趙艷玲

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 項(xiàng)目概況

京哈高速公路綏中至盤錦段于2021年進(jìn)行改擴(kuò)建設(shè)計(jì),由原六車道高速公路雙側(cè)拼寬為十車道高速公路。整體式雙向十車道與普通整體式雙向六車道高速公路相比,具有路面水流量大、排水時間長、徑流峰值高等特點(diǎn),排水難度較大。因此,排水方案、排水?dāng)嗝娉叽绲脑O(shè)計(jì)關(guān)系到路基路面使用安全,是該項(xiàng)目路基排水設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)。

2 原有路基路面排水現(xiàn)狀

2.1 原有路基排水主要形式及使用狀況

(1)原有填方排水設(shè)施

原有路基填方邊溝主要為土質(zhì)梯形邊溝、漿砌片石梯形邊溝,局部為矩形漿砌邊溝。原設(shè)計(jì)一般根據(jù)排水設(shè)計(jì)縱坡、降水量、用地情況等,排水縱坡小于1%的路段多采用土質(zhì)梯形邊溝,排水縱坡大于1%或邊溝轉(zhuǎn)彎處、對應(yīng)泄水槽沖刷處多采用漿砌片石梯形邊溝,局部占地緊張路段采用矩形漿砌邊溝。從外業(yè)調(diào)查結(jié)果來看,填方邊溝總體狀況良好,局部段落有淤積、積水、沖刷、沖毀現(xiàn)象?，F(xiàn)有高速公路在路堤坡面設(shè)置了泄水槽,個別泄水槽有破壞,坡面局部有沖刷損毀。

(2)原有挖方排水設(shè)施

原有路基挖方邊溝均為漿砌片石梯形邊溝。從外業(yè)調(diào)查結(jié)果來看,邊溝外觀良好,斷面尺寸滿足泄水要求。原有路基挖方急流槽一般位于較陡的挖方邊坡上,為漿砌片石結(jié)構(gòu),現(xiàn)狀良好。原有坡頂截水溝為漿砌片石梯形溝,現(xiàn)狀良好。

2.2 原有路面排水主要形式及使用狀況

(1)超高排水設(shè)施使用情況

原超高段路面排水通過在中分帶側(cè)設(shè)置矩形流水槽,集中匯至集水井,并通過橫向排水管使超高側(cè)路面水排至路堤邊溝。現(xiàn)狀超高排水用集水井和流水槽腐蝕、破損、堵塞嚴(yán)重,已無法正常使用。

(2)路表排水情況

原路面排水方式為集中排水,采用水泥混凝土預(yù)制緣石、邊坡泄水槽的形式將水排除。原有排水設(shè)施經(jīng)多年風(fēng)化、鹽腐蝕作用,已無法繼續(xù)利用。

(3)中央分隔帶排水情況

原路大部分路段的路基及路基填料較好,為透水性材料,中分帶并未設(shè)置中分帶排水,僅在K471+000～K532+380段設(shè)置了中分帶排水,共計(jì)61.38km。經(jīng)調(diào)查,該段路基填料為粘性土。原設(shè)計(jì)排水方案為縱向滲溝+井+鍍鋅鋼管,每隔一定距離設(shè)置三通管,三通管與橫向排水管相連,橫向排水管接邊坡泄水槽?，F(xiàn)階段調(diào)查并未發(fā)現(xiàn)因中分帶排水導(dǎo)致的路基沉降和凍脹現(xiàn)象。

3 排水設(shè)計(jì)原則、標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

3.1 排水設(shè)計(jì)原則

路基路面排水應(yīng)綜合設(shè)計(jì),使各種排水設(shè)施形成一個功能齊全且排水能力強(qiáng)的完整系統(tǒng),以排除路基、路面范圍內(nèi)的地表水,保證路基路面穩(wěn)定。各種地表排水設(shè)施斷面應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量,通過水力計(jì)算確定,水文、水力計(jì)算參數(shù)參考當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在水源保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)域,應(yīng)采取相應(yīng)的路(橋)面水收集、凈化處理等措施[1]。

3.2 排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

(1)路界內(nèi)各項(xiàng)排水設(shè)施所需排泄的設(shè)計(jì)徑流量,按照式(1)計(jì)算確定[1]:

Q=16.67ψqp,tF

(1)

式(1)中:Q為設(shè)計(jì)徑流量,單位為m3/s;ψ為徑流系數(shù),瀝青路面ψ=0.95;qp,t為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度,單位為mm/min;F為匯水面積,單位為km2。

(2)設(shè)計(jì)降雨的重現(xiàn)期根據(jù)公路等級和排水類型確定,具體見表1。

表1 設(shè)計(jì)降雨的重現(xiàn)期

(3)降雨強(qiáng)度按照式(2)計(jì)算:

qp,t=cpctq5,10

(2)

式中:cp為重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù),當(dāng)重現(xiàn)期P為15年時,cp=1.36;ct為降雨歷時轉(zhuǎn)換系數(shù),ct=1.40;q5,10為5年重現(xiàn)期和10min降雨歷時的標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度,單位為mm/min,根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)取值[2],取q5,10=2.25。

