代靜

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610031）

0 引言

排水設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，其目的是將高速公路路面積水引排到公路的下側(cè)方，避免路面積水對(duì)路基路面造成浸濕、沖刷作用，為整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供保障，規(guī)避或減少坍塌等事件的發(fā)生。高速公路施工單位需結(jié)合實(shí)際情況加大對(duì)路基路面排水設(shè)計(jì)的重視度，明確關(guān)鍵點(diǎn)，確保排水系統(tǒng)能夠充分引流，從根本上規(guī)避因排水問題而引發(fā)的不良事件，對(duì)于推動(dòng)高速公路工程的健康、穩(wěn)定發(fā)展也起著積極的意義。

1 工程概況

以四川某高速公路為例，該路段全長(zhǎng)7.6km，設(shè)計(jì)段為第一段，里程樁號(hào)為K0+000—K7+602.061，車速設(shè)定為100km/h，路基寬為26m，該段工程內(nèi)容主要涵蓋了路基、路面、涵洞、排水。路段處于山區(qū)，總地勢(shì)西北高、東南低，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，可見饅頭狀山包，高差較小，多在50m 以內(nèi)。

2 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)整體把控策略

在高速公路路基路面設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理的排水設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)，需從整體上進(jìn)行把控，以確保路基路面的排水能力。

2.1 結(jié)合實(shí)際情況開展設(shè)計(jì)工作

在路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，需充分考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，嚴(yán)格遵守因地制宜原則，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)展開調(diào)查、研究，旨在對(duì)整個(gè)施工環(huán)境進(jìn)行了解，避免設(shè)計(jì)不合理情況的發(fā)生。例如，該高速公路路段排水設(shè)計(jì)綜合考慮了該地附近的地質(zhì)、水文等特征。該路段容易受到地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)影響，加之長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力作用，產(chǎn)生了山間盆地河谷丘陵地貌。在排水設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)較多水的引排策略，而凍土等方面可不做過(guò)多考慮[1]。

2.2 設(shè)計(jì)中貫穿綜合利用原則

路基路面排水設(shè)計(jì)是高速公路工程的重要構(gòu)成部分，如若排水方面存在問題，則會(huì)對(duì)整體工程質(zhì)量，甚至后期投入使用的安全性造成影響。此外，排水設(shè)計(jì)與農(nóng)田水利工程的結(jié)合也是重要一環(huán)，其間需充分考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利工程，結(jié)合實(shí)際情況合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，不可因工程建設(shè)而對(duì)其造成影響。在此過(guò)程中，相關(guān)人員需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，如擴(kuò)大涵管孔徑、增大涵管等[2]。

2.3 將排水與邊坡的穩(wěn)定性結(jié)合起來(lái)

在高速公路路基排水設(shè)計(jì)中，還需考慮邊坡的穩(wěn)定性，合理協(xié)調(diào)排水設(shè)計(jì)與自然環(huán)境的關(guān)系，避免因排水設(shè)計(jì)問題而危害自然。

另外，需重視自然災(zāi)害的預(yù)防問題，設(shè)計(jì)施工中將預(yù)防水土流失作為重點(diǎn)考慮內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際情況展開設(shè)施布置，盡量不破壞當(dāng)?shù)靥烊凰礫3]。在該高速公路路段排水設(shè)計(jì)中，考慮丘陵地貌會(huì)存在一定的高差，高速公路邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，可采用鋪草皮的方法，既不影響公路排水，又起到穩(wěn)固邊坡效果。

3 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

3.1 邊溝設(shè)計(jì)

邊溝也稱為側(cè)溝，主要設(shè)置于挖方及低填方地段的路肩外側(cè)，其目的是將路面、路肩等區(qū)域的徑流、流向道路的地表水排出，降低路基路面的浸濕程度。

3.1.1 尺寸確定

排水能力與溝底坡度、截面尺寸及形狀等因素有著直接關(guān)聯(lián)。高速公路路基路面排水邊溝大多使用梯形明溝，邊坡坡比為1∶1，結(jié)合邊溝各項(xiàng)參數(shù)，合理計(jì)算路面排水長(zhǎng)度極限。

該工程路基平均填高為3.5m，采取相應(yīng)的方法對(duì)路面排水長(zhǎng)度極限進(jìn)行計(jì)算后，結(jié)果為100～200m，故對(duì)于排水涵洞的設(shè)置，其間隔距離設(shè)定為250m。另外，經(jīng)過(guò)綜合分析及準(zhǔn)確計(jì)算后，工程邊溝斷面尺寸設(shè)定為50cm。

