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        海南省文昌至瓊海高速公路工程防排水設(shè)計

        2014-01-09 05:55:46程海波
        城市道橋與防洪 2014年7期
        關(guān)鍵詞:邊溝挖方邊坡

        程海波

        (天津市市政工程設(shè)計研究院,天津市 300051)

        0 引言

        文昌至瓊海高速公路全長65.7 km,線路走廊帶處于丘陵臺地和海積平原地貌單元,沖溝洼地發(fā)育,地形相對高差較大,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,項目組設(shè)計成員對海南省內(nèi)已建、在建高速進行了詳細調(diào)研,并咨詢養(yǎng)管部門以及施工單位的意見,對文瓊高速公路防排水設(shè)計的對比優(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)計目的

        減少路基沖刷,避免水毀病害;避免路基浸濕引起強度和穩(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)計要求

        (1)使用功能

        依據(jù)本地區(qū)水文特點、暴雨強度、地表滯留系數(shù),經(jīng)計算分析,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,因勢利導(dǎo),及時疏散,就近分流;依據(jù)自然條件以及道路狀況分段具體設(shè)計。

        (3)注重景觀與環(huán)境保護

        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、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)計與路基防護加固的配合;臨時排水設(shè)施與永久設(shè)施相結(jié)合等。

        (5)維修方便

        設(shè)計方案、材料類型以及設(shè)施尺寸除滿足排泄設(shè)計流量之外,便于運營期的檢查、維護和修理。

        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,邊坡防護滿足防沖刷要求時,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或者硬化處理,但調(diào)研時發(fā)現(xiàn),路肩采用植草防護對雨水有攔蓄作用而影響排水效果,養(yǎng)護部門也需對雜草定期進行修剪(見圖1)。

        因此,若路側(cè)設(shè)置蓋板溝,并且與土路肩無高差時,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,或者邊坡沖刷比較嚴(yán)重時,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,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(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度,就近排入自然溝,必要時配以急流槽或涵洞等引入指定地點,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)置截水溝會增加征地面積,除路界外側(cè)匯水面積較大可能會沖刷邊坡與坡腳外,避免設(shè)置截水溝。

        3.6 平臺排水溝

        當(dāng)挖方路塹或填方路基邊坡較高時,為攔截坡面水,防止邊坡沖蝕破壞,在邊坡平臺上設(shè)置縱向矩形平臺排水溝,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應(yīng)設(shè)置急流槽,由進口、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,會使各結(jié)構(gòu)層的強度不同程度地下降,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)計圖。

        圖9 中央分隔帶防排水設(shè)計圖

        4.2 邊緣防排水系統(tǒng)

        路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中采用級配碎石底基層,并通過外包無紡?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 橋臺和支擋結(jié)構(gòu)物

        橋臺和支擋結(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)計圖。

        圖10 路塹段重力式擋土墻防排水設(shè)計圖(單位:mm)

        5 地下水防排

        當(dāng)?shù)叵滤惠^高時,路基土的含水率上升,土體的強度以及抗變形能力驟減,可能帶來路基沉陷病害,甚至失穩(wěn)等。地下水位的變動也會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,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,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

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

        圖11 路基下方設(shè)置縱橫向交叉滲溝

        特殊點位加設(shè)排水設(shè)施:豎曲線最低點、橫坡值變化點、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。

        細節(jié)處理要重視,比如:波形梁護欄立柱、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。

        邊溝水若通過出水管倒流,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,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、水文水力計算、水利資料、現(xiàn)場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,禁止排入飲用水源庫,必要時設(shè)置縱向排水溝或者油水分離池。一方面因為路面雨水含有油污、垃圾等,一方面要防止運送有毒化學(xué)品的車輛發(fā)生傾覆灑漏的風(fēng)險。

        項目區(qū)域內(nèi)雨季長,雨量大且天氣變化快,降雨對工程進度、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)計是重點問題。

        橫向排水管的材質(zhì)要選用強度高、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、周邊填料壓實不足等對路基路面的不良影響。

        7 結(jié)語

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

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

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

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