李世紅 韓冬

1河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053） 2鄭州航空港區(qū)航程置業(yè)有限公司（450019）

高等級(jí)公路中央分隔帶排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李世紅1韓冬2

1河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053） 2鄭州航空港區(qū)航程置業(yè)有限公司（450019）

通過(guò)對(duì)高速公路中央分隔帶的設(shè)置型式、功能、內(nèi)部積水原因，對(duì)路面結(jié)構(gòu)、路基造成損害和對(duì)行車的影響程度進(jìn)行簡(jiǎn)述，指出高速公路進(jìn)行中央分隔帶排水設(shè)計(jì)的必要性，結(jié)合中央分隔帶排水設(shè)計(jì)原則，提出關(guān)于設(shè)計(jì)要點(diǎn)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)方案的布置及其排水構(gòu)造的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，供同類工程設(shè)計(jì)參考。

高速公路；中央分隔帶；排水設(shè)計(jì)

我國(guó)高速公路建設(shè)的發(fā)展要求高速公路中央分隔帶的設(shè)計(jì)形式多樣、功能齊全，既要滿足高速公路本身功能的要求，節(jié)約投資，又要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，美化路容，提供舒適的旅途環(huán)境。依據(jù)相關(guān)規(guī)定，中央分隔帶形式有齊平式、下凹式和凸起式。目前高速公路采用凸起式中央分隔帶的較多。中央分隔帶主要功能有誘導(dǎo)視線、綠化防眩、埋設(shè)通信光纜及設(shè)置防撞護(hù)欄等，無(wú)形中給水侵蝕路基、路面留下了很多通道，并給排水帶來(lái)很多困難。在多雨地區(qū),在中央分隔帶內(nèi)很容易形成表面積水，如果積水不能迅速及時(shí)地排出，將在中央分隔帶表面形成漫流，增加路面排水量，并將中央分隔帶內(nèi)泥土沖刷至路面表面，嚴(yán)重污染瀝青路面表面，嚴(yán)重影響司機(jī)駕駛。同時(shí)表面水通過(guò)中央分隔帶內(nèi)填土進(jìn)行下滲，下滲水一部分向兩側(cè)滲入，在與路面結(jié)構(gòu)層交界界面處滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)；另一部分沿著防撞護(hù)欄立柱周圍縫隙滲入路基，使路面基層和路基在滲水的長(zhǎng)期浸泡下，從濕潤(rùn)到軟化，從局部到大片，久而久之，在車輛荷載的反復(fù)作用下，路面基層失去支撐作用，路基向下沉陷，直接影響路基、路面的穩(wěn)定性。

1 設(shè)計(jì)原則及構(gòu)思

1.1 設(shè)計(jì)原則

保證中央分隔帶內(nèi)正常綠化防眩要求，滿足種植灌木、花草所需的土壤深度和水分。

防止中央分隔帶內(nèi)的雨水、綠化澆灌水和稀泥漫流至瀝青路面表面，污染路面。

防止下滲水侵蝕路面結(jié)構(gòu)和路床,確保路基、路面的穩(wěn)定性。

1.2 設(shè)計(jì)構(gòu)思

當(dāng)中央分隔帶寬度為1.5～2.0 m時(shí)，考慮路面結(jié)構(gòu)要求，底基層已封閉路床、設(shè)置雙柱單面防撞護(hù)欄，植防眩樹(shù)較困難，中間設(shè)置通訊光纜覆土深度不夠，表面積水較少，中央分隔帶表面可采用混凝土預(yù)制塊封閉，防止表面水下滲。在干旱少雨地區(qū)、較寬的中央分隔帶情況下，也可采用將中央分隔帶表面封閉，防止表面水下滲，可設(shè)置一定的澆灌、排水設(shè)施，以便迅速及時(shí)排除中央分隔帶寬度范圍內(nèi)的表面水，防止表面水下滲。

在潮濕多雨地區(qū)，年降雨量較大、暴雨強(qiáng)度較大。當(dāng)中央分隔帶寬度為2.0～3.0 m時(shí)，也可采用將中央分隔帶表面封閉，防止表面水下滲。另外，可在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置一定的地下排水設(shè)施，將降落在中央分隔帶上的表面水排出去。根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)、氣象等資料進(jìn)行水文計(jì)算和水力計(jì)算，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、優(yōu)缺點(diǎn)比較,最后確定最優(yōu)化方案[1]。

