公路排水技术与环境保护（全面）

1、公路排水技术与环境保护,一、公路排水设施,按照公路排水设计规范中可以规为4类 即路界地表排水、路基地下排水、路面内部排水、公路构造物排水及下穿道路排水4个部分。下面对这4个部分做一个简单介绍。,一、公路排水设施,1 路界地表排水设施 1.1 路界地表排水系统分类 路界表面排水的目的是把降落在路界范围内的表面水有效地汇集并迅速排除出路界，把路界外可能流入的地表水拦截的路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的威胁。,路界表面排水，可分为路面表面排水、中央分隔带排水、坡面排水和相邻地带排水四部分（图1-1）。 路面表面排水范围包括行车道和路肩。 中央分隔带排水，视其宽度和表面横向坡

2、度倾向，包括中央分隔带和左侧边缘带，或者仅为中央分隔带；而在设超高路段，它还包括上侧半幅路面的表面水。 坡面排水包括路堤坡面、路堑坡面和倾向路界的自然坡面的排水。,图1-1 路界表面排水系统 1-坡面排水；2-路面排水；3-中央分隔带排水；4-相邻地带排水；5-路界；6-降雨；7-坡顶截水沟；8-边坡平台排水沟；9-竖向排水管；10-边沟；11-路面横坡；12-拦水带；13-竖向排水沟；14-坡脚排水沟,1.2路面地表排水设施 路面地表排水有两种方式： 1.2.1分散漫流式路表排水 这种方式适用于路线终坡平缓、汇水量不大、路堤较低，且边坡坡面不会受到冲刷的路段。,1.2.2集中截流式路表排水

3、这种方式一般适用于路堤较高，边坡坡面未做防护，易遭受路面水流冲刷的地段，主要应用在高等级公路上。排水方式有横坡、拦水带、泄水口、路肩急流槽、路肩排水沟。 （1） 横坡 降落至路表的雨水，通过在行车道和路肩上设置的横向坡度，将表面水流排向路基边缘。 （2） 边缘集水设施（拦水带、泄水口、路肩排水沟、路肩急流槽）,（2） 边缘集水设施 路堑或较低路堤且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，可采用让路面表面水以横向漫流形式分散排放至边沟（路肩排水沟）。边沟以排路表面雨水为主，在矮路堤和路堑时，边沟有兼排坡面雨水的功能。 矮路堤的边沟可设置在路堤的堤脚外，对于路堤边坡较高、边坡坡面易遭受路面表面水流冲刷的情况

4、下，可沿硬路肩外侧边缘设置三角形或碟形水泥混凝土边沟。 路堑的边沟可沿硬路肩边缘或者在无铺面路肩内或边缘处设置。对于高速公路、一级公路的路堑或高路堤，边沟可沿硬路肩外边缘设置。,在路堤较高，边坡坡面未作防护而易遭受路面表面水流冲刷，或者坡面虽已采用防护措施但仍有可能受到冲刷时，应在路面或硬路肩外侧边缘加设边缘集水设施。 路面边缘集水设施有沥青混凝土拦水带（拦水带和路肩铺面组成的浅三角形边沟）、碟形或三角形的混凝土边沟、缘石边沟等设施，利用路面边缘集水设施汇集路面表面水后，再由间隔一定距离设置的泄水口（进水口）和沿路堤坡面设置的竖向排水沟（吊沟、急流槽）排离出路堤或排至排水沟内。 行车道外侧设有

5、人行道时，可沿其边缘设置路缘石（侧石），由它和平石组成L形边沟（或称街沟），以汇集路面和人行道铺面的表面水。,1.3中央分隔带排水 中央分搁带排水设施的选用应从当地气候、降水量、土石性质、排水条件、工程造价、施工维护等方面综合考虑，采用适合本地区的排水形式，确保路基、路面稳定和行车安全。 中央分隔带排水设施由终向排水沟、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。,对于不超高路段，中央分隔带排水设施包括三种形式： 1.3.1横坡排水 对于中央分隔带宽度较小（一般小于3m）且采用铺面封闭的形式时，中央分隔带铺面采用与两侧路面相同坡度的双向横坡，降落在分隔带上的表面水流向两侧路面，进入路面表面排水设施

