立交橋下穿引道排水系統(tǒng)研究

王瑋

（上海吳淞市政建設有限公司，上海 200000）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的步伐加快，鐵路、公路運輸能力不斷提高，路網(wǎng)建設要求形成規(guī)模，現(xiàn)有的平交道口己很不適應經(jīng)濟發(fā)展的需要，在我國鐵路運輸大提速的工程中，鐵路與公路有許多的平交道口，從安全運輸、提高效率的要求出發(fā)，鐵路部門需要以立體交叉形式來滿足，下穿橋以其更為經(jīng)濟的造價、同樣實用的功能服務于社會，所以在我國大多數(shù)城市中被廣泛采用。據(jù)統(tǒng)計，下穿橋約占我國己建城市立交橋總數(shù)的75%以上。但是，這些已建的下穿橋有80%的存在不同程度的問題，如路基沉陷、沖刷、坍塌、翻漿。水是造成或加速下穿道路以及其他道路破壞的主要自然因素，在公路排水方面，盡管我國已經(jīng)取得了很多成果，但是，近年來，由于水毀造成的公路損壞問題尤為突出，全國每年公路水毀的直接經(jīng)濟損失達數(shù)十億元。特別是黃河沖(淤)積地區(qū)，水的危害更大，往往2到3年后下穿道路的部分路段就要重建。立交排水愈來愈受到有關工程技術人員的重視。

路基排水系統(tǒng)應集攔截、匯集、攔蓄、輸送、排放地表水或地下水的排水設施和構(gòu)造物于一體，將可能危害路基穩(wěn)定的地面水和地下水通過適當?shù)呐潘O施，迅速排出至路基范圍以外，將路基工作區(qū)內(nèi)的土基含水量降低到規(guī)定的范圍內(nèi)，確保路基強度、邊坡穩(wěn)定及行車安全。對下穿橋的排水，除了設置完善的排水系統(tǒng)設施外，還需從路面的材料選擇和材料組織設計以及路面結(jié)構(gòu)等方面研究排水問題，總結(jié)出一套下穿道路設計的準則和方法，為施工單位修建下穿橋的道路時，在如何防止雨水及地下水對道路的破壞方面提供理論依據(jù)與技術指導，以改善行車環(huán)境，延長道路使用壽命，從而節(jié)約建設資金。

2 進水口的不同設計的介紹

2.1 開口式進水口

開口式進水口又稱緣石開洞進水口，即在緣石或攔水帶豎面上開口，讓邊溝內(nèi)水流側(cè)向流入，是下穿道路和其他公路路面排水廣泛采用的形式之一，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，不妨礙交通。由于是側(cè)面攔截水流，開口式排水溝中的水流方向總是與入口處平面的法向垂直，所以排水效果較差。

2.2 格柵式進水口

格柵式進水口又叫雨蓖子入水口，通常是在下穿公路上開口，以格柵覆蓋，使邊溝內(nèi)水流向下流入，由于這種開口方式能直接攔截水流，截流效果較好，但是易遭泥沙、垃圾堵塞，失去截流作用。這類進水口分縱格型和橫格型，縱格型開孔方向與下穿公路的路面水流方向一致，所以，模擬試驗證明同樣的尺度和開孔率，縱格型比橫格型的截流效果要好，水流速度較大時，兩者差別尤其明顯。只有在縱坡平緩時兩者截流效果才基本相同。

2.3 組合式進水口

組合式進水口是由開口式和格柵式組合成的進水口。下穿道路使用這種組合式入水口能有效的排出路面積水，在格柵式被堵塞時，側(cè)面開口式入水口仍能起截流作用，防止入水口堵塞造成路面嚴重積水。

3 地下排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

普通道路的地下排水系統(tǒng)通常有暗溝、滲井和滲溝。下穿道路屬于挖方路段，所以傳統(tǒng)的暗溝無法將地下水排出路界;滲井的作用是將路面水通過滲井滲入地下排出，而下穿道路的地下排水系統(tǒng)的主要作用是降低地下水位，因而下穿道路的地下排水系統(tǒng)不采用滲井，而是采用滲溝來降低地下水位。

下穿橋的地下排水系統(tǒng)主要是由引道下相互連通的縱向和橫向盲溝管組成。地道箱體兩側(cè)的盲溝系統(tǒng)經(jīng)連通管穿過箱體后串通，一并進入地道泵站。盲溝系統(tǒng)通常呈“井”字型布置，根據(jù)滲流半徑確定盲溝管的鋪設間距。滲溝系統(tǒng)設計的優(yōu)良與否，直接決定著下穿橋的使用壽命。

按構(gòu)造的不同，滲溝大致有三種形式，如下圖所示。I式為填石滲溝，也稱盲溝;II式下部設排水管;III式下部設石砌排水空洞，三種形式均由排水層(石縫或管、洞)、反濾層和封閉層所組成。

4 滲井的水力學模型

4.1 普通完全井

設潛水含水層的厚度為H，井內(nèi)外初始水面原為地下水的天然水面，由于井中抽水(類似于滲溝排水)，井中水面面下降(類似于滲溝周圍局部地下水位下降)，可造成四周地下水向井集流(向滲溝匯集)，若含水層體積很大，盡管井中抽去一定流量仍可保持含水層厚度H恒定不變，當抽水一段時間后，將近似地形成一個對稱于井軸的浸潤曲線，流向井的過水斷面是一系列圓柱面，其徑向各斷面的滲流情況相同，除井周圍附近的區(qū)域外，浸潤曲線的曲率很小，可看作恒定漸變滲流，可應用裘皮幼公式計算斷面平均流速。示意圖如上圖所示。

4.2 自流完全井

設承壓含水層(又稱自流含水層)的厚度為t，井穿過上部不透水層，井底直達下部不透水層表面，水由高度為t的井壁周圍(濾水管)滲入井中，這就是自流完全并。抽水前，井中初始水深H為此承壓含水層的總水頭，井中水面即地下水天然水頭面，它高于t，有時甚至可高出地面。當抽水時，井中水深由H降至h，井外承壓含水層各處的測管水頭線將近似地形成一個對稱于井軸線的漏斗形水頭降落曲面。地下水向井匯集的過水斷面是一系列高度為t的圓筒面，徑向各斷面的滲流情況相同，除井周圍附近區(qū)域外，測管水頭線的曲率很小，可看作恒定漸變滲流。示意圖如下圖所示。

5 滲溝設計的埋置深度

滲溝的設計深度采用公式(見下圖)：h=z+p+ε+d+h0+h1

6 總結(jié)

本文題對下穿公路的路面排水設施進行了新的設計，通過水利計算和試驗，改變了以往在下穿道路沿線布設邊溝的設計方法，而是根據(jù)下穿公路的路面寬度和長度在下穿公路的最低點處設置數(shù)量不等的進水口。實踐證明本文的設計方案成功的解決了下穿公路雨天積水的弊病。

[1]成永旭，劉國臣.高速公路下穿橋頂進施工，山西建筑，2004年

[2]傅智.水泥混凝土路面施工技術，同濟大學出版社，2004.年