2 設(shè)計(jì)方案布設(shè)及其構(gòu)造要求

2.1 在干旱少雨地區(qū)設(shè)置地下排水設(shè)施困難的路段

在寬度為2.0～3.0 m的中央分隔帶上，用空心預(yù)制板鋪成坡面，超高段鋪成單坡，在空心處植上花草、灌木。為了保證植物的澆灌，再預(yù)埋一條縱向滲水管，如圖1所示。

圖1 表面封面

2.2 中央分隔帶表面未采用鋪面封面的路段

將分隔帶表面做成向內(nèi)的雙向坡，使分隔帶中部形成微凹區(qū)，匯集中央分隔帶表面水，然后由路線縱坡排向泄水口。泄水口采用格柵式，其尺寸按過(guò)水?dāng)嗝鎯?nèi)的流量和允許的積水深度確定。泄水口下設(shè)置集水井，橋涵水道相接，或增設(shè)橫向排水管，如圖2所示。

圖2 表面排水

2.3 中央分隔帶表面未設(shè)鋪面、未采用表面排水措施的路段

在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置一定的地下排水設(shè)施，將滲入水排除出。此部分排水具體設(shè)計(jì)如下：

為了防止中央分隔帶表面水直接流入路面，避免表面水夾雜泥土污染路面，中央分隔帶內(nèi)回填土略低于路緣石頂部，一般不得小于2 cm，以便匯集雨水并有利于保存植草種樹(shù)所需的水分。

為了防止?jié)B入水滲入路面和路基內(nèi)部，在中央分隔帶內(nèi)回填土、縱向碎石滲溝與路面結(jié)構(gòu)層、土基的交界面處，要鋪設(shè)隔滲土工布(無(wú)紡復(fù)合土工膜或無(wú)紡?fù)凉げ紴r青)，在護(hù)欄立柱周圍澆灑熱瀝青。

為了排除滲入水，在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置縱向碎石滲溝和橫向排水管，將滲入水排至路基外。在一般路堤段和土質(zhì)路塹段縱向碎石滲溝設(shè)置于路床頂面以下，如圖3所示。石質(zhì)路塹段縱向碎石滲溝設(shè)置于路床頂面以上，如圖4所示。路塹超高段縱向碎石滲溝設(shè)置于左側(cè)路緣帶內(nèi)的路床頂面以下，如圖5所示。

圖3 一般路堤段和土質(zhì)路塹段

圖4 石質(zhì)路塹段

圖5 路塹超高段

縱向碎石滲溝內(nèi)設(shè)縱向TS-彈塑軟式透水管，管徑由滲水量計(jì)算確定,保證排水安全儲(chǔ)備系數(shù)Fb≥(2.0～5.0)。為了防止軟式透水管倒管現(xiàn)象發(fā)生,在管壁被覆層與彈簧鋼圈管體之間設(shè)兩根塑料限位卡,使管壁被覆層與彈簧鋼圈管體成為一體,具有強(qiáng)耐壓性。滲溝溝底縱坡與路線縱坡i相同,當(dāng)i＜0.25%或i=0時(shí),溝底應(yīng)作鋸齒型調(diào)整。在相鄰兩橫向排水管之間適當(dāng)調(diào)整盲溝深度，使縱坡不小于0.25%，在橋梁、明涵處斷開(kāi)，并在軟管末端反向抬高(做成1%反坡)。