6、。,1.3.2分隔带内表面排水 中央分隔带宽度较大（大于3m）且未采用铺面封闭的形式时，分隔带表面可做成向内微凹（横向坡度不得陡于1：6）的横断面形式，当水流速度超过地面土的最大允许流速时，应在过水断面宽度范围内做成浅三角形或碟形断面的水沟，并对地面土进行防冲处理。 降落在分隔带上的表面水横向流向分隔带的低凹处，汇集在带的中央部位，或设置带格栅的U形和带缝的圆形混凝土边沟，并利用纵向坡度排向进水口或桥涵水道中。,中央分隔带地下排水设施： 表面无铺面且未采用表面排水措施中央分隔带或采用绿化方案的中央分隔带，降落在分隔带上的表面水，一部分形成表面径流向两侧流向行车道，由路面表面排水设施排走；另一部

7、分表面水则向下渗入分隔带土体内。渗入分隔带土体内的水通过分隔带内设置的地下排水设施（渗沟和管）汇集，并通过隔一定间距设置的横向排水管将渗沟内的水排引出路界。 对于超高路段，上侧半幅路面的表面水流向中央分隔带。在高速及一级公路上，不允许上侧半幅路面的表面水横向漫流过下侧半幅路面。因此，需设置汇集和排泄上侧半幅路面表面水的排水设施，一般可采用碟形或三角形混凝土边沟，或者带格栅的U形或带缝隙的圆形混凝土边沟。,1.4坡面排水 坡面排水设施主要有截水沟、边沟、排水沟和竖向排水沟（吊沟、急流槽）。 1.4.1边沟： 主要横断面形式有：梯形、矩形、流线形、三角形四种。 边沟横断面形式特点及适用条件:梯形排

8、水量大，边坡稳定性好；适用于土质边沟。矩形适用于占地少，路面宽度受到限制的矮路堤。流线形美观大方，与环境相协调；适用于积雪路段或其他有特殊要求的路段。三角形适用于矮路堤。,断面形式选择： 按公路等级、所需排泄的设计流量、设置位置和土质或岩质选定。高速及一级公路，宜采用安全性好的浅三角形或碟形边沟；受条件限制而需采用矩形横断面时，应在顶面加盖格栅或者带槽孔的混凝土盖板。二级及二级以下公路，可采用梯形横断面（土质）或矩形横断面（岩质）。 1.4.2. 截水沟 截水沟横断面形式为梯形。设在挖方路基边坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截路基上方流行路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保护边坡或

9、填方坡脚不受流水冲刷。 适用范围：对于挖方路基，边坡坡顶距分水岭的距离不长、土质好、坡度缓、植被茂密的路段可不设排水沟；否则应设置，必要时可设置多道截水沟。,1.4.3排水沟 主要用于引排水，边沟，截水沟、取土坑或路基以外的积水，均可用排水沟排至桥涵或路基以外的洼地或天然河流。当路线受到多段沟渠或水道影响时，也可以设置排水沟或改移渠道以调节水流，整治水道。排水沟的横截面形式一般多为梯形，尺寸大小根根据水力水文计算确定。 深路堑边坡为增加坡体稳定而做成台阶形（设置边坡平台）或高路堤边坡（设置边坡平台）时，在坡面径流量大的情况下可设置平台排水沟（或称平台截水沟），以减少坡面冲刷。,1.4.4.跌水

