高速公路路基防排结合式防水设计与施工控制要点

朱小刚

（江苏东南工程咨询有限公司，南京210018）

1 引言

路基作为道路工程的重要组成部分之一，其肩负着将路面上的车道载荷与行车载荷传至地下持力层的重要任务，所以需要确保其具备较高的强度与稳定性。而在地表积水与地下水长时间的侵蚀下，路基的强度与稳定性会严重下降，特别是在强水流的猛烈冲刷下，其极易发生结构失稳，从而导致道路发生塌陷，对行车安全造成严重的威胁，所以，有必要采取有效的防水手段。防排结合式防水方法是指将路基防水技术与路基排水技术结合起来，同时应用到路基防护中去，以达到对路基进行两重防护的目标【1】。为进一步实现对该种防水方法的推广应用，本文以某高速公路工程建设项目为例，详细分析了防排结合式防水方案的设计要点和施工要点。

2 工程概况

此高速公路工程建设项目位于山西省东南部，标段长度为6.7km，路基的设计宽度为23.4m，该路段沿线为山地，路段海拔在250～1 300m，沿线地形整体呈北高南低的态势，且具有东西两侧高于中间地带的特征。因受地形的限制，该路段在雨季汛期会积聚大量的雨水，严重影响行车安全。为此，本工程在设计与施工中采用了防排结合式的防水方法。

3 路基防排结合式防水设计方案

3.1 方案设计

在对此高速公路工程沿线水文地质情况进行综合考虑的基础上，进行路基防排结合式防水方案设计，具体内容包括以下3 方面：（1）合理布设地下排水沟管。在高速公路路基下面设置渗沟、暗沟等，利用其来排出地下水，促使地下水位下降，避免在路基中有地下水渗进。为了能够及时有效地将渗沟、暗沟中的积水排出，在其末端位置处安设疏通井与横向渗水管，以此来分段将积水排出。（2）在地表布设排水沟渠。通常来讲，在地表所布设的排水沟渠包括截水沟、排水沟以及边沟等。在距离路堑坡顶一定距离位置处布设截水沟，避免路基被东西两侧的积水所侵蚀；将排水沟、边沟布设在道路东西两侧位置处，使其轴线平行于道路的中线，为了能够及时地把地表积水汇聚到蓄水池里面，还需要在排水沟、边沟中设置纵坡。（3）采取路基防水措施。在铺设路基的过程当中，选择合适的防水材料掺加进去，同时，选择质量较好的防水土工布铺设在路基的表面，以此来保持路基内部的水环境处于一个稳定水平【2～4】。

3.2 基本参数

在设计防排结合式防水方案的过程中，有必要对沟渠的设计流量、沟渠管道的底部纵坡以及主要设施截面尺寸等参数进行合理的计算，本节主要对设计降雨重现期、沟渠与沟管底部纵坡的确定进行了介绍。

3.2.1 设计降雨重现期

在进行道路工程防水建设的过程中，无论是确定道路的防水等级，还是确定防水与排水设施的形式、尺寸等，都需要以设计降雨重现期作为重要考量参数。在JTG/T D33—2012《公路排水设计规范》中严格明确了设计降雨重现期在不同公路等级与不同排水设施条件下的取值范围，其中，规定在一级公路或者高速公路的截水沟、排水沟以及边沟的设计降雨重现期取值范围为5～10a。本文研究的高速公路工程建设项目所在地一般雨季时间比较长，而且地形相当陡峭复杂，所以，其设计降雨重现期取规定取值范围中的较大值。对于排水设施的截面规格、形式等参数，可以根据已定的设计降雨重现期来予以计算，为确定排水设施的设计参数是否合理，可以通过对设计流量与排水需求进行比较分析来实现，本文将在施工控制要点部分对此予以分析介绍。

3.2.2 沟渠、沟管的纵坡坡度

在将沟渠截面规格确定之后，需要通过计算对沟渠的纵坡进行合理设计，避免沟渠纵坡过大而致使其排水能力不够，或者沟渠坡度过小而影响排水速度，在计算沟渠底部纵坡的时候，要保证其泄水能力（Qx）超过所对应的设计流量（Qsx），如此方能充分发挥出沟渠的排水功能。沟渠纵坡坡度的计算公式如下：

