海南省文昌至瓊海高速公路工程防排水設(shè)計(jì)

程海波

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

0 引言

文昌至瓊海高速公路全長(zhǎng)65.7 km，線路走廊帶處于丘陵臺(tái)地和海積平原地貌單元，沖溝洼地發(fā)育，地形相對(duì)高差較大，降水量充沛。沿線年平均氣溫約24℃，平均降雨量約為1 900 mm，雨季主要集中在5～10月份，約占全年的78.5%。

在方案階段，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)成員對(duì)海南省內(nèi)已建、在建高速進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，并咨詢養(yǎng)管部門以及施工單位的意見，對(duì)文瓊高速公路防排水設(shè)計(jì)的對(duì)比優(yōu)化以及方案的最終敲定有很大的借鑒意義。

1 防排水設(shè)計(jì)目的

減少路基沖刷，避免水毀病害；避免路基浸濕引起強(qiáng)度和穩(wěn)定性的不足；降低路基含水量，維持良好的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)；排除路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積滯自由水，減少水損害的幾率；迅速排除行車道雨水，保證行車安全。

2 防排水設(shè)計(jì)要求

（1）使用功能

依據(jù)本地區(qū)水文特點(diǎn)、暴雨強(qiáng)度、地表滯留系數(shù)，經(jīng)計(jì)算分析，合理確定排水設(shè)施斷面形式和尺寸；設(shè)施間銜接通暢，不積聚、不滿溢、不沖刷、不滲漏、不淤塞，形成一個(gè)有效并耐久的防排水系統(tǒng)工程。

（2）因地制宜

就地取材，因勢(shì)利導(dǎo)，及時(shí)疏散，就近分流；依據(jù)自然條件以及道路狀況分段具體設(shè)計(jì)。

（3）注重景觀與環(huán)境保護(hù)

考慮景觀效果，貼近自然，避免大量圬工影響視覺；排水設(shè)施設(shè)計(jì)要防止水土流失，盡量不破壞自然水系；排水出路謹(jǐn)慎選擇，避免污染重要水源。

（4）綜合設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)配合

平、縱布置相配合，設(shè)施間銜接合理、排水能力相適應(yīng)；排水設(shè)施與自然水系、人工排水設(shè)施、地下管線的配合；排水設(shè)計(jì)與路基防護(hù)加固的配合；臨時(shí)排水設(shè)施與永久設(shè)施相結(jié)合等。

（5）維修方便

設(shè)計(jì)方案、材料類型以及設(shè)施尺寸除滿足排泄設(shè)計(jì)流量之外，便于運(yùn)營(yíng)期的檢查、維護(hù)和修理。

3 路基表面防排水系統(tǒng)

3.1 一般路段路面表面排水

路面表面排水方式可分為集中截流式與分散漫流式兩種。根據(jù)沿線土質(zhì)、填挖類型、邊坡高度、邊坡防護(hù)措施、縱橫坡值綜合確定。

3.1.1 分散漫流式

海南省高速公路大部分采用分散漫流式，便于施工，排水效果好，特別是在路面縱坡小，邊坡高度較低，邊坡防護(hù)滿足防沖刷要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用。

海南省內(nèi)高速的路肩處理一般有植草防護(hù)或者硬化處理，但調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，路肩采用植草防護(hù)對(duì)雨水有攔蓄作用而影響排水效果，養(yǎng)護(hù)部門也需對(duì)雜草定期進(jìn)行修剪（見圖1）。

因此，若路側(cè)設(shè)置蓋板溝，并且與土路肩無(wú)高差時(shí)，建議蓋板溝緊挨路肩設(shè)置，并且土路肩作硬化處理。

3.1.2 集中截流式

當(dāng)路堤邊坡較高，采用橫向分散排水不經(jīng)濟(jì)，或者邊坡沖刷比較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)采用縱向集中排水方式，在硬路肩邊緣設(shè)置攔水帶，通過(guò)泄水口、急流槽排入邊溝。

圖1 ?？诶@城高速路側(cè)土路肩現(xiàn)狀

3.2 超高路段路面表面排水

超高段排水方式有3種：路緣帶處設(shè)置排水槽，中央分隔帶內(nèi)設(shè)置淺碟溝，路緣帶處設(shè)置排水側(cè)石。景觀效果上排水側(cè)石最好，但是排水能力低，而且易堵塞，中央分隔帶內(nèi)設(shè)置淺碟溝，占用中央分隔帶綠化，易受綠化帶內(nèi)植物覆蓋影響排水效果，所以推薦采用排水槽。

雨水排除路徑為：超高徑流→排水槽→集水井→橫向排水管→路側(cè)邊溝。為便于維護(hù)，縫隙式排水槽沿路線縱向每隔20 m設(shè)置一道清淤井（見圖2、圖3）。

圖2 中分帶邊緣設(shè)置縫隙式排水槽

圖3 超高段路面排水設(shè)計(jì)(單位：cm)