10、与急流槽 在高路堤和深路堑的坡面上，从坡顶或者坡面平台向下竖向集中排水时，须设置竖向排水沟（吊沟、急流槽）。 竖向排水沟（吊沟、急流槽）可采用由浆砌片石铺砌成或水泥混凝土构件组成的矩形或梯形断面沟槽，或者混凝土、金属、塑料（PVC）管。 （1）跌水的主要形式及适用范围 跌水一般设置在沟渠的纵坡较陡地段，其目的是在较短的距离内，降低流速，消减水能。 跌水分单级和多级，单级跌水多用于排水沟渠连接处，多级跌水多用于较长陡坡地段的沟渠。,（2）急流槽的主要形式及适用范围 急流槽构造分进水槽、急流槽、消力池和出水槽四部分。急流槽一般设置在公路高边坡地段或者地质情况不好，不允许冲刷的较陡山坡及涵洞的进出口

11、地段，其目的是集中消除水能，降低流速，避免冲蚀路基坡体而造成坍塌。 1.4.5蒸发池 在公路排水困难地段，可在路基两侧设置蒸发池，将汇集的水引入蒸发池。,2. 公路构造物排水及下穿道路排水 2.1涵洞 涵洞主要是为渲泄地面水流(包括小河沟)而设置的横穿路基的小型排水构造物。 涵洞由洞身、洞口、基础三个部分组成。 洞身构成了路堤下的一个过水孔道，它要承受涵洞上填土的垂直与侧向的土压力以及活载压力。 基础把涵洞所受的荷载均匀地分布和传递到土基上，并使地基免受水流的直接冲刷。 洞口用以连接洞身与上下游水道，使水流能顺畅地通过洞身，并保证洞口周围的路基边坡免遭冲刷。,图2 涵洞构造简图,涵洞一般按构造

12、型式可分为圆管涵、盖板涵、拱涵、箱涵、倒虹吸等。 （1）石拱涵 优点：可就地取材，造价低，易施工，结构坚固，寿命长，自重及超载潜力大。缺点是建筑高度大，难以预制施工，难修复，工期长，对地基适用于盛产石料，跨径大于2m，地基条件良好的河沟； （2）钢筋混凝土盖板涵 优点：建筑高度较小，不受填土高度限制，可预制拼装，施工简便，对基础要求不高，易修复。其缺点是钢材用量大，造价高。,钢筋混泥土盖板涵：适用于缺乏石料地区，流量大、填土高度受限制地区及高等级公路。这类小桥涵适应的填土高度一般为12m，通常可预制或现场浇制。预制拼装可节约模板，缩短工期，不受气候影响，适用于桥涵多而集中并有运输吊装条件的公路

13、；现场浇制整体性好，适用于小桥涵工程分散、改建旧路中的单个桥涵及高标准公路的桥涵。 （3）钢筋混凝土箱涵 这类涵洞适用于较软弱的地基，其优点是整体性强。缺点是造价高，施工难度大，普通公路中应用较少。,（4）钢筋混凝土圆管涵 其优点是对基础的适应性及力学性能好，不需要墩台，圬工数量少、构造简单、造价低、工期短、施工方便，适用于石料缺乏地区，孔径为0.5m1.5m、流量为10m3/s以下的小涵洞。缺点是清淤闲难。 （5）倒虹吸与渡水槽 水流需要横跨路基，但受设计标高的限制时，可以采用管道或沟槽从路基底部通过或上部架空跨越，前者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。倒虹吸有箱形和管形两种，以混凝土和钢筋混凝土

14、为主。,2.2桥面防排水 桥面排水系统包括桥面本身、横坡、进水口、泄水口、排水管、和桥头集水设施。 桥面最先接受降落的雨水，如果适当设计了纵坡、超高及横坡，水会有效的排到进水口或桥头集水设施。 2.3下穿道路排水设施 下穿道路排水设施主要是根据下穿道路的地形，地质，降雨等条件设计不同类型的公路排水设施。主要是下挖段的排水设计，避免雨水积水。在下挖的两端，应设置泄水口、排水口等排水设施，拦截和引排上游方向的地表水。 下挖路的路肩采用较大的横坡，边沟可采用矩形断面，上加槽孔的混凝土盖板。在最低点设置集水井，布设地下排水管，将秽迹的水引排到临近的水沟内。,3.路基地下排水设施 排除路基地下水的方法宜