縱向滲溝內(nèi)的水通過(guò)設(shè)置橫向排水管引出，一般每間隔80～100 m設(shè)置一道uPVC橫向排水管,其間距(通過(guò)水力計(jì)算確定)應(yīng)與邊坡泄水槽間距相對(duì)應(yīng),使出水口設(shè)置于邊坡泄水槽內(nèi)。出水口伸出邊坡外10 cm,用涂瀝青網(wǎng)布包裹,防止出水口阻塞。在橋梁、明涵水流上游、凹曲線最低處及其前后5.0 m處增設(shè)一道橫向排水管，左右兩側(cè)交錯(cuò)布置，超高段設(shè)置于內(nèi)側(cè)，橫向排水管與縱向軟式透水管通過(guò)三通緊密連接。施工時(shí)，避免路面壓碎uPVC管,路堤段和土質(zhì)路塹段將路床開(kāi)挖20 cm×20 cm槽,先澆4.5 cm厚20#混凝土,再把uPVC管放入槽中間,然后澆20#混凝土填滿槽子。石質(zhì)路塹段將排水墊層鋸開(kāi)20 cm×16 cm槽，先把uPVC管放入槽中間,再澆20#混凝土至16 cm厚。

為了防止縱向排水軟管及滲溝淤塞,在滲溝頂面鋪設(shè)反濾土工布，保證滲溝具有一定的泄水能力。滲溝內(nèi)在縱向排水軟管四周填級(jí)配碎石,碎石粒徑2～4 cm,含泥量＜1%，使之形成一個(gè)反濾滲溝。軟式透水管外包的土工織物及反濾土工布均采用無(wú)紡?fù)凉た椢?單位面積質(zhì)量為300～500 g/m2，滲透系數(shù)大于10倍被保護(hù)土的滲透系數(shù),梯度比≤3,握持強(qiáng)度≥700 N,撕裂強(qiáng)度≥250 N，刺破強(qiáng)度≥250 N，CBR頂破強(qiáng)度≥1 350 N。

在挖方段將路塹邊溝頂部設(shè)計(jì)與路床頂面齊平，保證出水口落至邊溝頂部，防止邊溝水倒灌，同時(shí)有利于路面內(nèi)部水的排出。

3 中央分隔帶排水設(shè)施

對(duì)于有鋪面封閉的中央分隔帶，其排水設(shè)施相對(duì)較少，主要由縱向排水溝、集水井及橫向排水管三部分組成。對(duì)于無(wú)鋪面封閉的中央分隔帶，其排水設(shè)施相對(duì)要多，主要由縱向排水溝、縱向排水管、滲溝、集水井、橫向排水管五部分組成[2]。

3.1 縱向排水溝

設(shè)置縱向排水溝的主要目的在于匯集排除在路屆范圍內(nèi)的雨水，設(shè)置于中央分隔帶上側(cè)邊緣的縱向排水溝主要用于匯集排除上側(cè)半幅路面表面流水；設(shè)置于中央分隔帶內(nèi)的縱向排水溝主要用于匯集降落在中央分隔帶內(nèi)的水分。

3.2 滲溝

滲溝是設(shè)置在中央分隔帶地面以下的排水溝，由排水管或排水洞、透水性回填粒料、反濾織物或反濾層組成，用以排除降落在中央分隔帶內(nèi)而下滲后的多余水分。常用的滲溝形式有填石滲溝和管式滲溝兩種。

3.3 集水井

集水井的作用在于匯集排水溝流水，起匯集轉(zhuǎn)向水流的作用，排水溝匯集的水流流向集水井，再通過(guò)與集水井相連的橫向排水管將水流排出路屆。

3.4 橫向排水管

滲溝及排水溝匯集的水流，通過(guò)橫向排水管排出路屆，橫向排水管埋置于路面以下。

3.5 縱向排水管

縱向排水管主要用于挖方路段中央分隔帶排水。填方路段中央分隔帶表面匯集的水流可直接通過(guò)與水井相連的橫向排水管排出路屆，挖方路段受地形的影響無(wú)法通過(guò)設(shè)置橫向排水管的方法將水流引出路屆，可通過(guò)在中央分隔帶下埋設(shè)縱向排水管將各集水井匯集的水流引流至填方路段一定位置后，再通過(guò)橫向排水管排出路屆。

4 中央分隔帶積水原因及其影響

4.1 中央分隔帶積水原因

1）外因

雨水。由于中央分隔帶內(nèi)回填的種植土相對(duì)比較松散，雨水比較容易滲入土體。同時(shí)由于雨水的季節(jié)性較強(qiáng)，種植物不可能及時(shí)將下滲的水分完全吸收，因此將有部分雨水進(jìn)入路基。

