道路路基排水设计及创新应用

徐 军

湖南省公路设计有限公司，湖南长沙 410000

1990年，全国公路总里程为102.83万km，2018年，全国公路里程达到477.35万km，增长近4.64倍；其中，市政道路的总长度，也从1990年的9.5万km增长到2018年的48万km，增长超过5倍。目前，百万以上人口的大城市主干道已经旧貌换新颜，老路、破路皆为平整宽阔的双向六车道取代[1]。与道路长度成正比增长的是：人们对道路质量的要求越来越高，水害对于道路的破坏亦有所上升。这就要求我们必须做好道路路基排水设计，并根据现场的实际情况进行创新。

1 路基排水设计的重要性

根据脆弱性理论，世界上不存在完美无缺的系统，任何系统的内部都存在着不稳定的因素，在与外界的交互作用中这些不稳定因素会暴露出来，最终造成系统的毁坏。而水，便是危害道路使用的最重要的自然因素，一个最大的不确定性。

水可分为地表水与地下水，地表水主要包括降雨及江河 （地表径流），地下水则指地表以下各种形式的重力水。我国经济最发达的地区基本都分布于长江中下游平原至东部沿海，年降雨量较大 （上海年降水量达1566mm，浙江年降水量达1953mm，广东年降水量达2357mm），地下水水位较高 （上海地下水离地表只有0.5m）。大量地表水日积月累的渗透、冲刷，会破坏路基的稳定性，造成水毁破坏；路基土体中含水量一旦达到饱和，则会降低路基的强度与承载能力，甚至造成路基翻浆、路基沉陷、坍塌、边坡滑动，严重影响道路的使用与交通运行。因此，路基排水设计必须受到高度重视。

2 路基排水设计的原则

水具有流动性，宜疏不宜堵；所以，路基排水需要对地表水进行有效的汇聚、引流，对地下水则采用防水、排水相结合的措施，降低地下水水位，并将地下水引流至路基以外；使路基土体含水量始终保持在一定限度内，维持路基的相对干燥，以保障路基及路面的整体稳定性与承载能力[2]。

路基排水设计，应遵循全面规划、因地制宜、合理布局、保护环境、节约用地等原则，并尽量与现场已有的排水系统及下水道管网 （或农田灌溉沟渠） 相协调。进行排水设计前，必须全面调查现场环境及水文情况，了解现场年降水的历年数据，要结合道路的设计进行全面规划，使排水系统与道路设施协调、统一；进行排水设计，必须根据现场的具体情况进行具体分析，因地制宜，综合考虑经济性与有效性，充分利用现场的地形或天然水系，尽量降低成本；此外，还要尽可能节约用地，保护现场的自然环境，避免水土流失及破坏现场水系。

3 路基排水设施

3.1 地表排水设施

市区内的路基地表排水设施，包括偏沟、雨水口、连接管、管道等；市郊道路路基地表排水设施，则包括边沟、截水沟、排水沟、跌水和急流槽、涵洞等。

在市区内，道路地表排水主要通过道路横坡，将路面积水排入偏沟，让积水流入雨水口、连接管，再经管道排入地市下水道管网，最后流入天然水系 （江河） ；地表排水设施排放的水流不能直接进入当地居民饮用水水源，要根据当地暴雨强度设计地表水雨水径流量。

在市郊，道路地表排水主要通过边沟，将地表水引入排水沟，最后汇入当地水系。边沟一般设置在路堑、矮路基或陡坡路基边缘外侧，用来汇积降水，边沟可设计为梯形、U形、L形、梯形、矩形、三角形，要视现场实际情况而定；截水沟则设置在路堑或挖方路基坡顶外的自然坡面上，以拦截自然坡面的地表水径流，防止挖方边坡遭受流水冲刷，截水沟长度一般不超过500m；排水沟则将路基范围内的地表水径流引至路基以外；为降低径流流速，削弱径流能量，在陡坡或深沟地段要设置阶梯状沟槽，称为跌水；若径流上下游水位差较大，需设置急流槽。

3.2 地下排水设施

水害不仅来自地表与空中，也来自地下；地下水对路基的侵害同样不能忽视。在路基施工前，必须对现场进行全面、详细的地质、水文勘探，若现场地下水水位过高，路床处于土层中毛细水上升高度内，就应设计地下排水设施。

地下排水设施，一般包括暗沟、渗沟、渗井等。暗沟设置路基边沟下方，用以降低地下水水位，防止毛细水上升至路床范围内；渗沟采用渗透方式汇集地下水，将地下水径流通过沟底通道排至指定地点；若现场地下存在多层含水层，而影响路基的上部含水层又较薄、难以布置渗沟时，可以设置渗井进行立式竖向排水，将上层地下水引入更深的含水层。