15、用拦截、汇集、隔离和导流等形式，在某些情况下还需降低地下水位，对于需要排除路基地下水的路段，必须充分掌握地形、地貌、水文地质条件和有关的陆地水文与气象情况，弄清地下水的埋藏深度，分布规律，补给来源，地下水位变化，流向和流量，针对不同情况采用不同的排水形式，设置相应的排水结构物。,3.1 常用的排水设施有以下几种:明沟、暗沟、渗沟、渗井、管渗沟、洞式渗沟以及防水隔离层等。 （1）明沟 对于路基及边坡土体中的上层滞水或埋藏很浅的潜水，可设明沟渠。 （2）暗沟 暗沟是设在地面以下引排集中水流的沟渠，常用于市区或穿越路段的街道污水管以及公路中央分隔带弯道处的排水设施。 （3）渗沟 采用渗透方式将地下水

16、汇集沟内，并通过沟底通道将水排到指定地点。,（4）渗井 当地下存在多层含水层，其中影响路基的上部含水层较薄，排水量不大，且平式渗沟难以布置时，则可采用渗水井。 （5）坡体疏干孔 路堑坡体内存在含水层时，为了提高坡体的稳定性，必须采取深层排水措施，用疏干孔疏去坡体内的水。,3.2地下排水设施设计原则和布设依据 地下水排水设置的目的: 根据具体情况采取拦截、旁引、排除含水层的地下水，降低地下水位或疏干坡体内地下水等措施，减少路基路面遭受地下水的损害。 设置地下排水设施的原则: 当路堑开挖截断坡体内含水层,或山坡路堤的基底范围内有含水层出露时，沿挖方或填方边坡坡脚设置纵向渗沟，将含水层内的地下水拦截

17、在路基范围外，排出路堑或路堤。 在填挖交替路段，接近路堑的路堤基底遇到含水层出露时，在填挖交替处设置横越路堤的渗沟，拦截含水层内地下水并排出路界。 在地下水位较高而路堤填土高度受限制或路堑开挖后基顶高程距离地下水位较近处，在路基两侧边沟下设置纵向渗沟降低路基范围的地下水位，从而降低路基湿度，提高其承载能力。,3.3山区公路地下排水设施设计方法 根据公路地下水的具体分布情况和表现形式，可以采取以下方法进行地下水排水设计: 在路基基底局部范围有泉水外涌时，设置越路基的横向盲沟，将水引排至路边纵向盲沟中或路坡脚外或路堑边沟内。横向盲沟采用级配碎石矩形集水沟，集水沟下部埋设软式透水管。 为拦截路堑处含

18、水层的地下水向公路渗入，在公路边缘两侧边沟下方设置纵向盲沟，必要时设置纵、横向管式或矩形盲沟排水系统。管式或矩形盲沟的埋置深度按地下水位高程、地下水位需下降的深度以及含水层介质的渗透系数等因素确定。 盲沟的尺寸设计应考虑山体水位高低。盲沟沟底、纵坡坡度和坡长及出口情况、地下水位需降低的深度等因素。,4.路面结构内部排水 设计路面结构内部排水的目的是为排除通过路面接缝、裂缝或空隙从表面渗入路面结构内部的水，排除由路基或路肩渗入并滞留在路面结构内的水。 路面结构内部排水设施有:路面边缘排水系统、排水基层和排水垫层等。 为了延长路面使用寿命，节省公路建设总投资，采用路面结构内部排水系统快速排除路面结

19、构内部水分是非常必要的。,4.1路面边缘排水系统 路面边缘排水系统就是沿路面外侧边缘设置纵向集水沟和集水、出水管。渗入路面结构内的水分，先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层次横向流入由透水性材料组成的纵向集水沟，并汇入沟中的带孔集水管内，再由间隔一定距离的横向出水管排出路基之外。 4.2排水基层的排水系统 排水基层排水系统是直接在路面面层下设置透水性排不基层，渗入路面结构中的水分，先通过坚向渗流进入透水层，然后横向渗流到路基边坡外，或进入纵向集水沟和管，再由横向出水管排引出路基。,4.3 排水垫层的排水系统 当路基存在地下水、临时滞水或泉水时，为拦截这些水进入路面结构，或者迅速排除因负温差作用

