分析山区公路路基路面排水设计

来源：核心期刊咨询网核心期刊论文2014-01-25 11:141

摘要：【摘要】做好山区公路路面排水设计工作非常重要，不仅关系到公路的质量，同时也关系到山区公路的使用安全。现阶段，山区公路路基路面的病害有多种，形成病害的因素也很多，但水的作用是主要因素之一，因此，在路基路面的设计、施工和养护中，必须十分重视路

　　【摘要】做好山区公路路面排水设计工作非常重要，不仅关系到公路的质量，同时也关系到山区公路的使用安全。现阶段，山区公路路基路面的病害有多种，形成病害的因素也很多，但“水”的作用是主要因素之一，因此，在路基路面的设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面的排水工程，降低水对道路的危害。本文对高速公路排水设计的理念及方法进行探讨，仅供大家借鉴参考。

　　【关键词】山区公路；路面路基；排水设计

　　引言

　　山区公路的使用寿命与公路路基路面的公路排水设计有着密切的关系。公路排水设计应包括以下两个方面：一是要考虑如何减少地下水，灌溉和排水对路基的稳定和强度的影响，通常被称为第一排水；二是考虑如何迅速排出路基路面的水，减少降雨对路基，路面质量的影响，减少路面不良排水或道路路基的地表水下渗，防止路面结构和性能的损害，即排水第二型。

　　1. 山区公路路基路面排水设计的基本要求

　　1.1 路基路面排水设计目的与要求

　　山区公路路基路面排水设计的目的是把路界范围内的地表水有效地汇集并迅速排除出路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。并将公路地下水引排到公路的下侧方，避免公路路基和路面结构遭受到地表水和地下水的浸湿、冲刷等破坏。

　　路基路面排水设计的要求是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性。

　　2. 路面排水设计

　　降落在路表面的水，将通过各种途径进入路面结构，如路面接缝或裂缝渗水、路肩渗水、边坡渗水等，另外，当地下水位较高时，地下水将通过毛细作用进入路面结构下部，中央分隔带及道路两侧有临时滞水时，水分也有可能进入路面结构内部。有研究表明，即使是全厚式密实型沥青路面也不可能完全避免水分进入路面结构内部。

　　一般情况下，进入路面结构的自由水，可由路基下部及两侧路肩的铺面结构渗流排除，但当下基层为渗透性系数≤ 10-3m/s 的低透水材料时，每排除0.1m3 的自由水需1 天以上的时间。而当路基土的渗透系数≤ 10-5m/s 时，路基土则可视为不透水材料，在有水分进入路面结构的情况下，路面结构似乎被置于被封闭的水中。路面结构内的水分会浸湿各结构层材料和路基土，使整个路面结构体系强度下降，变形增加。

　　路面结构的层间结合处易出现空隙，进入该空隙的自由水，在行车荷载的作用下，将产生压力达69KPa，流速达0.15 ～ 0.90m/s的高压高速水流。在此高压水流的反复冲刷作用下，基层材料中的细料将在路面的裂缝或接缝处，形成细料浆，这些细料浆在高速行车的作用下，被逐渐挤出裂缝或接缝，进而形成唧泥现象。

　　水泥路面的接缝给大气降水进入路面提供了途径，封闭的路肩，传统的路槽式构造和密实不透水的基层使渗入的水分聚集在路面结构中，从而出现唧泥现象。唧泥现象使路面板的板底在边角部位出现脱空现象，形成不均匀支承，使路面板断裂，进而使路面板多处开裂，至完全失去路用性能。

　　坚固密实的基层材料，如无机结合料稳定粒料、稳定土及密配粒料等，不仅不透水，而且在有些情况下还不易受到水的侵蚀。路面结构内有过多水分时，在行车荷载的重复作用下易出现断裂，而开裂的面板又为大气降水的进入提供了新的途径。如此循环过程，加速了水泥路面的损坏，使其出现不同程度的破坏，如唧泥、错台、板块断裂等。

　　沥青路面结构内部由于排水不畅处于水饱和状态时，基层和底基层内将产生较高的孔隙水压力和高速水流，使路面结构承载能力降低。冲刷导致的唧浆现象加速了裂缝的发生和发展，并出现路面结构下陷现象。

　　季节性冰冻地区的冰冻期，地下水排水不畅易导致冻融现象的出现。如基层和底基层采用了易冻胀材料，路面结构又由于水的作用而处于饱和状态时，地下水将由于毛细作用向冻结区移动，形成冰晶体，冰晶体体积的不断增大，引起面层的隆起现象，特别是出现不均匀冻胀时，路面将严重损坏。