4 路基排水设计的创新应用

4.1 创新基层设计

在混凝土板下面采用10cm厚的沥青处治材料 （亦可采用贫混凝土或水泥） 作基层。如果采用贫混凝土，要将它粘接到混凝土平板上。还要将基层上的槽缝、接缝准确地放在板接缝的正面，以防止反射裂缝。在底基层下再铺设75cm厚的骨粒料层，从一侧向另一侧呈2.5%的倾斜 （具体倾斜方向要视现场实际情况而定），水滴沿4%的斜坡的一端流向平板内的暗沟。在路基下，还可设置多孔的混凝土层，将地表水径流排至暗沟外。

4.2 设置土质边沟

在道路两侧，设置浅碟形的土质边沟，边沟的宽度保持0.3～0.5m （个别地段可以达到0.7～0.8m）。而不用浆砌片石边沟，更不盖板。设置这样的土质边沟，不必再为排水找通道，雨水流入边沟后，因边沟的表面积过大，很快就可以自然蒸发；土质边沟还可以让路基内的积水迅速从边沟侧壁排出，保持路床的干燥。

4.3 进行综合设计创新

目前，水害已经成为困扰南方城市道路的一个难题。为治理道路水害，必须根据现场的实际情况 （南方城市多为软土，现场的实际情况往往比较复杂），进行综合设计创新。

如，有的路基下出现了层间水、潜水，在挖方段与路堑段出现了地下水满溢。就可以设计横贯路基宽度的30cm厚的厚碎石排水垫层，在路基挖方脚处设置盲沟与纵向排水沟，再用风化砂进行分层回填，设置80cm厚的排水垫层，最后铺上防水土工布。

又如，有的现场路基土属于风化砂，地下水较低，缺乏黏土，无法铺设50cm厚，7%的灰土隔水层。这时，便可以铺设1mm厚的HDPE复合土工膜，同时清除粒径在3cm以上的石块，碾压整平，用风化砂进行分层回填，设置0.4cm厚的隔水层。

4.4 应用新材料

在进行路基排水设计时，还要注意应用新材料。如，在设计盲沟时，可应用塑料盲沟 （国际上称为Geocomposite Drain）。塑料盲沟由热塑性合成树脂 （改性聚乙烯） 经过加热熔化，通过喷嘴挤压出纤维丝层层堆叠，并将其融结面溶合在一起形成，是一种三维立体网状多孔集排水材料。在塑料盲沟外再包裹上土工布作滤膜。塑料盲沟的抗压强度高，不存在被压断的可能性，在250kPa的压力下，仍能保持60%以上的断面空隙率；它的表面开孔率高达90%甚至95%，可以有效地吸收土壤中的渗水，并及时把渗水排走；塑料盲沟的使用寿命极长 （可长达几十年甚至上百年），施工也极为方便，可适应各种土体变形。值得在路基排水设计中推广。

当然，应用新材料，必须考虑性价比的问题。要根据现场的实际情况，运用价值工程理论，尽量选择价廉质优的新材料。

4.5 将“海绵城市”理念融入路基排水设计之中

近年来，每逢大雨，国内大中城市便遭到淹没，“欢迎到某城来看海”等新闻频频登上百度热搜榜头条。有鉴于此，“海绵城市”逐渐成为建筑界热议的一个新概念。海绵城市可以有效吸收城市降水，净化城市生态环境，促进城市绿色生态建设，符合可持续发展的理念。

将“海绵城市”的理念融入路基排水设计中，需要研究城市近年来最大降雨量，确定设计标准与径流系数；然后沿道路两侧铺设排水管道 （管道可铺设在道路两侧的绿化带下），管道设计坡度应随道路设计坡度而定 （纵坡坡度在3‰以上），管道长度要控制在1km以内，管径控制在50cm以内。通过管道，将雨水引入雨水净化池，经过净化处理后，再将雨水注入绿化浇灌系统。

将“海绵城市”的理念融入路基排水设计中，必须与城市的长期规划建设、城市下水道管网建设 （目前绝大多数城市下水道管网已经老旧，而且我国城市下水道管径根本无法与日本、美国相提并论） 协调起来，工程量较大、设计复杂、成本较高[3]。但从长远来看，却是路基排水设计的一个发展方向，所以值得进一步研究。

5 结语

目前我国公路网长度已高居世界第一，但远未达到饱和的程度 （农村公路质量更不能与高速公路相比） ；然而近年来气候异常，降雨暴增，给道路造成了愈来愈严重的水损害。所以，我们应当仔细研究路基水害问题，做好路基排水设计，不断提高道路质量。