20、而积聚在路基上层的自由水，可直接在路基顶面设置由开级配粒料组成的全宽式透水性排水垫层，并根据具体情况相应配置反滤层、纵向集水沟和管、横向出水管等组成排水系统。,4.4路面边缘排水系统适用性。 路面边缘排水系统也有其局限性，其比较适用于基层透水性小的水泥混凝土路面。 因为水泥混凝土面层板的边缘和角隅处，由于温度和湿度梯度引起的翘曲!混凝土的热胀冷缩变形以，地基沉降变形，常出现板底面同基层顶面的脱空或者板底面与基层顶面间存在较多的空隙，下渗的自由水易积聚到这些间隙内。设置边缘排水层，便于将面层、基层、路肩界面空隙处积滞的自由水排离出路面结构。因此在高速公路路面设计中，采用密实性的半刚性基层与底基层

21、，基层顶面设置透层和封层，既保证自由水不向下渗透，又使基层顶面有较强的抗冲刷能力，加之完善的路面边缘排水系统，保证整个路面结构有较强的抗水损害能力。,如果在水泥混凝土面层下设置排水基层，虽然作为排水层具有渗透系数大的特点，但其强度、刚度较小,由于缺少细颗粒，有可能产生基层稳定性差，则容易由于基层自身的变形，引起板底的脱空，最终造成水泥混凝土板的断裂。 还有水泥混凝土路的接缝较多大量的灰尘易进入路面结构内，阻塞排水层的空隙，久而久之，排水层的排水效果将受到影响。 因此在水泥混凝土路面设置路面边缘排水系统是比较适宜的。,二、排水设计与环境保护,环境保护与可持续发展的理念，已逐步被广大公路建设者和管

22、理者所接受。所谓“可持续发展”，是指经济发展既能满足当代人们的需要，又不危及后代的需要，即“经济发展必须与环境保护相协调”。 随着经济建设的迅猛发展.国家对基础建设的投入不断加大，交通环保日益成为人们关注的重点。高速公路环保工作的投入资金在项目中所占的比例越来越大。 高速公路注重将公路建设与环境保护管理结合起来，结合沿线生态景观及地理条件，应将公路带状景观融入到周围的环境中。 现在，公路环境保护已成为公路建设中极其重要的组成部分，在公路建设与运营过程中，努力将对环境和人类社会受到的影响降到最低，已成为大家的共识。,1.公路发展带来的环境问题 公路是长距离的带状人工构造物，它改变了所经区域的环境

23、特征。尽管公路在沿线环境系统中所占面积比例并不大，但产生的影响却是非常大的。公路自建设到运营期间，将对环境产生一系列的影响。 对于公路排水来说：设计合理的排水设施，使高速公路水土流失减小到最小，以及使排水设施与周围的环境相协调，也就是要设计生态型的排水系统。,2.生态型的排水沟渠系统 在流量不大的截、排水沟的边坡可种草木植物、沟底用不规则的毛石、片石铺砌。可以透水，使排水沟附近的边坡植物得到水的补充；小型排水沟的末端原来做消力池的地方，池底用片石或圆石干砌，池内堆放片石或圆石，可滞留水中泥沙，降低流速和分散水流。 我国高速公路大都修建浆砌片石、混凝上排水沟渠。这在一些地区是完全必需的。例如黄土地区，因为黄上具有湿陷性。高速公路的排水系统，降水要在路域范围外远接远送，因此沟渠不得有漏水之处。否则.会形成边坡冲沟或陷穴，引起水毁。 对抗冲性较强的边坡，在地域辽阔、植