上浦高速公路中分带排水设计

敖祥 赵磊

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430060）

一、引言

随着我国高速公路网不断完善，以及经济的快速增长，高速公路逐渐成为公众出行的主要选择之一。众所周知，在下雨天，路面湿滑和视线干扰极易引发交通事故，因此及时排出路面积水尤为重要。路面积水主要发生在高速公路超高段落的外侧，由于超高段落外侧道路横坡反向朝内，雨水汇集在中央分隔带，如果中央分隔带雨水收集排出系统设计不完善，不能满足雨水收、排需求，将会出现超高段外侧中央分隔带附近积水，给行车安全造成极大的隐患。本文以上饶至浦城段高速公路施工设计为例，通过计算分析中央分隔带雨水收排系统，确定最佳设计方案，以期优化排水效果。

二、中央分隔带排水设计现状分析

在高速公路设计过程中，通常采用铺面封闭中央分隔带和采用无铺面封闭中央分隔带两种。为响应现阶段国家大力提倡绿色公路建设的精神，本项目选用无铺面封闭形式中央分隔带。

三、中央分隔带排水设计分析及水力计算

无铺面封闭的中央分隔带排水，分为非超高段和超高段两种形式。非超高段中央分隔带排水主要包括中央分隔带和边缘带，或者仅为中央分隔带；超高路段则还包括超高段外侧半幅路汇集的雨水。

（一）非超高段中央分隔带排水

降落在无铺面封闭的中央分隔带上的雨水，一部分快速流向两侧行车道，排入路面；另一部分则向下渗入中央分隔带土体内，为避免路基、路面受渗入雨水的影响，可在中央分隔带内设置排水设施(渗沟和管)汇集入渗水，并通过设置一定间距的横向排水管引导排出，具体布置形式如图1所示：

图1.表面无铺面非超高段中央分隔带排水系统

（二）超高段中央分隔带排水

超高段与非超高段中央分隔带内排水系统布置基本相同，主要的区别在超高段外侧。对于超高段外侧半幅路面流向中央分隔带的雨水，可通过在中央分隔带外侧边缘设置纵向排水沟进行排出，表面无铺面封闭超高段中央分隔带排水布置如图2所示：

图2.表面无铺面超高段中央分隔带排水系统

（三）中央分隔带排水设施

对于无铺面封闭的中央分隔带，其排水设施主要由纵向排水沟、渗沟、集水井、纵向排水管、横向排水管等系统组成，纵向排水管、渗沟、集水井、横向排水管在各等级公路排水设计中均较为常见。

纵向排水沟设置于超高段外侧中央分隔带边缘，主要用于汇集、排出超高段外侧半幅路面表面雨水，纵向排水沟汇集的雨水通过设置与集水井相连的横向排水管排出路界。

（四）水力计算

本文依照《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）第九章对公路排水的水文、水力进行计算，包括设计径流量计算、沟和管的水力计算、泄水口水力计算、地下排水设施水力计算等。

四、项目概况

上浦高速公路新建工程路线全长50.805公里，采用双向四车道高速公路标准建设，设计行车时速为100公里，路基宽为26m，中央分隔带宽为2m。项目地处内陆亚热带湿润气候，年降雨量可达到1124.6～2457.9mm。

五、上浦高速中央分隔带排水方案设计

上浦高速中央分隔带宽为2m，路线平均纵坡度为2%，行车道横坡为2%，中央分隔带内双向横坡度为4%。

（一）非超高段中央分隔带排水设计

上浦高速采用无铺面封闭且表面无排水措施的中央分隔带，对于一般非超高路段采用如上述图1所示的设计方案；对于一般非超高路段而言，需确定中央分隔带内纵向排水沟的尺寸及出水井设置间距，本项目纵向排水沟设计采用上述图1所示纵向软式透水管。

1.设计径流量计算

（1）汇水面积：F=2L×10-6km2；

（2）汇流坡面长度：Lp=1×(0.042+0.022)1/2/0.04=1.12m；

（3）汇流坡度：ip=（0.042+0.022）1/2=0.0447；

（4）查取径流系数ψ：由表查得起伏草地的径流系数ψ=0.4～0.65，因设计径流量随径流系数ψ增大而增大，为保守起见，ψ取最大值0.65；

（5）查取地表粗度系数S，由表查得草地的粗度系数为：S=0.4；

（6）计算汇流历时t：

坡面汇流历时t1=1.445×[0.4×1.12/0.04471/2]0.467=2.05min

在降雨开始后，中央分隔带内填土由非饱和状态至饱和状态，达到饱和状态后，假定纵向排水管的汇流历时等于坡面汇流历时。沟内汇流历时，计算管内汇流历时，需对纵向排水管进行分段，以出水井为界，假定纵向排水管每段长度L2=200m，纵向排水管管底纵坡与路线纵坡相同为2%，计算管内汇流历时：

v=20×0.020.6=1.91m/s

t2=200/(60×1.91)=1.75min

总汇流历时为：t=t1+t2=2.05+1.75=3.8min；

（7）计算降雨强度：由图表查得各计算参数然后计算q=cpctq5，10=1×1.25×2.25=2.81mm/min，即对于纵向排水管而言，设计径流量为：Q=16.67×0.65×2.81×2L×10-6=0.0000609Lm3/s。