人為降水。在旱季，中央分隔帶內(nèi)的植物缺水時(shí)，有必要進(jìn)行人工澆灌，由于澆水的不均勻性以及植物吸收的不完全性，有相當(dāng)一部分水滲入路基。

2）內(nèi)因

高速公路中央分隔帶排水設(shè)計(jì)一般包括以下幾個(gè)部分：設(shè)計(jì)底坡不小于0.3%的縱向梯形或矩形盲溝；設(shè)計(jì)間距為50～100 m的橫向排水管；設(shè)置瀝青防滲層及土工布防滲層。

從理論上講，這樣的設(shè)計(jì)似乎是合理的、可行的,但在實(shí)際施工過(guò)程中存在不少問(wèn)題。這些問(wèn)題包括：①防滲層起不到防滲作用，因?yàn)殚_(kāi)挖的邊溝表面粗糙,瀝青不易黏結(jié)牢固，難以形成均勻、無(wú)破損的防滲層。土工布因有接縫,不能達(dá)到完全不透水的程度。故此,當(dāng)盲溝積水時(shí)側(cè)面仍將無(wú)法阻止水滲入路基。②施工質(zhì)量不易控制，造成橫向排水管標(biāo)高有誤差或產(chǎn)生淤塞,從而使上游橫向排水管排水不暢，大量的水流向最底處，而最底處的橫向排水管由于設(shè)計(jì)時(shí)包裹無(wú)紡?fù)凉げ蓟虍a(chǎn)生淤塞，使排水能力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致下游中央分隔帶積水嚴(yán)重。有的路段在雨后數(shù)天，中央分隔帶仍有積水,使路基長(zhǎng)時(shí)間浸泡，影響路基路面強(qiáng)度。③傳統(tǒng)的縱向排水材料容易淤堵，且透水能力較差。

4.2 中央分隔帶積水的影響

1）對(duì)路基的影響

路基是分層碾壓填筑的,土體非常密實(shí)，而中央分隔帶回填土體的密實(shí)度相對(duì)不高。那么，密實(shí)的路基土相對(duì)中央分隔帶內(nèi)的疏松土區(qū)域?qū)⑿纬勺杷＠?，中央分隔帶與路基接觸的周邊未做防水、排水處理,那么中央分隔帶區(qū)域勢(shì)必形成滯水帶，且長(zhǎng)期浸泡路基，最終這些水分將滲透到路基土層內(nèi)部，對(duì)路基造成嚴(yán)重侵蝕。特別是在季節(jié)性大量降水的情況下，受縱坡高度差的影響，局部的路基將發(fā)生嚴(yán)重的侵蝕和損壞，具有較大的危害性。

2）對(duì)路面的影響

中央分隔帶內(nèi)積水將沿路基滲入，使路基土壤含水量增加，力學(xué)性能降低。例如，路基和基層發(fā)生變形，影響水泥混凝土或?yàn)r青混凝土路面的承載能力，使水泥混凝土板斷裂，瀝青混凝土路面產(chǎn)生底部裂縫，路面水將沿裂縫滲入路面基層直至路基，造成惡性循環(huán)。

3）對(duì)交通機(jī)電工程的影響

通信、監(jiān)控、收費(fèi)三大系統(tǒng)是高速公路現(xiàn)代化管理水平和服務(wù)水平的綜合體現(xiàn)，擔(dān)負(fù)著大量數(shù)據(jù)交換，信號(hào)傳輸?shù)碾娎|、光纜，均鋪設(shè)在中央隔離帶管道中，盤留在人井中。積存于人井或管道內(nèi)的積水，將對(duì)通訊電纜起到極大的破壞作用。一旦線纜受損，將嚴(yán)重影響和破壞遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)、視頻信號(hào)、音頻信號(hào)的傳輸，使通信中斷，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理陷入癱瘓。