橫向排水管的出水方向，根據(jù)路基填挖類型、填挖高度、兩側(cè)邊溝型式及減小工程量等確定。

3.3 填方路側(cè)邊溝

工程項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)雨量大，土質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土，除沖刷量小，邊坡為緩坡的情況下采用淺碟形土質(zhì)植草邊溝之外，一般路段邊溝均需采用預(yù)制塊或者漿砌片石邊溝。

邊溝形式可以采用矩形邊溝與梯形邊溝，除路基兩側(cè)受地形限制或者為節(jié)約水田（耕地）采用矩形邊溝形式之外，均采用漿砌梯形或者預(yù)制蝶形。

漿砌片石邊溝（見圖4）造價(jià)較低，可就地取材；預(yù)制碟形邊溝（見圖5）施工快，景觀好，排水阻力小，可標(biāo)準(zhǔn)化施工；綜合比較，推薦采用預(yù)制碟形邊溝。

圖4 漿砌片石梯形邊溝(單位：cm)

圖5 預(yù)制碟形邊溝(單位：cm)

3.4 挖方路側(cè)邊溝

挖方邊溝一般有兩種形式：蓋板(暗)溝，漿砌梯形明溝。推薦采用蓋板(暗)溝，并結(jié)合路側(cè)景觀綠化方案，取消路側(cè)波形梁護(hù)欄。圖6為路塹段排水邊溝。

圖6 路塹段排水邊溝(單位：cm)

3.5 截水溝

用以攔截流向路基的地面徑流，減輕邊溝水流負(fù)擔(dān)，保證挖方邊坡和填方坡腳不受水流沖刷。位置盡量與水流方向垂直，提高截水效率并縮短長(zhǎng)度，就近排入自然溝，必要時(shí)配以急流槽或涵洞等引入指定地點(diǎn)，見圖7、圖8。

圖7 矩形截水溝圖 （單位：cm）

圖8 梯形截水溝(單位：cm)

梯形截水溝有利于來(lái)水的匯入，但其占地較多，景觀效果差，圬工數(shù)量大，截水溝建議采用矩形形式。設(shè)置截水溝會(huì)增加征地面積，除路界外側(cè)匯水面積較大可能會(huì)沖刷邊坡與坡腳外，避免設(shè)置截水溝。

3.6 平臺(tái)排水溝

當(dāng)挖方路塹或填方路基邊坡較高時(shí)，為攔截坡面水，防止邊坡沖蝕破壞，在邊坡平臺(tái)上設(shè)置縱向矩形平臺(tái)排水溝，并依據(jù)路基縱斷、固定間距或利用填挖交接設(shè)置急流槽以及消力設(shè)施最終排入路側(cè)邊溝或者天然水體。

3.7 急流槽

當(dāng)排水設(shè)施間銜接縱坡較大時(shí)應(yīng)設(shè)置急流槽，由進(jìn)口、陡坡槽身、消能設(shè)施和出口4部分組成。

因區(qū)域降水量大，排水設(shè)施過(guò)水量大，坡底流速大，需注重消能方式的選擇以及有效的防沖刷措施，必要時(shí)采用槽身消能和槽底消能配合使用的方式。

3.8 橋面防排水

橋面排水系統(tǒng)應(yīng)與橋梁結(jié)構(gòu)及橋下排水條件相適應(yīng)，避免水流下滲對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)耐久性造成影響[1]。因此橋面排水采用防排結(jié)合的方式：表面水由泄水口以及縱向PVC排水管，于橋梁墩柱或者橋臺(tái)外至落水管引流至地面；設(shè)置防水防滲鋪裝層。泄水口設(shè)置位置及間距根據(jù)縱斷面線形、設(shè)計(jì)徑流量及伸縮縫位置確定。

4 路基路面內(nèi)部排水

路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積滯的自由水，會(huì)使各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度不同程度地下降，降低瀝青混凝土中瀝青膜的黏附性能，破壞結(jié)構(gòu)層的層間連續(xù)，行車作用下產(chǎn)生的高壓水流沖刷結(jié)構(gòu)材料，加速路面損壞，降低路面使用壽命。

4.1 中央分隔帶內(nèi)部防排水

中央分隔帶排水不暢，造成水分向兩側(cè)路基路面遷移，是導(dǎo)致或加速路面損壞的重要因素之一[2]。

海南省高速公路除特殊路段之外中央分隔帶均采取綠化防眩的方式，結(jié)構(gòu)與回填土界面鋪防滲土工膜。排水路徑為：縱向盲溝(內(nèi)置盲管)→集水井→橫向排水管→邊溝。圖9為中央分隔帶防排水設(shè)計(jì)圖。

圖9 中央分隔帶防排水設(shè)計(jì)圖

4.2 邊緣防排水系統(tǒng)

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中采用級(jí)配碎石底基層，并通過(guò)外包無(wú)紡?fù)凉げ嫉乃槭杆畬右约皺M向PVC管排除由路面接縫、裂縫和面層孔隙滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的滯水。路堤段塑料排水管伸出路基邊坡，路塹段塑料排水管設(shè)置于路側(cè)蓋板溝漿砌片石側(cè)墻中（見圖6）。