3.3 排水設(shè)施水利計(jì)算

京哈高速公路綏中至盤錦段改擴(kuò)建后為整體十車道斷面,路面凈寬25.25m。設(shè)計(jì)徑流量為:

Q=16.67×0.95×1.36×1.4×2.25×25.25×10-6×1=0.00171305m3/s

單一橫坡淺三角形溝的泄水能力計(jì)算參照式(3):

(3)

計(jì)算時,積水寬度取右側(cè)硬路肩寬度3.0m,硬路肩橫坡為2%,根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C 中的諾模圖查取截留率(Q0/Qc)。

經(jīng)計(jì)算,保證行車道外側(cè)不積水,排水縱坡為0.3%時,整體十車道斷面外側(cè)計(jì)算泄水槽的間距需16.4m。根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》4.2.3節(jié)相關(guān)要求,攔水帶泄水口的間距應(yīng)根據(jù)過水?dāng)嗝嫠媛w寬度的要求和泄水口的泄水能力計(jì)算確定,宜取25～50m。綜合分析,針對整體十車道斷面建議采用路面散排水方案。

4 路基、路面排水設(shè)計(jì)方案

改擴(kuò)建采用雙側(cè)拼寬方式,大部分原邊坡防護(hù)設(shè)施、邊溝圬工工程等均需拆除,路基擴(kuò)建加寬時需重建排水系統(tǒng)。在滿足功能要求的前提下,排水設(shè)施設(shè)計(jì)考慮綠色環(huán)保,節(jié)約造價,便利施工,以盡可能利用原路拆除的砌石為原則。

4.1 路基排水

(1)填方排水設(shè)施

該項(xiàng)目多數(shù)路段為雙側(cè)拼寬,原有的填方邊溝和填方泄水槽均已拆除。在滿足功能要求的前提下,新建填方排水設(shè)施應(yīng)結(jié)合以往病害情況進(jìn)行優(yōu)化,重視耐久性和安全性?，F(xiàn)場勘查對于地方建筑物、農(nóng)田林地等存在沖刷的路段,合理設(shè)計(jì)排水縱坡,優(yōu)化排水出口,防止高速公路路界匯水影響當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活。

該項(xiàng)目填方邊溝采用如下形式:

①土質(zhì)梯形邊溝:60cm×60cm,內(nèi)外側(cè)邊坡1∶1.5。適用于排水縱坡小于1%且不易產(chǎn)生沖刷的路段;占地不受限的取土坑路段或無排水出口的路段,兼作蒸發(fā)池。

②M10漿砌片石梯形邊溝:80cm×80cm,內(nèi)外側(cè)邊坡1∶1。適用于舊路拆除石料充足,易產(chǎn)生沖刷路段;無排水出口且處于水源保護(hù)區(qū)路段(設(shè)防滲土工膜),兼作蒸發(fā)池。

③C25現(xiàn)澆砼矩形溝:適用于舊路拆除石料不充足,易產(chǎn)生沖刷路段。

④Ca30預(yù)制砼梯形溝:適用于舊路拆除石料不充足,無排水出口且處于水源保護(hù)區(qū)路段(設(shè)防滲土工膜),兼作蒸發(fā)池。

⑤對于改溝與邊溝合并的路段,根據(jù)實(shí)際地形地物及邊溝尺寸大小,采用梯形全斷面砌護(hù)或外側(cè)砌護(hù)。

⑥漿砌鵝卵石淺碟形邊溝:適用于立交區(qū)、服務(wù)區(qū)內(nèi)邊坡交匯的路段,厚30cm。

⑦縱向急流槽:對于排水縱坡大于10%的路段,設(shè)置縱向急流槽?？v向急流槽采用矩形設(shè)計(jì),材料與相鄰填方邊溝相同[3]。

(2)挖方排水設(shè)施

①路塹邊溝

挖方路段設(shè)置路塹邊溝,采用明邊溝+護(hù)欄的方式排水。根據(jù)路段長度、挖方高度等因素,采用80cm×80cm、80cm×100cm兩種M15漿砌片石矩形邊溝。前者適用于長度小于500m的挖方段,后者適用于長度500m及以上的挖方段,如圖1所示。

圖1 路塹漿砌片石邊溝

②盲溝、滲溝

為迅速排除地下水,避免路基翻漿、凍脹等病害,在挖方路基頂部設(shè)置橫向盲溝(縱向填挖交界處需設(shè)置1道),路塹邊溝底部設(shè)置縱向滲溝。滲溝采用碎石外包土工布,盲溝采用砂礫外包土工布,滲溝、盲溝底部設(shè)置排水管進(jìn)行排水。盲溝連接滲溝,滲溝出口位于路堤邊溝底部。

在常規(guī)設(shè)置盲溝及滲溝的基礎(chǔ)上,另在新舊路基結(jié)合部新建路基側(cè)路床底面設(shè)置1道縱向盲溝,與橫向盲溝相連,如圖2所示。

