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浅谈公路排水设计 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 题目：浅谈公路排水设计 小组组长： 苏行 16101040078小组成员： 张文杰小组成员: 唐昊龙2016 年 10 月浅谈公路排水设计 摘要：公路排水设计在公路工程中占有十分重要的地位，必须引起相关部门的足够重视。本文主要探讨了公路路基路面排水的设计，并不断完善排水系统，以全面提高公路的使用寿命。 关键词：公路；路基；路面；排水设计 前言 随着交通事业的不断发展和交通科学技术的迅猛发展，公路的数量和质量都在提高，同时，对于道路排水设计越来越重视，对它的要求也越来越高，我国公路排水工程的发展经历了从无到有到逐步完善的过程。建国初期及其后2年，由于我国经济比较落后，建成的公路技术等级低，使用品质差，且由于缺乏必要的排水设施，公路抵御自然灾害的能力很弱。进入2世纪8年代，公路排水问题逐步被人们所认识。在该时期出版的路基路面设计手册中，对公路排水设计进行了一些分析与计算，提出了路基路面排水设计的要求与规定；在施工手册中，对路基路面的排水施工提出了具体的要求和规定，阐明了各项排水设施施工时应注意的事项。这些手册在相当长的一段时间内作为指导公路排水工程设计与施工的工具，在公路设计与施工中起到了十分重要的作用。20世纪90年代后，随着高速公路的飞速发展，排水工程的设计、施工和养护愈来愈引起人们的重视，排水工程被提到了一个相当重要的高度。1998年我国制定并发布了公路排水设计规范(JTJ1897)，它不仅全面系统地介绍了各种排水设施的设计要领，而且在路基路面排水的基础上，增加了路面结构内部排水及公路构造物及下穿道路排水的内容，使公路排水工程更趋完善和合理。这里笔者就水对道路的作用及危害、道路排水的目的和要求、道路排水设计的前景进行详述。公路排水设计是高速公路设计的重要内容之一。在高速公路的排水设计前，应充分了解当地的实际情况，遵循公路排水设计的原则和规范来设计。因此，在高速公路的设计中，对于路面的排水设施要进行特别的设计与研究，才能确保高速公路的稳定和行车的安全，同时应达到与周围环境协调、美化高速公路的效果。一、水对道路的作用及危害 路基和路面结构外露在地表，直接感受自然因素的影响。水是道路上常见的自然物质，由于它的存在，会直接或间接影响到道路的湿度从而会影响到道路的使用质量与行车安全，主要体现在地面水对地表的侵蚀与地下水对地基的破坏。(1)雨雪形成的大气降水轻微会导致地面积水影响正常交通，严重会造成地面的重病害可以直接冲毁路肩、边坡和路基；渗入路基内部的水会使土基湿软从而引起路基冻胀、翻浆或边坡塌方、泥石流，甚至整个路基沿倾斜基底滑动；进入结构层内的水分可浸湿无机结合料处治的粒料层，导致基层强度下降，使沥青面层出现剥落和松散；水泥混凝土路面由于接缝多，从接缝中渗入的水分聚集在路面结构中，在重载的反复作用下，产生很大的动水压力，导致接缝附近的细颗粒集料软化，形成唧泥，产生错台、断裂等病害。(2)海、河、湖、水渠及水库水会影响离这些水源较近的道路的使用，长时间作用就会造成临近道路路面的严重积水，降低路面材料的强度，形成各种各样影响交通的病害；如果地上排水不充分会使水流进入封闭性不好的道路内部形成松软土层，造成路基沉陷；遇到易发洪水季节甚至会冲毁路基及周边的附属工程构造物。(3)位于地下上层相对不透水层一带的滞水，会软化路基，使路基潮湿，降低路基的强度。(4)在地面以下第一个隔水层以上的含水层的潜水，距地面较近，在重力作用下可沿土层以薄膜形式从含水量高的位置向含水量低的地方流动，从温度高的地方向温度低的冻结中心周围流动，会形成水分集中，造成路基局部损坏，影响路基的整体强度和水温稳定性，重者会引起冻胀、翻浆或边坡滑坍，甚至整个路基沿倾斜基底滑动，水还可能造成掺有膨胀土的路基工程毁灭性的破坏。(5)在地面以下任何两个隔水层之间含水层中的层间地下水，当水源高于地面时，可以通过岩层裂缝冒出地面而成泉水，上升到路基，导致路基湿软，强度降低，重者也会引起路基的整体破坏。总之，路基、路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基、路面的病害有多种，形成病害的原因也有很多，但水的作用是主要因素，无不都与地面水和地下水的浸湿和冲刷破坏有关。水的作用加剧了路基路面结构的损坏，加快了路面使用性能的变坏，缩短了路面的使用寿命。