式（1）、式（2）中，ix为计算点的纵坡坡度；Fx为计算区段的集水面积，km2；α 为修正系数；ψ 为径流系数；q为平均降雨强度，mm/min；k为流量模数。

当纵坡坡度满足上述公式时，则说明所设置的纵坡坡度是合理的，为保证沟渠底部纵坡的泄水能力始终大于所对应的设计流量，需要用式（3）来对各沟渠沟管的纵坡坡度is进行验证：

式中，F0为沟渠全长集水面积，km2。

按照式（1）～式（3）来计算并验证本高速公路工程各沟渠沟管的纵坡坡度，最终结果如表1 所示。

表1 各沟渠、沟管纵坡坡度设计值

4 路基防排结合式防水施工控制要点

4.1 路基防水施工

首先，在路基防水施工的过程中，要掺加一定比例的防水沥青，掺加比例根据现场试验来定。其次，要对路基的压实度进行严格的控制，在采用机械方式碾压路基的时候，要从路基的两侧依次向中间进行，并且要按照“先慢后快、先轻后重”的要求来进行碾压，彼此邻近的碾压段的纵向重叠不得超过2m，要确保碾压以后的路基含水量在±2%左右，且路基平整没有明显的轮迹。最后，要在路基的上表面进行防水土工膜铺设，在土工膜的对接处涂抹沥青来防止密封不严。

4.2 排水沟与边沟施工

排水沟与边沟的主要用途为将路肩、边坡处的积水汇集排出。排水沟布设在路基的两侧位置处，其断面为梯形形状，根据本高速公路建设工程所在地的降雨量情况，其断面深度为80cm，厚度为30cm，底部宽度为80cm，将排水沟的边坡控制在1.5%左右，两侧斜坡的比例为1∶1。在进行排水沟开挖施工时，需要严格遵循相应的设计尺寸，一旦出现超挖，则需要利用M7.5 浆砌石来填补超挖位置。在安装排水沟之前，需要在沟底铺上一层砂浆，以此来避免沟底出现平整性与密实度差的问题，需要注意的是，要先仔细确认坑底无积水以后，方才可以进行预制排水沟的吊装。此外，要在排水沟沿线设置宽度为20mm 的沉降缝，沉降缝的间隔设为15m，使用M10 砂浆来对接缝处进行勾缝。

边沟布设在道路的两侧位置处，其断面为矩形形状，断面深度为60cm，厚度为30cm。边沟的施工工艺与排水沟基本相同，不同点主要在于其沉降缝宽度为20mm，沉降缝的间隔设为30m。

4.3 渗沟施工

为了有效降低地下水位，避免发生地下水位上升而对路基造成侵蚀的现象，有必要布设渗沟。在本高速公路工程中通过布设矩形渗沟来进行地下排水，在路基的下面设有排水垫层与防水土工布，在渗沟的内部设有土工布包裹的带孔塑料管，并且利用砾石填充在塑料管与渗沟的空隙处。 为确保整个渗沟结构的可靠性，可通过在渗沟的底部基础进行混凝土浇筑来实现。在进行渗沟施工的过程中，还需要格外注意的是：（1）要合理确定渗沟的埋设深度，务必确保其顶部高于原有地下水位，若是地下水为层间水，则需要将渗沟底端设在透水层的上方；（2）为了避免在渗沟的内部进入大粒径的杂物，需要在渗沟的底端装设反滤层，反滤层由下至上依次铺设不同粒径的砂石、碎石、中砂、砾石等，粒径以4∶1 的比例逐层减小【5】。

4.4 截水沟施工

截水沟的主要作用为将路基上方的来水截断，其一般设于路堑段的上部位置处。本工程所采用的截水沟断面为矩形形状，厚度为30cm，深度为50cm，材料使用M7.5 浆砌片石。在进行截水沟施工时需要控制的要点包括：（1）要严格遵循设计方案来进行沟槽开挖，确保尺寸规格等符合设计要求；（2）要将截水沟沟槽清理干净，保持其干燥密实；（3）要使用挤浆法来进行砌筑施工；（4）要设置与截水沟同向的沉降缝，其间距为50m；（5）要截水沟砂浆终凝以后实施洒水养护，时间为1～2 周。

5 结语

综上所述，在进行高速公路路基防排结合式防水设计与施工的过程中，需要结合相关规范与工程实际，对沟渠的设计流量、沟渠管道的底部纵坡、主要设施截面尺寸以及设计降雨重现期等参数进行计算，根据设计方案严格把控施工过程。实践证明，本文所研究的防水设计防范与施工控制方法取得了显著的效果，可为其他高速公路路基防水设计施工提供借鉴。