高速公路排水防護(hù)分析的論文
摘要：本文介紹了滬寧高速公路(江蘇段)排水與防護(hù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，因地制宜地選擇了不同的排水與防護(hù)措施，并使其與沿線環(huán)境相協(xié)調(diào)，取得了比較好的效果，可供平原微丘地區(qū)修建高速公路參考。
關(guān)鍵詞：高速公路排水防護(hù)設(shè)計(jì)
1概況
滬寧高速公路(江蘇段)地處長(zhǎng)江下游，西段以微丘地形為主，東段位于長(zhǎng)江三角洲平原，北靠長(zhǎng)江，南鄰太湖流域，地勢(shì)平坦開闊，河網(wǎng)密集，第四系地層厚度大，屬河湖堆積地貌，地下水位高，氣候多雨潮濕。因此，必須采取有效的排水與防護(hù)措施，及時(shí)排除公路范圍內(nèi)的水，并防止雨水浸入，以確保路基路面穩(wěn)定和高速行車安全。
滬寧高速公路的排水系統(tǒng)是由路基排水、路面排水及中央分隔帶排水三個(gè)部分組成的綜合排水系統(tǒng)，路基防護(hù)措施是根據(jù)沿線不同的土質(zhì)巖性、水文地質(zhì)條件、坡度、高度和當(dāng)?shù)夭牧弦虻刂埔说剡x擇的�，F(xiàn)將其介紹如下，以供同行參考。
2路基排水
進(jìn)行路基排水設(shè)計(jì)的目的就是將影響路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性的地下水及地面水及時(shí)排出公路范圍。路基排水設(shè)施主要由排水墊層、邊溝、排水溝、截水溝、盲溝、滲溝、涵洞等組成，并與原有溝渠、河流等相連。設(shè)計(jì)應(yīng)遵循塘路分家、路田分家的原則，使高速公路排水系統(tǒng)自成體系。
2.1地面排水
路基地面排水主要是通過全線貫通的邊溝來進(jìn)行的，一般采用0.6m×0.6m的梯形邊溝，邊坡1:1，以25cm厚的7.5號(hào)漿砌片石鋪砌，邊溝縱坡一般不小于0.3%，坡長(zhǎng)小于300m，邊溝水均應(yīng)引離路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑內(nèi)，但不排入魚塘內(nèi)，當(dāng)邊溝與涵洞、通道發(fā)生交叉時(shí)，一般將邊溝水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道處讓路基邊溝向兩側(cè)排走或設(shè)邊溝倒虹吸涵通過。
在挖方地段，還應(yīng)設(shè)置0.4m×0.4m的梯形平臺(tái)截水溝，并在坡頂外側(cè)設(shè)0.6m×0.6m的矩形地面截水溝，以排除坡面水。截水溝均以25cm厚的7.5號(hào)漿砌片石鋪砌。
2.2地下排水
地下水帶來的危害往往很大。過去的地下水會(huì)使得路基泡軟、坍塌，并嚴(yán)重影響路面結(jié)構(gòu)的安全，在平原微丘區(qū)修建高速公路尤須重視地下排水設(shè)計(jì)。
2.2.1軟基處理段
滬寧高速公路丹陽(yáng)以東廣泛分布著淤泥質(zhì)軟土層，地下水含量較大，為保證軟土段路基的穩(wěn)定，迅速排除地下水至關(guān)重要。為此，設(shè)計(jì)采取：板+砂墊層+超載預(yù)壓的深層。塑料排水實(shí)踐證明這些措施可有效地處理及砂墊層+超載預(yù)壓的淺層排水處理等措施。排除軟土段地下水。值得注意的是為確保軟土段地下水迅速由砂墊層排入邊溝，需在砂墊層與邊溝相接的斜面上做15cm厚的級(jí)配碎石(粒徑2～4cm)反濾層，在砂墊層底部位置預(yù)留截面為5cm×5cm、縱向間距為10m的泄水孔，且泄水孔出口應(yīng)高于邊溝底30cm。
2.2.2低矮路堤
滬寧高速公路丹陽(yáng)段有很多路段處于水稻田的低矮路堤(路基邊緣設(shè)計(jì)標(biāo)高與原地面標(biāo)高之差小于1.55m)，為及時(shí)排除地下水，確保路基不處于過濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)采取護(hù)坡道下挖和邊溝加深的措施，護(hù)坡道高程(m)=設(shè)計(jì)高程(m)-1.8m，實(shí)際使用效果良好，但應(yīng)注意邊溝出水口不應(yīng)低于常水位標(biāo)高或利用的排水溝渠的底面標(biāo)高。