3.1.2 邊溝縱坡確定

對(duì)于邊溝縱坡的確定，需嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，如若工程邊溝使用了漿砌片石，則縱坡不低于0.12%。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范要求外，還需結(jié)合工程實(shí)際情況，這也是避免排水設(shè)計(jì)不合理的關(guān)鍵[4]。該工程的地形較為復(fù)雜，為避免排水設(shè)計(jì)不合理情況的發(fā)生，邊溝縱坡設(shè)為0.3%。

3.1.3 縱坡方向確定

在確定縱坡方向的過(guò)程中，需將路線縱斷面、地形條件作為有效依據(jù)，明確邊溝標(biāo)高。對(duì)于邊溝標(biāo)高的確定，需盡量保證該路段路肩邊緣最低位置位于標(biāo)高下部超過(guò)1.7m 處，旨在規(guī)避邊溝積水倒灌情況的發(fā)生。

如若無(wú)法滿足上述要求，可結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)放寬高度，對(duì)于另一側(cè)邊溝較低的情況，可于單側(cè)落實(shí)排水溝的設(shè)置[5]。

3.2 涵洞設(shè)計(jì)

高速公路涵洞常見的類型包括排涵、灌涵及灌排兩用涵。對(duì)于排涵來(lái)說(shuō)，其底部標(biāo)高需與涵洞中心相等，或是超出涵洞中心；對(duì)于灌涵，其底部標(biāo)高不可低于涵洞頂部；對(duì)于灌排兩用涵，底部標(biāo)高需和灌涵中的邊溝一樣，但可根據(jù)具體情況合理調(diào)整。在涵洞設(shè)計(jì)中，鑒于涵洞容易受到水的沖刷，因此需合理應(yīng)用急流槽設(shè)施，將其與邊溝、涵洞合理連接。

此外，對(duì)于排水必須經(jīng)通道才可進(jìn)入涵洞的情況，需將邊溝蓋板涵作為優(yōu)先選擇對(duì)象，必要情況下可經(jīng)邊溝倒虹吸穿越通道[6]。該工程設(shè)計(jì)了3 個(gè)涵洞，其間充分考慮了涵洞位置、車輛承載、匯水量等，管涵中心樁號(hào)及結(jié)構(gòu)形式等。涵洞布設(shè)要求如表1所示。

表1 涵洞布設(shè)表

3.3 排水溝設(shè)計(jì)

排水溝設(shè)計(jì)的目的是引水，即將路基范圍內(nèi)的水引流至路基范圍之外的指定區(qū)域。在公路工程路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，排水溝的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵內(nèi)容，需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，避免排水不通暢情況的發(fā)生。

在排水溝設(shè)計(jì)中，對(duì)于溝底的縱坡需控制在合理范圍內(nèi)，一般不低于0.3%，長(zhǎng)度不低于500m。但就目前情況而言，部分高速公路工程采用的斷面為梯形，斷面尺寸主要由水流量來(lái)決定，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮水流量及水流沖刷情況。在該高速公路設(shè)計(jì)中，排水溝的參數(shù)與邊溝相同，采用漿砌片石進(jìn)行加固，其鋪設(shè)厚度設(shè)置為20cm[7]。

3.4 截水溝設(shè)計(jì)

該高速公路存在山坡挖方路段，易受上方流水破壞，故需設(shè)置截水溝將水流攔截，以起到保護(hù)路段的效果。在設(shè)計(jì)中，需將地形條件、匯水面積納入重點(diǎn)考慮范圍內(nèi)，可應(yīng)用坡頂及平臺(tái)截水溝。對(duì)于挖方邊坡塹頂坡頂?shù)慕厮疁希⒁獗苊馄浜推驴谖恢镁嚯x不合理情況的發(fā)生，一般需在5m 及以上[8]。

3.5 急流槽設(shè)計(jì)

該高速公路部分路段坡度較陡，超過(guò)10%，存在水位差超過(guò)1m 的情況，這時(shí)便需要借助急流槽輔助排水，以防止水流流速過(guò)快問題的發(fā)生，從而對(duì)路基起到明顯的保護(hù)作用。對(duì)于急流槽的設(shè)置，需嚴(yán)格遵守因地制宜的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?，合理地設(shè)計(jì)防滑措施，如凸榫等，強(qiáng)化急流槽的穩(wěn)定性。

另外，于出水口的位置漿砌塊石，以充分發(fā)揮加固作用，并合理設(shè)置消能設(shè)施，減輕水流所造成的沖擊力[9]。

3.6 蒸發(fā)池設(shè)計(jì)

在公路工程路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，蒸發(fā)池設(shè)計(jì)是關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)于氣候干旱，或是排水困難的低洼路段尤為適用。

在設(shè)計(jì)時(shí)，需將蒸發(fā)池及路基間的距離控制在允許范圍內(nèi)，即不可低于5m；對(duì)于濕陷性的黃土地區(qū)，距離則需超過(guò)黃土濕陷半徑，旨在避免路段穩(wěn)定性受到影響，防止安全事件發(fā)生[10]。