4.3 橋臺(tái)和支擋結(jié)構(gòu)物

橋臺(tái)和支擋結(jié)構(gòu)物排水目的在于疏干填料中的水分，防止臺(tái)身或墻身承受額外的靜水壓力，黏性土填料浸水后的膨脹壓力或者嚴(yán)寒地區(qū)的凍脹壓力。圖10為路塹段重力式擋土墻防排水設(shè)計(jì)圖。

圖10 路塹段重力式擋土墻防排水設(shè)計(jì)圖(單位：mm)

5 地下水防排

當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，路基土的含水率上升，土體的強(qiáng)度以及抗變形能力驟減，可能帶來(lái)路基沉陷病害，甚至失穩(wěn)等。地下水位的變動(dòng)也會(huì)影響到路基土的回彈模量和彎沉，造成路面結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力的顯著提高。

所以，對(duì)可能影響路基穩(wěn)定的地下水，需予以攔截、匯集、降低，并引導(dǎo)至路基范圍以外，一般做法為設(shè)置排水滲溝。地下防排水設(shè)施類型、尺寸、深度按照地下水性質(zhì)、水量、含水層滲透系數(shù)、地下水位高程、地下水的下降深度等確定。

5.1 半填半挖段

為攔截挖方一側(cè)的地下水滲入路基范圍，于挖方一側(cè)路肩下方設(shè)置沿路線縱向通長(zhǎng)的盲溝，陡坡路段可以根據(jù)現(xiàn)狀自然坡狀況和水文條件，加設(shè)縱向盲溝，以保證路基不發(fā)生滑移。

5.2 全挖段、低填段

低填段地下水較高時(shí)，于蓋板暗溝下方設(shè)置兩排縱向的盲溝，以降低地下水位，改善路基工作狀態(tài)以及施工條件。

若挖方段地下水含量豐富時(shí)，可采用橫向盲溝與縱向盲溝相交布置的形式，有效減少水力路徑，見圖11。

5.3 填挖交界段

填挖交替處設(shè)置橫向盲溝，以攔截挖方段的地下水向路基遷移。

6 其它注意事項(xiàng)

路基路面防排水方案需與路基防護(hù)加固方案、路基處理方案統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。

圖11 路基下方設(shè)置縱橫向交叉滲溝

特殊點(diǎn)位加設(shè)排水設(shè)施：豎曲線最低點(diǎn)、橫坡值變化點(diǎn)、構(gòu)筑物結(jié)合部、中分帶開口處、高路基縱坡坡腳處等增設(shè)排水設(shè)施。

細(xì)節(jié)處理要重視，比如：波形梁護(hù)欄立柱、標(biāo)志牌基礎(chǔ)與復(fù)合土工膜接縫用熱瀝青封堵，超高段中央分隔帶排水槽的防滲漏措施，滲溝、排水層的反濾以及防滲設(shè)計(jì)。

邊溝水若通過(guò)出水管倒流，浸濕路床，反而造成更大的損害，因此局部路段蓋板邊溝需根據(jù)橫向管的類型以及接入情況適當(dāng)加深或者作特殊處理。

鑒于沿線氣候特點(diǎn)，橫向構(gòu)筑物排水設(shè)施的位置及規(guī)模應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀建設(shè)條件、水文水力計(jì)算、水利資料、現(xiàn)場(chǎng)咨詢居民等綜合確定，防水毀措施要完善。

排水出路的選擇要注重水資源的保護(hù)，禁止排入飲用水源庫(kù)，必要時(shí)設(shè)置縱向排水溝或者油水分離池。一方面因?yàn)槁访嬗晁杏臀?、垃圾等，一方面要防止運(yùn)送有毒化學(xué)品的車輛發(fā)生傾覆灑漏的風(fēng)險(xiǎn)。

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)雨季長(zhǎng)，雨量大且天氣變化快，降雨對(duì)工程進(jìn)度、施工成本、施工質(zhì)量、安全生產(chǎn)等均有不可估量的影響，完善雨季施工組織設(shè)計(jì)是重點(diǎn)問(wèn)題。

橫向排水管的材質(zhì)要選用強(qiáng)度高、耐久性好的材料，要求反開槽施工并回填砂石料，避免管材開裂、滲水、周邊填料壓實(shí)不足等對(duì)路基路面的不良影響。

7 結(jié)語(yǔ)

水是導(dǎo)致高速公路使用壽命降低的最重要的因素之一，近年來(lái)防排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越引起主管部門、建設(shè)單位以及設(shè)計(jì)單位的重視。本文總結(jié)提出了文瓊高速公路防排水設(shè)計(jì)方案以及需注意的一些問(wèn)題，希望能為道路設(shè)計(jì)人員提供參考和借鑒。

[1] JTG/T D33-2012，公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 姚祖康.公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2001.