损害严重、反复出现坑洞、唧泥(浆)严重的部位除对旧路面病害进行处治之外，对其防排水系统进行优化设计，一般在边沟下或边沟左下方增加路基渗沟，对水损害特别集中的路段增加横向渗沟。

2)早期高速公路在凹形竖曲线附近没有排水设施，导致水容易聚集于此，高速公路大修改造中，一般底部附近增设3道横向渗沟，横向间距20～50 m，以排除路面渗水及路基地下水、降低地下水位,对于旧水泥混凝土路面尤为重要。

3)超高排水不畅积水：增设横向排水管及集水井，采用开挖或顶管施工。

4)对挖方地下水丰富的路段，在调查的基础上，在边沟底部或靠路基侧增设纵向渗沟。

7 桥面表面排水和内部排水设计研究

桥面的排水在早期的许多高速公路建设中往往被忽视，只考虑了桥面表面排水，对桥面内部和结构层渗水的排除被忽视，在大修工程中应增加桥面结构层渗水的排除设计：

1)对于沥青混凝土桥面，应在桥面低侧防撞护栏旁设置排水沟，如图8所示。排水沟可采用明沟或渗沟，沟底应与桥面现浇混凝土齐平，必须保证沥青混凝土内部或底部防水层顶面的渗水能够尽快排除。

2)原桥梁泄水孔底面一般与桥面顶面齐平，所以仅能排除桥面表面水，对于桥面沥青结构层内渗水无法排除，因此，大修工程中应结合桥梁防撞护栏改造，将泄水孔的位置进行改造，泄水孔应略

图8 桥面低侧防撞护栏旁设置排水沟

低于桥面明沟或渗沟底。

3)桥梁伸缩缝往往是桥面渗水的挡水带，在大修工程设计中应在靠伸缩缝的低侧增设一个泄水孔，排除桥面渗水。

8 路面结构防水措施

对于南方高温多雨潮湿气候特点下的高速公路，仅采用排水措施往往是不够的，必须采用防排结合的方式，在路面结构层设计中，对路面结构层防水采取了以下措施：

1)表面层采用4 cm改性沥青SMA-13，中面层采用改性沥青AC-20C，下面层采用厂拌热再生AC-20C，3层均为密实型沥青混凝土。尽可能地减少雨水从沥青路面的孔隙、裂缝渗入路面结构层内部。

2)在大修工程设计中采用了上、下封层双层封层设计，在旧沥青路面设置1层改性沥青同步碎石防水粘结层，在厂拌冷再生的顶面设置1层封层，有效地解决了雨水经过沥青路面孔隙、纵向施工缝、横向施工缝渗入路面结构层。

3)加强沥青面层、沥青桥面层高侧碾压，保证高侧基本不渗水，从而减少雨水从高侧下渗入路面结构层。

4)在路面高侧表面、桥面高侧表面设置30～50 cm的防水膜，采用改性乳化沥青，用量为1.0 kg/m2，填充高侧的孔隙，防止雨水渗入。

9 结束语

对于南方高温多雨潮湿气候条件下，如何通过高速公路大修工程完善路面防排水，减少路面水损害，提高路面使用寿命，是大修工程建设成功的一个关键点。通过潭邵高速公路大修工程路面防排水工程的设计和施工，总结如下：

1)路面防排水必须采用“防排结合，以排为主”的设计原则。

2)针对原有路面排水系统缺陷进行维修改造，对于水损害较多路段要进行彻底处治。

3)在设计中既要考虑路表排水又要着重考虑结构层排水、路基渗水，力求将所有自由水排除路外。

4)施工期的防水与排水十分重要，必须设置施工过程排水措施，避免留下质量隐患。

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1008-844X(2017)03-0067-04

U 418.6+7

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2017-05-05

彭 杰(1983-)，男，工程师，主要从事高速公路建设管理工作。