据新闻网上有关报道：“近几年由于我国连续发生了几次历史上罕见的特大洪水，公路水毁损失十分严重，据不完全统计，仅在1991年-1998年间，公路水毁损失达2多亿元，某些省份平均每年水毁损失都达亿元。”这固然有洪水凶猛人力不可抗拒的因素，但公路本身抗灾能力差，排水设施不齐全，排水系统不配套也是造成水毁损失的一个重要原因。因此充分认识水对公路的破坏性，认真做好公路排水系统的设计、施工和养护已是一项十分严峻而紧迫的任务。二、道路排水的目的和要求(1)道路排水设计的目的。就是要考虑道路等级、地形、地质、气候、年降雨量、地下水等条件，考虑不同的水源，设置相应的排水设施，使路基、路面形成良好的排水系统。把影响路基强度和稳定性的水排到路基范围以外适当的地点，并防止地面水漫流、滞积或下渗，对影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引到路基范围以外适当的地点，将土基湿度降低到一定范围内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基、路面的强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响。还必须将路面排水和路基排水结合起来综合考虑，将地上排水和地下排水结合考虑，将临时性排水设施与永久性排水设施结合考虑，将道路排水与农田灌溉、周围环境保护综合考虑，将道路排水工程与防护加固工程综合考虑。一般把道路排水分为地面排水和地下排水。路界地面排水包括路面(含路肩、中央分隔带)排水、路基边坡排水、沟渠排水等。地下排水包括路基地下排水、中央分隔带地下排水和纵向填、挖方交界处地下排水等。(2)道路排水设施施工的目的。首先应校核全线排水系统的设计是否完备和妥善，必要时予以补充或修改，应重视排水工程的质量和使用效果。此外，应根据实际情况，设置施工现场的临时性排水措施，保证路基土石方及附属结构在正常条件下进行施工作业，消除路基基底和土体内与水有关的隐患，保证路基工程质量。(3)道路排水设施养护的目的。应该对排水设施进行日常性、经常性、季节性的养护，若发现有排水不畅，淤积，堵塞现象，一定要及时对排水设施予以补充或修改，保持排水设施的正常使用，水流畅通，并根据实际情况不断改善路基排水条件。(4)道路排水设计的要求。排水设计要因地制宜、全面规划、因势利导、综合整治、讲究实效、注意经济，充分利用有利地形和自然水系。一般情况下，地面和地下设置的排水沟渠宜短不宜长，以使水流不致过于汇集，做到及时疏散、就近分流。各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时要适当增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基的稳定性，并做到路基排水有利于农田灌溉。路基边沟一般不用作农田灌溉渠道，两者必须合并使用时，边沟的断面应加大，以防止水流危害路基。设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合、地面排水与地下排水相配合、各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到综合整治，分期修建。对于排水困难和地质不良的路段，还应和路基防护与加固工程相配合，并进行特殊设计。路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。对于重点路段的重要排水设施，以及土质松软和纵坡较陡地段的排水沟渠，应进行必要的防护与加固。路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水设施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可修筑具有能够承载荷载和雨水共同作用的路面结构。三、路基排水设计 进行路基排水设计的目的就是将影响路基强度及稳定性的地下水及地面水及时排出公路范围。路基排水设施主要由排水垫层、边沟、排水沟、截水沟、盲沟、渗沟、涵洞等组成，并与原有沟渠、河流等相连。设计应遵循塘路分家、路田分家的原则，使高速公路排水系统自成体系。 （1）地面排水设计 路基地面排水主要是通过全线贯通的边沟来进行的，一般采用0.6m0.6m的梯形边沟，边坡1：1，以25cm厚的7.5号浆砌片石铺砌，边沟纵坡一般不小于03，坡长小于300m，边沟水均应引离路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑内，但不排入鱼塘内，当边沟与涵洞、通道发生交叉时，一般将边沟水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道处让路基边沟向两侧排走或设边沟倒虹吸涵通过。