道路路基排水设计及创新应用

2018-09-10葛皖

城市道桥与防洪 2018年7期

关键词：渗沟边沟挖方

葛皖

（上海兰德公路工程咨询设计有限公司，上海市 200065）

0 引言

水是对道路正常使用产生危害的最主要的自然因素。为了提高道路的使用性能，延长道路使用寿命，降低后期维护成本，在路基设计施工中，路基防排水系统的设计显得尤为重要。

路基排水设计应采取排、疏、防相结合的原则，并应与路面排水系统、边坡防护、地基处理等其他措施相互协调，以保证路基稳定，避免道路水损害[1]。

根据水来源不同可将其分为地表水和地下水两大类，与之相适应的路基排水工程则分为地面排水和地下排水。地表水主要指大气中的降水以及江河湖海等地表径流。地表径流水对道路路基不断渗透及冲刷，对路基的整体稳定性产生损害，形成水毁破坏；渗透进路基土体的水分则使土体处于过湿状态，直接降低了路基的承载能力，严重的可能导致路基翻浆、冻胀甚至边坡滑动。在膨胀土或湿陷性黄土的路基工程中，水的出现可能导致其毁灭性的破坏[2]。路基排水的目的就是对地表径流水进行有效的汇集引流，而对地下水采用有效的防、排结合，将路界范围内的路基土体湿度降低至一定的限度以内，使路基保持干燥状态，以确保路基及路面的承载能力与整体稳定性。

1 路基排水的一般设计原则

路基排水设计应遵循总体规划、合理布局、少占农田、环境保护等原则，并与当地排灌系统相协调[3]。

排水困难地段可采用降低地下水位，设置隔离层等措施，使路基处于干燥、中湿状态。`施工场地的临时性排水设施应尽可能与永久性排水设施相结合。各类排水设施的设计应满足使用功能要求，结构安全可靠，便于施工、检查和养护维修[3]。

必须先进行施工资料调查研究，查明地质环境及水源状态后方可进行设计。重点地段要对排水系统进行全面规划，结合道路线路平纵横设计，使排水系统与道路设施相协调，做到综合治理与分期建设相适应；在需要进行地基处理以及陡坡路段，排水应与路基加固相配合。

设计时应该因地制宜，合理规划，统筹治理，注意经济与实效相适应，并对施工现场的地形条件与天然水系进行充分利用。

路基排水的设计应注意对周边自然生态的保护，加强对附近山体的水土保持，尽量不改变水流性质，以减少对当地水系的破坏。

2 排水设施[4]

2.1 地表排水

在城市建成区内常用的路基地表排水设施有管道、偏沟、雨水口和连接管等；郊区道路可采用边沟、排水沟、截水沟、急流槽和涵洞等排水设施。

城市道路路表水的排放有：通过道路横坡排入道路偏沟、进入雨水口和连接管收集后集中排入城市排水管网系统，再通过排水管网最后排入天然水系。排水沟管排放的水流不得直接排入饮用水水源。当道路雨水以自流的形式排放时，排水管出水口应设护坡等防冲刷措施，当出水口的跌水较大时应设计消能措施。

地表水的雨水径流量应按设计暴雨强度进行计算。暴雨强度的重现期应根据排水方式、道路类别和重要程度等因素确定。

城市道路路表排水还应考虑分隔带、人行道的绿化带排水设计，并根据所在地区降雨量、道路等级及分隔带宽度等因素综合考虑，防止雨水进入路基内部。

地表排水设施中的边沟分为路堑边沟和路堤边沟，位于人行道或土路肩、护坡道外侧，用于汇集和排除路面、路肩及边坡的水。按照其形式不同大致可分为梯形、矩形、U形（或带盖板矩形、U形）、L形、三角形、碟形横断面，以及暗埋式边沟。挖方路段宜优先选用三角形、浅碟形、盖板矩形及暗埋式边沟。各部位尺寸应根据地形、地貌、汇水面积、暴雨强度、路基填挖情况，经过水文、水力计算，并结合当地经验确定。

截水沟根据路基填挖情况和所处位置可分为路堤截水沟、堑顶截水沟和平台截水沟。根据具体情况，截水沟可以设置1道或数道。截水沟的水流不应该流入到边沟中。截水沟的长度一般不应大于500 m，当长度必须超过500 m时，应加设出水口，将水流引到城市道路的排水管道系统中或在公路段排入排水沟或边沟中。截水沟应采取有效的防渗措施，出水口应接入排水窨井或引流到路基范围以外，并设置消能设施，确保边坡和路基的稳定性。