5 中央分隔帶積水與水損壞的關(guān)系

實(shí)踐證明，某些高速公路由于排水系統(tǒng)不夠完善，導(dǎo)致路面出現(xiàn)種種病害甚至損壞，給建設(shè)單位造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,也給養(yǎng)護(hù)工作造成很大困難。要延長(zhǎng)路面的使用壽命，改善路面結(jié)構(gòu)使用性能，就必須完善道路排水設(shè)施。滯留在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)的水分，在車輛荷載的作用下導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層中部分集料上的瀝青剝離，表面開(kāi)裂、形變、向外擁擠或產(chǎn)生坑洞。如果瀝青下面層施工質(zhì)量差，在動(dòng)水壓力的重復(fù)作用下，路面的抗疲勞性能會(huì)下降，使下面層在車輛荷載的重復(fù)作用下出現(xiàn)疲勞損壞。在行車荷載的作用下，動(dòng)水壓力對(duì)基層表面產(chǎn)生垂直的、在裂縫深度范圍內(nèi)水平的重復(fù)沖刷和抽吸作用,使基層材料被擠壓、沖刷的細(xì)小顆粒在動(dòng)水壓力的作用下，沿瀝青混合料的空隙向上流動(dòng)形成唧泥。滯留在面層下的水使裹覆在碎石表面的瀝青膜逐漸脫落，使瀝青混凝土的強(qiáng)度逐漸損失，直至完全松散。行車輪跡下松散的瀝青混合料向兩側(cè)擠出，使輪跡帶下陷，同時(shí)使兩側(cè)鼓起，形成嚴(yán)重的轍槽。

中央分隔帶排水是高速公路排水的一項(xiàng)重要內(nèi)容，超高路段外側(cè)的路面表面水、中央分隔帶內(nèi)的表面水以及下滲的多余水分均由中央分隔帶排水設(shè)施排除。當(dāng)中央分隔帶表面未鋪面，降落在分隔帶上的表面水會(huì)滲入分隔帶土體內(nèi)，分隔帶一般都回填普通土，并埋設(shè)各種地下管、井，這會(huì)導(dǎo)致中央分隔帶積水。如果中央分隔帶排水設(shè)施能夠很好地起到防、排水的作用，水分不會(huì)滲入路基路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，不會(huì)對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水損害。如果中央分隔帶防、排水設(shè)施不完善，進(jìn)入中央分隔帶中的多余水分不能及時(shí)排出，水分就很容易通過(guò)中央分隔帶內(nèi)的縫隙進(jìn)入到路基路面結(jié)構(gòu)中，軟化結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這種滲流還會(huì)順著縱坡向低凹地區(qū)集中，導(dǎo)致低處的地基含水量過(guò)大，影響行車道路基和路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，進(jìn)而對(duì)路基路面產(chǎn)生水損壞，影響道路使用性能。雖然近幾年多采用抗剝落劑來(lái)增強(qiáng)瀝青與集料之間的黏結(jié)力，但進(jìn)入道路內(nèi)部的水分在行車荷載通過(guò)下產(chǎn)生動(dòng)水壓力，仍然會(huì)使瀝青與集料發(fā)生剝離,進(jìn)而使瀝青路面發(fā)生早期水損壞，對(duì)行車安全造成不利。

公路路基路面建設(shè)質(zhì)量與使用壽命的關(guān)鍵在于排水，在公路的使用過(guò)程中，路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的含水量必須控制在干燥或中濕狀態(tài)，不影響其自身強(qiáng)度和穩(wěn)定，否則會(huì)降低承載力，導(dǎo)致路面的迅速破壞。中央分隔帶排水的目的就是通過(guò)在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置排水設(shè)施，將降落在或流向中央分隔帶內(nèi)的水分有效地匯集并迅速排出路屆，使中央分隔帶內(nèi)的濕度降低到一定的范圍內(nèi)，確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)高度重視中央分隔帶排水設(shè)計(jì)，因地制宜地有針對(duì)性地采用新工藝、新材料、新構(gòu)想,避免路基路面產(chǎn)生早期損壞，合理地與綠化工程及安全設(shè)施配套。目前已建成或在建的高速公路排水設(shè)計(jì),從施工的實(shí)際情況看是行之有效的，但還需經(jīng)受時(shí)間的考驗(yàn),不斷地完善和發(fā)展。

[1]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社,1999.18-30.

[2]陳建榮.杭寧二期工程路基、排水及防護(hù)設(shè)計(jì)[J].華東公路, 2001,(3)：28-31.