2.2.3挖方路段
滬寧高速公路鎮(zhèn)江、南京段處于丘陵區(qū)，路基基本設(shè)計(jì)成路塹形式，對(duì)于水稻田地段的土質(zhì)挖方段，尤其是邊溝長(zhǎng)、溝底坡度緩的地段，采用滲溝隔斷地下水向路基滲流的路徑(如圖1所示)；對(duì)于石方挖方段，可結(jié)合取土，盡量使路兩側(cè)邊溝挖深、挖寬，以利截流地下水和降低路基中地下水位。a型邊溝因下部的矩形斷面較小，易為泥砂填塞，影響排水，一般僅僅在地形限制的情況下使用；b型邊溝的寬度及深度可視地下水位及地形情況取用。無論采用何種形式邊溝，都應(yīng)注意控制最小縱坡及最大溝深，以保證邊溝出水口不低于常水位標(biāo)高或被利用的`排水溝渠的底面標(biāo)高。
2.2.4填挖交接段
對(duì)于路塹和路堤交接處，如路塹地下水位較高，為防止路塹下含水層中的水沿路基縱向流入路堤，使路堤濕化、坍塌，設(shè)計(jì)增設(shè)了橫向滲溝。
3路面排水
路面排水設(shè)計(jì)是高速公路路面設(shè)計(jì)的重要組成部分。一方面，由降雨形成的路面水膜影響車輪與路表面的接觸，車輛高速行駛時(shí)，易使車輪產(chǎn)生液面滑移(即“水漂”)，且高速行駛的車輛尾部易形成水霧，影響駕駛員的視線，易發(fā)生交通事故，影響高速行車安全；另一方面，路面水若不能及時(shí)排除，還會(huì)透過路面面層滲入到基層，這樣易使基層軟化、沖刷和唧漿，影響路面的整體強(qiáng)度，最終導(dǎo)致路面過早破壞。滬寧高速公路地處長(zhǎng)江下游，降雨量較大，因此尤需重視路面排水設(shè)計(jì)。
3.1一般路段的路面排水
一般路段是指不設(shè)超高的路段。路面排水根據(jù)路線縱坡采用分散漫流式和集中截流式2種形式。當(dāng)路線縱坡＜0.3%時(shí)，路面排水采用分散漫流式，路緣石采用水泥混凝土的平緣石，路面水沿縱坡和橫坡經(jīng)路堤邊坡排入邊溝；當(dāng)路線縱坡≥0.3%時(shí)，路面排水采用集中截流式，在硬路肩邊緣土路肩范圍內(nèi)設(shè)置瀝青混凝土攔水緣石，匯集路面水，每隔一定距離經(jīng)泄水口流入邊坡急流槽，排至路基邊溝。
3.2超高路段的路面排水
設(shè)置了超高的路段，路面水易浸占超高側(cè)行車道，并穿過凸形中央分隔帶緊急開口進(jìn)入另一側(cè)行車道，從而影響行車安全，故應(yīng)及時(shí)排除超高側(cè)匯集的路面水。滬寧高速公路在超高側(cè)行車方向左側(cè)路緣帶設(shè)置了縱向排水溝，并每隔一定距離設(shè)置了集水井及橫向排水管，這樣超高側(cè)路面水沿縱坡及橫坡流入邊坡急流槽，再排入路基邊溝。
3.3中央分隔帶排水
滬寧高速公路中央分隔帶采用凸形，雖然大部分降水通過凸形中央分隔帶可自排到路面上，但仍有少部分水會(huì)滲入到中央分隔帶內(nèi)，必須引起重視。滬寧高速公路在中央分隔帶范圍內(nèi)的路基及路面結(jié)構(gòu)層上涂雙層瀝青。以阻止?jié)B入到中央分隔帶回填土中的雨水進(jìn)一步滲入路面結(jié)構(gòu)層及路基，并在中央分隔帶底部設(shè)縱向碎石盲溝(碎石粒徑不大于4cm，含泥量不大于3%)，并在路兩側(cè)每隔100m左右交錯(cuò)設(shè)置了直徑為5cm的橫向硬塑管，使雨水排出路基范圍。硬塑管進(jìn)口處用土工布包裹，碎石盲溝上鋪土工布以便與回填土隔離。
設(shè)計(jì)中應(yīng)注意如下兩點(diǎn)：①因中央分隔帶中需設(shè)置通信、監(jiān)控用人井，這些人井會(huì)隔斷縱向碎石盲溝，為不影響中央分隔帶的排水，應(yīng)將人井前的橫向排水管移至人井壁，并在迎水側(cè)的人井壁涂瀝青以防雨水滲入人井中；②遇到橋梁、通道等構(gòu)造物的兩端各增設(shè)一道橫向排水管，以防止碎石盲溝中的水沿縱坡匯集于構(gòu)造物臺(tái)背，使臺(tái)背填土淘空，造成橋頭跳車。