圖2 邊溝下路基縱向滲溝與橫向盲溝連接設(shè)計(jì)圖

③挖方邊坡急流槽

為排除路塹邊坡匯水、邊坡平臺流水槽匯水及截水溝匯水[4],在挖方邊坡每隔100m設(shè)置1道邊坡急流槽用于截水溝、邊坡平臺等與路塹邊溝的銜接,并結(jié)合實(shí)際地形及排水功能需求局部加密處理。挖方邊坡急流槽采用C25現(xiàn)澆砼臺階式(即內(nèi)設(shè)踏步),尺寸50cm×40cm,矩形,壁厚20cm。急流槽斷面根據(jù)排水流量計(jì)算確定,防止水流過大外溢。挖方邊坡平臺流水槽的低側(cè)、沖溝溝口以及截水溝的起點(diǎn)、終點(diǎn)和凹點(diǎn)等位置重點(diǎn)考慮設(shè)置邊坡急流槽。同時根據(jù)水利計(jì)算,在長大邊坡適當(dāng)?shù)拈g距設(shè)置急流槽。為便利養(yǎng)護(hù)管理,每一邊坡至少有1道急流槽結(jié)合作為人行梯道。

④截水溝

該項(xiàng)目設(shè)置的截水溝多數(shù)段落匯水不大,可以取消。截水溝的設(shè)置不僅浪費(fèi)大量的土地、砌體材料,而且與周圍的自然景觀不協(xié)調(diào),破壞自然環(huán)境。項(xiàng)目改擴(kuò)建時,需認(rèn)真分析地形地勢,結(jié)合匯水面積和水流方向,綜合考慮截水溝的設(shè)置。

(3)水源保護(hù)區(qū)應(yīng)急處置措施

①橋面匯水處置措施

項(xiàng)目橋梁處于水源準(zhǔn)保護(hù)區(qū),采取橋面設(shè)置防滲泄水管,橋下增設(shè)防滲收集池并在橋兩端提升防撞墻等級等保護(hù)措施,最大限度降低交通事故時車輛墜入河流或危險化學(xué)品流入敏感區(qū)的概率。

②路基邊溝匯水處置措施

保護(hù)區(qū)內(nèi)的路基邊溝(排水溝)均做防滲處理(防滲土工布包裹),并與橋下集水池統(tǒng)一考慮。連續(xù)長度超過1km的路基增設(shè)路基邊溝集水池,避免路基邊溝匯水外排。

(4)過道涵

為方便通行,邊溝穿過地方道路的位置設(shè)置過道涵,采用蓋板涵或圓管涵。

4.2 路面排水

根據(jù)路線所在地區(qū)氣象水文特點(diǎn),排水設(shè)計(jì)考慮路表排水、中央分隔帶排水及超高段排水3個方面[5]。

(1)路面表面排水

與原排水方式不同,該項(xiàng)目十車道高速公路推薦采用路面散排水方案,采用單幅單向路拱,一般路段路拱橫坡為2%,路面橫向采用分散漫流排水方案,同時對土路肩及坡面進(jìn)行加固。調(diào)整合成縱坡小于0.5%路段的路線縱斷,確保全線各路段排水合成縱坡均滿足相關(guān)規(guī)范要求,快速排除路面匯水。

(2)中分帶排水

中分帶排水方式與原排水方式相同。中央分隔帶排水只在原路面設(shè)置中分帶排水系統(tǒng)的段落內(nèi)設(shè)置,其余路段則不設(shè)置中分帶排水,避免開挖原路面。中分帶縱向排水設(shè)施采取拆除、新建處理,橫向排水設(shè)施采取接長、利用處理,施工時需注意對原排水設(shè)施的保護(hù)和恢復(fù)。

施工時,應(yīng)先將中分帶內(nèi)的填土按照設(shè)計(jì)開挖,中央分隔帶內(nèi)設(shè)Φ10cm塑加勁軟式透水管和防水土工布;在中分帶處,每隔一定距離設(shè)置三通,三通與現(xiàn)狀橫向排水管相接;在加寬范圍內(nèi),設(shè)置Φ10cm硬聚氯乙烯排水管,與現(xiàn)狀橫向排水管相接,將水排出路基邊坡。

(3)超高排水

現(xiàn)狀超高排水設(shè)施按照拆除、新建處理。路面超高段高側(cè)中分帶處采用散排方式,在高側(cè)中央分隔帶邊部設(shè)置縱向流水槽,在中央分隔帶內(nèi)每隔12m左右設(shè)置小集水井匯集超高段高側(cè)的路面水[6],通過縱向波紋流水管將水匯集到每隔一定距離設(shè)置的大集水井中,并通過橫向排水管將水排除到路基外。

5 結(jié)語

完善的排水系統(tǒng)是高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)營的前提,路基路面排水不暢,容易造成高速公路水損害。文章提出路基路面標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)及排水設(shè)計(jì)方案,以期為類似工程提供施工參考。