　　春季气温上升，冻融作用也将对路面产生不利的影响。这一时期，冰晶自上而下逐渐融化，路基土处于饱水状态，在车辆荷载的作用下，出现翻浆现象，如不能及时处理，则使路面提早损坏。

　　地下水的存在还将引起土质路基内土体附加应力增加和土体自身抗剪强度的下降，使得土体抗剪强度不足，最终有可能出现路基失稳甚至坍塌。

　　路面结构中截留的水分对于路基、路面结构的损害主要表现在如下方面：

　　降低松散粒料和路基土的强度；使水泥路面产生唧泥现象，继而出现错台、断裂和路肩破坏等病害；高速行驶的车辆使积存在层间结合处的水高速流动，产生较高的动水压力，使沥青路面基层中的细小颗粒出现唧浆现象，导致整个路基路面结构承载能力下降；季节性冰冻地区冰冻厚度超过路面结构厚度时，高地下水位处，将造成冻胀和翻浆，引起路面结构破坏：使膨（冻）胀路基产生不均匀膨（冻）胀；水的长期作用，使沥青和矿料之间失去粘结作用，降低沥青的路面耐久性，并出现龟裂。

　　3. 常见的排水设备设计

　　3.1 排水沟

　　排水沟，用于排除来自边沟、截水沟或其他水源的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点。排水沟布置应结合地形条件，因势利导，离路基尽可能远。力求短捷平顺，直线为宜，必须转向时，尽可能采用大半径（10m ～ 20m以上）徐缓改变方向。

　　排水沟距路基坡脚距离一般不小于3m ～ 4m，不超过300m，沟底纵坡以1% ～ 3%。纵坡大于3% 时，应采取加固措施，大于7%时，应改用跌水或急流槽。断面一般为矩形，也可采用其他形式。截面尺寸由水力、水文来计算确定。

　　3.2 跌水与急流槽

　　跌水与急流槽的沟底纵坡可达450，是山区公路路基排水常见的结构物。由于纵坡陡峭，水流湍急，冲刷严重，要求跌水与急流槽的结构，稳固耐久，通常采用浆砌块石或结构，并且有相应的防护加固措施。

　　急流槽是山区公路回头展线，勾通上下线路基排水沟渠出水口的一种常见排水设施。其纵坡比跌水的平均纵坡更陡，结构的坚固稳定性要求更高，急流槽主体部分纵坡，依地形而定，一般可达1：1.5。急流槽纵坡陡于1 ：1.5 时，宜采用管径至少20cm 的金属管。

　　3.3 蒸发池

　　蒸发池，气候干旱、排水困难地段，可利用沿线的集中取土坑或专门开挖的凹坑修筑蒸发池，以汇集路表水，并通过蒸发和渗漏使之消散。

　　蒸发池与边沟或排水沟之间设排水沟相连，池中水位及容量以一个月内的地表水汇入池中的水量能及时完成渗透和蒸发为依据，低于排水沟沟底。每个蒸发池的容量不超过200m3 ～ 300m3，蓄水深度不超过1.5m ～ 2.0m。

　　3.4 暗沟

　　路基范围内露出地下水或地下水位较高，影响路基路面强度或边坡稳定时，应设置地下排水设施加以排除。常用的地下排水设备有暗沟（管）、渗沟、排水管等，地下排水设备的类型，设置地点及尺寸应根据工程地质和水文地质条件的要求而决定。地下排水设备埋置于地面以下，不易维修，投入使用后又难以查明其失效情况，因此地下排水设备应保证畅通、牢固、有效。

　　暗沟（管）又称盲沟，可利用其透水性将地下水汇集到沟内，并沿沟排至指定地点，水力特性为紊流。路基底部范围有泉水外涌或要排除地下集中水流时，应设置暗沟或暗管将水引排至路堤坡脚外或路堑边沟内。暗沟纵坡不宜小于1%，出水口应高出地表排水沟常水位0.2m。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。一侧边沟下设置暗沟，以拦截流向路基的层间水，防止路基边坡滑坍和毛细水上升危及路基的强度与稳定性。路基两侧边沟下均设暗沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升到路基工作区范围内，形成水分积聚而造成冻胀和翻浆，或土基过湿而降低强度。设在路基挖方与填土交界处的横向暗沟，用以拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，使路堤填土不受水害。

　　4. 结语

　　目前，山区公路已通车两年有余，运营情况良好，质量相当稳定，这与排水设计的完善是分不开的。高速公路排水工程关系到整个工程的使用寿命，在进行排水设计时应与周边环境作为一个整体全面考量，才会达到预期的效果，创造出景观上整体协调、综合效益较高的高速公路排水体系。