3.4路面結(jié)構(gòu)排水防滲措施
滬寧高速公路面層為三層不同類型的瀝青混凝土，基層與底層均為半剛性材料，由于無論何種類型的瀝青混凝土面層總會(huì)透水，且半剛性基層的反射裂縫將加大瀝青混凝土面層的漏水，如不及時(shí)將水排除，水將浸入到半剛性基層，并嚴(yán)重影響其穩(wěn)定性，從而影響路面的整體強(qiáng)度，因此，滬寧高速公路在基層頂面設(shè)置了瀝青封層，在減少半剛性基層的反射裂縫對(duì)瀝青混凝土面層的影響，并阻止透過瀝青混凝土面層的水進(jìn)一步浸入基層。
為排除瀝青封層上的積水，滬寧高速公路在土路肩內(nèi)設(shè)置了外包土工布的縱、橫向排水盲溝(盲溝內(nèi)填料為：在5～6cm厚的斷面處用1～2cm碎石，在15cm厚的斷面處用2～4cm的碎石)。a型適用于路線縱坡＜0.3%路段，b型適用于路線縱坡≥0.3%路段。
4路堤邊坡防護(hù)
4.1一般土質(zhì)路堤
滬寧高速公路路堤填料主要為具有不同含水量的粘性土，由于填土比較高，故須重視邊坡防護(hù)，而坡面的防護(hù)型式應(yīng)結(jié)合路面排水作綜合考慮。滬寧高速公路規(guī)定，采用分散漫流式路面排水的路段，邊坡采用厚25cm7.5級(jí)漿砌片石襯砌拱防護(hù)(下墊10cm砂墊層，拱內(nèi)植草，下同)以防止邊坡沖刷，當(dāng)路堤高度＜6m采用單層襯砌拱防護(hù)，6m的則采用雙層襯砌拱防護(hù)；路面排水采用集中截流式的路段，路基邊坡一般采用植草防護(hù)。為防止高路堤邊坡受沖刷，要求路堤高度為4～6m的采用單層襯砌拱防護(hù)，＞6m的則采用雙層襯砌拱防護(hù)，且宜將雙層襯砌拱防護(hù)的上、下兩層襯砌拱錯(cuò)開布置。
4.2粉土路堤
滬寧高速公路丹陽(yáng)段有14km粉土路段。由于該土質(zhì)邊坡極易被雨水沖刷，為探索其較有效的防護(hù)方式，以確保路基路面的穩(wěn)定，在這一路段共進(jìn)行了滿鋪漿砌片石護(hù)坡、現(xiàn)澆水泥混凝土薄板護(hù)坡、法式嵌鎖型混凝土預(yù)制塊干砌護(hù)坡和日式長(zhǎng)方形混凝土預(yù)制塊干砌護(hù)坡等4種防護(hù)型式的試驗(yàn)，各種防護(hù)形式的試鋪長(zhǎng)度均為50m。
由試驗(yàn)分析：混凝土預(yù)制塊干砌護(hù)坡具有施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)制塊間的縫隙滲水，易使邊坡局部淘空，使其喪失防護(hù)作用；現(xiàn)澆混凝土薄板護(hù)坡表現(xiàn)了良好的使用性能，在揚(yáng)(州)～江(都)一級(jí)公路已成功應(yīng)用，但高速公路規(guī)范無此防護(hù)形式，且薄板難以避免裂縫，隨時(shí)間推移及風(fēng)化的砂巖是否繼續(xù)擴(kuò)展也難預(yù)料，故存在隱患不宜大規(guī)模采用；滿鋪漿砌片石護(hù)坡造價(jià)雖高，但防護(hù)性能好、外表美觀，高等級(jí)公路使用有成熟的經(jīng)驗(yàn)。因此，滬寧高速公路最終選用了此種方法。為防止砌體萬一沉降開裂導(dǎo)致雨水沖刷，將傳統(tǒng)的10cm砂礫墊層改為一層有紡?fù)凉げ肌?shí)踐證明，這種防護(hù)方法能有效地防止雨水對(duì)粉土邊坡的沖刷，而確保路基的穩(wěn)定。
4.3石質(zhì)路堤
滬寧高速公路南京段地處寧鎮(zhèn)山脈丘陵地帶，部分路堤填料為風(fēng)化的泥質(zhì)頁(yè)巖、弱風(fēng)化的灰?guī)r等。針對(duì)不同的填料，路堤邊坡采用了不同的防護(hù)方式。