3.7 中央分隔帶排水設(shè)計(jì)

中央分隔帶是高速公路的重要構(gòu)成部分，排水設(shè)計(jì)的展開可確保該范圍的積水能夠及時(shí)排出。在施工期階段，排水量極易受降雨量、匯水面積因素的干擾，故中央分隔帶需進(jìn)行人手孔設(shè)置，而排水長(zhǎng)度就是人手孔間距，其一般不超過(guò)180m[11]。根據(jù)既往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，排水管長(zhǎng)度通常為15m，橫坡為2%，如若降雨量達(dá)到最大，管徑往往需達(dá)到255mm。而按照規(guī)范指出的要求，排水長(zhǎng)度為50m，排水管管徑則不可低于75mm。但在高速公路施工中極易出現(xiàn)一些問題，如中央分隔帶一般是在鋪設(shè)基層后實(shí)施，邊溝表面較為粗糙，影響了與瀝青的黏結(jié)，導(dǎo)致防滲層的致密性不足或不均勻[12]。

在此背景下，受接縫的影響，即使應(yīng)用土工布也難以確保防水效果達(dá)到預(yù)期。因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)底坡未超過(guò)0.3%時(shí)，可設(shè)置斷面形狀為矩形的盲溝，將透水管鋪設(shè)到溝底，開挖集水槽，間隔距離設(shè)定為30～50m，以此達(dá)到匯集水的目的。另外，也可在分隔帶中鋪設(shè)防滲層，將瀝青鋪設(shè)厚度超出2cm，以規(guī)避側(cè)面滲水問題。

3.8 路面邊緣排水設(shè)計(jì)

對(duì)于路面邊緣，應(yīng)使用透水性材料布置集水溝，并與其他排水設(shè)施形成一個(gè)整體。在此過(guò)程中，充分利用排水管、瀝青等，促使路面邊緣的水能夠及時(shí)排出。值得注意的是，考慮到路面邊緣水量可能較大，故設(shè)計(jì)時(shí)就需要合理設(shè)置排水管分布密度，排水管之間的間隔可控制在10m。

4 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)的其他注意事項(xiàng)

路基路面排水設(shè)計(jì)需考慮多方因素，既要考慮道路排水效果，又要考慮項(xiàng)目所在地的具體水文情況。

首先，在排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于排水設(shè)施任務(wù)，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)為探查、分析及控制施工區(qū)域的實(shí)際含水量，如若該地段的含水量較高，則需嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范要求予以處理，如進(jìn)行換填等，進(jìn)而規(guī)避因忽視水量過(guò)高而引發(fā)的路基路面沉降開裂風(fēng)險(xiǎn)。

其次，對(duì)于排水設(shè)施也要科學(xué)地進(jìn)行分類管理，充分考慮公路路基路面排水設(shè)施功能、所處位置，以設(shè)計(jì)建設(shè)地段的具體情況為基礎(chǔ)，落實(shí)路基排水設(shè)施及路面排水設(shè)施的合理劃分，并對(duì)設(shè)施所處地段及實(shí)際功能進(jìn)行明確，集中對(duì)其進(jìn)行管理，不僅有利于對(duì)整體設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行強(qiáng)化，還為后續(xù)建設(shè)及使用提供了較大的便利性[13]。

再次，在排水設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)單位也需靈活掌握設(shè)計(jì)地段的實(shí)際情況，對(duì)于極端環(huán)境，或是特殊地形地質(zhì)，需提出針對(duì)性的解決方案，旨在對(duì)整體排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)效能。

最后，由于高速公路的建設(shè)與自然、人文有著緊密的關(guān)聯(lián)，在相關(guān)數(shù)據(jù)的支撐下，才能從根本上確保設(shè)計(jì)的可行性。因此，工作人員需落實(shí)相關(guān)地區(qū)的調(diào)研工作，進(jìn)一步調(diào)查及收集相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)涉及的內(nèi)容非常廣泛，不僅包括氣候環(huán)境，還包含了社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)國(guó)土遼闊，高速公路工程數(shù)量較多，位置方面也存在明顯的差異性，進(jìn)而對(duì)工程建設(shè)的相關(guān)參數(shù)也提出了較高要求。就四川某地的高速公路而言，在路基路面排水設(shè)計(jì)中，涵洞、邊溝、排水溝、截水溝、急流槽等是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，需嚴(yán)格把控，避免出現(xiàn)差錯(cuò)。同時(shí)，還應(yīng)從整體上進(jìn)行把控，留意排水設(shè)計(jì)的其他注意事項(xiàng)，以確保排水效果，為高速公路質(zhì)量提供保障。