跌水和急流槽主要用于陡坡路段的排水，以达到水流效能和减缓水流流速的目的。山区城市道路将跌水设在检查井内。跌水和急流槽的断面形式宜采用矩形或梯形。进、出水口是易发生水流冲刷破坏的关键部分，应做好防护与加固。

2.2 地下排水

城市道路的水损害除来自地表降雨外，地下水的侵害往往不容忽视，尤其是南方多雨地区。在北方，立交区域的下挖道路，常常也要考虑地下水的损害。设计前应进行充分的地质勘探，当土质路床位于毛细水上升高度范围内时，应考虑抬高道路纵断面或设计地下排水设施。

路基地下排水可采用暗沟（管）、渗沟、排水隔离层等措施。地下排水设施的类型、位置及尺寸应根据工程地质和水文地质条件确定，并应与地表排水设施相协调。

当路基范围内有泉水或承压水时，应将水流引至路基范围外。当不能设置明沟时，应设置暗沟或暗管。沟底的纵坡不宜小于1%，条件困难时亦不得小于0.5%。出水口应加大纵坡，并应高出地表排水沟常水位0.2 m以上。寒冷地区的暗沟，应作防冻保温处理，或将暗沟设在冻结深度以下。

当道路所经地段有潜水、层间水，挖方路基底部出现地下水或地下水位较高，影响路基或路堑稳定时，可以设渗沟将水排除。

渗沟的构造宜采用填石渗沟、管式渗沟或洞式渗沟。

当挖方路基部分地下水进入路基时，可采用将两侧混凝土支挡结构与防水地板相结合的混凝土U型槽。

在承压地下水或地下水丰富的地区修筑路基时，可在原地面与路基交界处设排水隔离层，也可在路基内部设排水隔离层，将地下水引出路基范围或将由路面渗透而来的水隔离。

3 路基排水设计的创新应用

随着新材料的应用和施工工艺的优化，沥青路面的质量不断提高，但仍有相当部分沥青混凝土路面在使用过程中由于各种综合因素引发了早期（使用3 a左右）破坏现象，致使其使用性能与寿命达不到应有的设计水平，严重影响了道路交通运输功能的正常发挥，造成巨大的经济损失。以往路面破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂，在采用了半刚性基层路面结构和高品质的沥青混合料后此种破坏形式得到了有效缓解。但水损坏的破坏形式又取而代之，成为困扰我国城市道路或公路发展的新课题。尤其在我国南方多雨地区，在春融季节和梅雨季节，路面会出现麻面、松散、掉粒乃至坑槽等病害。

为了让道路工程的水损害降至最低限度，在道路路基设计时需要尽可能地采用新材料、新工艺，做到排、疏、防相结合，与路面排水系统、边坡防护、地基处理等其他措施相互协调，以保证路基稳定，避免道路水损害。

为此笔者在2014年进行山东省新泰市滨湖新区市政配套工程设计时，对龙池路、向阳路这2条路的路基处理和路基排水作了创新设计。

（1）龙池路（新甫路至榆山路段）。本段路基下出现潜水、层间水，地下水位较高，在路堑段和挖方段均可见地下水满溢。为了消除地下水对路面结构层的浸害，在设计时采用横贯路基整个宽度的排水垫层，垫层厚30 cm。路基为路堑或半路堑时，挖方坡脚处设置了纵向排水沟和盲沟，并在排水垫层上部采用防水土工布隔离路面结构和上路床。龙池路路堑段、挖方路段路基处治设计图如图1、图2所示。

图1 龙池路路堑段路基处治设计图

图2 龙池路挖方路段路基处治设计图

（2）向阳路（新甫路至杏山东路）。本段路基下原土为遇水软化土层，地下水位较低。本层土在无水状态下进行了承载比（CBR）试验，试验结果表明路床、路堤压实度均满足设计要求。故在设计时应考虑阻隔地表水的渗入。常规采用50 cm、7%的灰土做隔水层即能满足要求，但当地路基土为风化砂，严重缺少粘土，所以优化设计后采用常用于垃圾填埋场的防渗膜作为隔离层，同样在路堑或挖方坡脚处设置纵向排水沟和盲沟。防渗膜采用厚1.0 mm的HDPE复合土工膜（两布一膜），同时要求清除粒径在3 cm以上的石块等杂物，并碾压整平。向阳路路堑段、挖方路段路基处治设计图分别见图 3、图 4。