在挖方地段，还应设置04m04m的梯形平台截水沟，并在坡顶外侧设06m06m的矩形地面截水沟，以排除坡面水。截水沟均以25cm厚的75号浆砌片石铺砌。 (2)地下排水设计 边沟设计在高速公路排水设计中占有很大的比重，设计人员都给予高度重视，但在设计过程中往往会忽视一些施工中的问题。另外当地乡镇常常要求增加、改移和调整小型构造物设置位置。还有一点就是设计中没有充分考虑利用高速公路施工中超宽填土土方等。 a.一般路段。一般路段路基边沟设计主要以填筑式边沟为主，尽量减少路基边沟积水现象的发生。这主要是吸取已建成的高速公路中的教训：一是部分路段在汛期内路基水不能及时排除。二是地方群众干扰路基水排入灌溉涵洞内。 b.软基处理段。如是淤泥质软土层，地下水含量较大，为保证软土段路基的稳定，迅速排除地下水至关重要。设计应采取：板+砂垫层+超载预压的深层。塑料排水实践证明：这些措施可有效地处理及砂垫层+超载预压的浅层排水处理等措施。排除软土段地下水。值得注意的是为确保软土段地下水迅速由砂垫层排入边沟，需在砂垫层与边沟相接的斜面上做15cm厚的级配碎石(粒径2-4cm)反滤层，在砂垫层底部位置预留截面为5cmx5cm、纵向间距为l0m的泄水孔，且泄水孔出口应高于边沟底30cm。 c.低矮路堤。低矮路堤设计应采取护坡道下挖和边沟加深的措施，护坡道高程(m)=设计高程(m)1.8m，实际使用效果良好,但应注意边沟出水口不应低于常水位标高或利用的排水沟渠的底面标高。对边沟标高及纵坡方向的问题：根据路线纵断面和沿线自然地形情况综合确定，通常以沿线自然地形为主确定排水方向。边沟底标高控制应以该段路肩边缘最低点标高以下大于1.7m为宜，原因是考虑到路线中央分隔带横向排水管不能因边沟积水而引起倒灌。对于个别特殊路段不能满足1.7m要求的,可放宽至1.41.5m，若另一侧边沟较低时应优先采用单侧布设横向排水管。 d.挖方路段。对于挖方段应考虑到中央分隔带横向排水管排水要求，边沟底标高不低于路肩标高12m，同时要求边沟纵坡不小于05。施工期要求各施工单位必须首先在挖方段边坡顶开挖截水沟以防止路基外侧水进入路基，并且应做好挖方段本身临时排水沟的设置工作。对于石方挖方段，可结合取土，尽量使路两侧边沟挖深、挖宽，以利截流地下水和降低路基中地下水位。 e.填挖交接段。对于路堑和路堤交接处，如路堑地下水位较高，为防止路堑下含水层中的水沿路基纵向流入路堤，使路堤湿化、坍塌，设计增设了横向渗沟。边沟水进入涵洞及跨越通道等情况的处理：沿线设置的涵洞有排涵、灌涵和灌排两用涵。对于需排入排涵的边沟，其边沟底标高不低于涵洞中心的标高；需排入灌涵的边沟，其沟底标高不低于涵顶标高；而对于灌排两用的涵洞应按灌涵要求设置，特殊情况时可适当降低。为防止冲刷涵洞，原则上采用边沟急流槽连接边沟和涵洞洞口。一般情况下边沟尽量少穿越通道，当排水需通过通道排入涵洞时，应优先采用边沟盖板涵，特殊情况下可采用边沟倒虹吸穿越通道。四、路面排水设计 路面排水设计是高速公路路面设计的重要组成部分。一方面，车辆高速行驶时，易发生交通事故，影响高速行车安全；另一方面，路面水若不能及时排除，影响路面的整体强度，最终导致路面过早破坏，因此尤需重视路面排水设计。 （1）一般路段的路面排水。一般路段是指不设超高的路段。路面排水根据路线纵坡采用分散漫流式和集中截流式两种形式。当路线纵坡0.3时，路面排水采用分散漫流式，路缘石采用水泥混凝土的平缘石，路面水沿纵坡和横坡经路堤边坡排入边沟；当路线纵坡0.3时，路面排水采用集中截流式，在硬路肩边缘土路肩范围内设置沥青混凝土拦水缘石，汇集路面水，每隔一定距离经泄水口流入边坡急流槽，排至路基边沟。 （2）超高路段的路面排水。设置了超高的路段，路面水易浸占超高侧行车道，并穿过凸形中央分隔带紧急开口进入另一侧行车道，从而影响行车安全，故应及时排除超高侧汇集的路面水。如在超高侧行车方向左侧路缘带设置了纵向排水沟，并每隔一定距离设置了集水井及横向排水管，这样超高侧路面水沿纵坡及横坡流人边坡急流槽，再排人路基边沟。 （3）中央分隔带排水。高速公路中央分隔带排水设计主要为排除中央分隔带内积水，可分为施工期间和道路营运期下渗水的排除。施工期间排水量取决于最大瞬时降雨量及中央分隔带的汇水面积。一般情况下，由于高速公路中央分隔带内设置有通讯、监控用管线的人手孔，因此，中央分隔带排水长度应为