2.水力计算

（1）假定纵向排水管直径为10cm；

（2）断面面积A=0.05×0.05×3.14=7.85×10-3m2，水力半径R=0.05/2×1=0.025；

（3）排水管平均流速：V=1/0.01×0.0252/3×0.021/2=1.2088m/s；

（4）计算排水管泄水能力Qc沟=VA=0.00949m3/s；

（5）排水沟计算主要从泄水能力检验和冲淤检验两个方面进行检验。泄水能力检验即：Qc沟=0.00949m3/s＞Q=0.0000609Lm3/s，所以L＜155.8m即：在一般非超高路段设置出水井及横向排水管的距离应小于155.8m；冲淤检验即：塑料管的最小允许流速为0.75m/s，最大允许流速为5m/s，显然此次设计采用10cm排水管是合理的。

3.横向排水管管径

横向排水管的泄水能力与纵向排水管的泄水能力保持一致，采用直径为10cm的塑料管。

综上所述，一般在非超高路段纵向排水管采用10cm软式透水管，考虑运行中可能会出现泥沙淤积等情况，可适当缩短出水井及横向排水管间距，因此本次设计采用间距为150m，横向排水管采用10cm的塑料管。

（二）超高段中央分隔带排水设计

本次设计，超高段中央分隔带内部排水设计采用上述非超高段设计方案，而对于超高段外侧则采用在中央分隔带边缘加设纵向排水沟、集水井和横向排水管等措施排除超高段外侧积水；具体设计形式如图2所示。

选取一段曲线设在直坡段的超高段来进行设计计算分析，超高段桩号为K48+002.346～K49+340.138段，长度为Lv内=1337.792m，此路段路线纵坡为2%，圆曲线横坡超高值为3%，圆曲线半径R2=1500m，行车道加硬路肩宽为10.5m，需要在中央分隔带外边缘设置纵向排水沟收集超高段外侧雨水，本项目纵向式排水沟设计采用多边形缝隙式纵向排水沟。

1.设计径流量计算

（1）超高段汇水面积为扇形区域：F=(R1L1-汇水面积为两个纵向排水沟集水井之间的区域，假设缝隙式纵向排水沟集水井的距离为L2，则F=21.07L2×10-6Km2；

（2）汇流坡面长度：Lp=10.5×(0.032+0.022)1/2/0.03=12.62m；

（3）汇流坡度：ip=（0.032+0.022）1/2=0.03606；

（4）查取径流系数ψ：由规范上对应取值表查得沥青混凝土路面的径流系数ψ=0.95；

（5）查取地表粗度系数S，由表查得沥青路面的粗度系数为：S=0.013；

（6）计算汇流历时t：

坡面汇流历时t1=1.445×[0.013×12.62/0.036061/2]0.467=1.35min

沟内汇流历时，计算缝隙式纵向排水沟沟内汇流历时，需对缝隙式纵向排水沟进行分段，以集水井为界，假定排水沟每段长度L2=50m，缝隙式纵向排水沟沟底纵坡与路线纵坡相同为2%，计算沟内汇流历时：

v=20×0.020.6=1.91m/s

t2=50/(60×1.91)=0.44min

总汇流历时：t=t1+t2=1.35+0.44=1.79min；

（7）计算降雨强度：根据计算参数计算q=cpctq5，10=1×1.4×2.25=3.15mm/min，即对于缝隙式纵向排水沟而言，设计径流量为：Q=16.67×0.95×1.79×21.07L2×10-6=0.000597L2m3/s。

2.水力计算

（1）假定缝隙式纵向排水沟直径为15cm；

（2）断面面积A=0.075×0.075×3.14=0.0177m2，水力半径R=0.075/2×1=0.0375；

（3）排水沟平均流速：V=1/0.01×0.03752/3×0.021/2=1.58m/s；

（4）计算排水沟泄水能力Qc沟=VA=0.028m3/s；

（5）缝隙式纵向排水沟计算应从泄水能力检验和冲淤检验两个方面进行检验。泄水能力检验即：Qc沟=0.028m3/s＞Q=0.000597L2m3/s，所以L2＜46.9m，显然如果按L2=50m的间距来设置集水井位置是不合理的，根据上述计算缝隙式纵向排水沟在一般超高路段设置集水井及横向排水管的距离应小于46.9m；冲淤检验即：水泥混凝土沟的最小允许流速为0.75m/s，最大允许流速为4m/s，显然设计采用15cm排水沟是合理的。

3.横向排水管管径

横向排水管的泄水能力与纵向排水沟的泄水能力保持一致，采用直径为15cm的塑料管。

综上所述，一般超高路段采用15cm缝隙式纵向排水沟较为合适，考虑运行中可能会出现泥沙淤积等情况，适当减小出水井及横向排水管间距，本次设计采用间距为40m，横向排水管采用15cm的塑料管。

六、结语

南方丘陵多雨地区高速公路的排水设计，是公路工程设计的重要组成部分。中央分隔带雨水集排系统设计应结合线形、气候、水文等具体情况，加强计算分析，合理设计布置。同时，采用预防为主，防治结合的理念，做出合理可行、功能完善的集排水系统设计，有效地预防南方丘陵多雨地区由于降水对高速公路造成病害，使公路能更加安全、有效地为社会服务。