由于風(fēng)化的泥質(zhì)頁(yè)巖水穩(wěn)定性差，為防止邊坡沖刷，采用厚30cm7.5級(jí)滿鋪漿砌片石護(hù)坡防護(hù)；弱風(fēng)化的石灰?guī)r中，已風(fēng)化部分水穩(wěn)性差，未風(fēng)化部分比較堅(jiān)硬，刷坡困難，故邊坡采用了7.5級(jí)漿砌片石矮擋墻臺(tái)階式護(hù)坡(臺(tái)階設(shè)外傾4%泄水孔，階內(nèi)設(shè)碎石反濾層)，為增強(qiáng)美觀，臺(tái)階頂面填土20cm，做成2%向外傾斜的橫坡并植草防護(hù)。風(fēng)化砂巖則水穩(wěn)性較好，因此，邊坡采用20cm×20cm的20級(jí)混凝土空心六角形預(yù)制塊防護(hù)(空間填土植草，下同)。
從實(shí)踐應(yīng)用，該防護(hù)能有效地防止雨水浸入，確保填石路堤的穩(wěn)定。
4.4橋頭路堤
滬寧高速公路橋頭填土普遍較高，路堤如得不到防護(hù)，則邊坡易被沖刷，甚至淘空導(dǎo)致臺(tái)后填料流失，危及橋臺(tái)，影響行車安全和舒適。為此，要求橋臺(tái)外10m長(zhǎng)的橋頭路堤采用厚30cm7.5級(jí)滿鋪漿砌片石護(hù)坡(下墊10cm砂墊層，下同)，橋頭設(shè)人行踏步，兼作橋頭排水急流槽，以確保路堤不受沖刷。
4.5浸水路堤
滬寧高速公路沿線區(qū)域河網(wǎng)密布，路段多為壓河、塘的浸水路堤。為確保路基穩(wěn)定，邊坡采用厚30cm7.5級(jí)滿鋪漿砌片石護(hù)坡，其高度應(yīng)在設(shè)計(jì)洪水位以上0.5m。
5路塹邊坡防護(hù)
土質(zhì)挖方段的路塹，上邊坡主要采用25cm7.5級(jí)漿砌片石襯砌拱或20cm×20cm的20級(jí)混凝土空心六角形預(yù)制塊防護(hù)；石質(zhì)挖方段主要采用護(hù)面墻或漿砌片石護(hù)面防護(hù)，上邊坡應(yīng)分級(jí)防護(hù)，護(hù)面墻每5m高為一級(jí)，設(shè)置2m寬平臺(tái)及40cm×40cm的平臺(tái)截水溝，挖深不足5m的設(shè)置漿砌片石護(hù)面，坡頂用寬0.25m漿砌片石鋪砌，其外側(cè)再用原土夯實(shí)，以免邊坡水流沖刷，滲入墻后引起破壞。護(hù)面墻及漿砌片石護(hù)面縱向每隔10m設(shè)置一道2cm寬的沉降縫，并用瀝青麻絮填塞縫隙，且上、下、左、右每隔2m交錯(cuò)設(shè)置10cm×10cm的泄水孔，孔后設(shè)反濾層。
6土路肩及護(hù)坡道防護(hù)
滬寧高速公路路基邊坡原設(shè)計(jì)砌石防護(hù)(含滿鋪漿砌片石、漿砌片石襯砌拱、空心六角形混凝土預(yù)制塊)，其漿砌片石壓頂伸入土路肩內(nèi)0.25m，由于難以保證路基邊緣線完全符合設(shè)計(jì)線形，造成彎彎曲曲而影響美觀。為此，將全線砌石防護(hù)段邊坡壓頂改澆為4cm20級(jí)細(xì)石子混凝土。為保證線形順適，必須采用兩側(cè)立模進(jìn)行現(xiàn)澆。同時(shí)，為防止土路肩滲水而危及路基路面，對(duì)其裸露土部分也采用40cm20級(jí)細(xì)石子混凝土進(jìn)行硬化處理。實(shí)踐證明，這一處理效果很好。
7結(jié)束語
排水與防護(hù)設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、降雨強(qiáng)度、地下水、地形、地質(zhì)、土類、材料來源等情況綜合考慮，合理布局，因地制宜地選擇經(jīng)濟(jì)、合理、美觀、實(shí)用的工程措施，確保高速公路的穩(wěn)定和高速行車的安全，同時(shí)達(dá)到與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、美化高速公路的效果。我國(guó)高速公路建設(shè)方興未艾，但由于實(shí)踐時(shí)間短，高速公路的排水與防護(hù)還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)，尚需建設(shè)、設(shè)計(jì)、科研、施工、監(jiān)理等方面共同努力，在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)，以提高我國(guó)高速公路的建設(shè)質(zhì)量。
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