高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵問(wèn)題探析

吉世祖 陳琛

海南中交高速公路投資建設(shè)有限公司，中國(guó)·海南 ?？?570000

1 引言

現(xiàn)階段，高速公路路網(wǎng)建設(shè)愈發(fā)完善，在進(jìn)行高速公路工程施工時(shí)，由于建設(shè)規(guī)模龐大，工程設(shè)計(jì)工作量大，使高速公路施工設(shè)計(jì)要求進(jìn)一步增加，特別是路基路面排水設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。一旦排水設(shè)計(jì)不當(dāng)，不但會(huì)對(duì)后續(xù)工程施工產(chǎn)生不利影響，還會(huì)使高速公路的路面使用期限縮短，出現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題，導(dǎo)致高速公路無(wú)法正常運(yùn)作。為此，設(shè)計(jì)工作者需要意識(shí)到高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的必要性，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，明確應(yīng)該注意的關(guān)鍵問(wèn)題，確保高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)合理，才能提高高速公路整體施工質(zhì)量。

2 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)的原則

2.1 遵循因地制宜基本原則

依照當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)實(shí)情況，做好高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)工作，也可稱之為因地制宜基本原則[1]，此原則要求設(shè)計(jì)工作者在路基路面排水設(shè)計(jì)前，對(duì)高速公路工程展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。路基路面排水設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)出一個(gè)可行的排水方式，避免影響高速公路的正常使用，為此設(shè)計(jì)工作者要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、水文條件等情況，并結(jié)合各個(gè)路段的基本特點(diǎn)，做好設(shè)計(jì)規(guī)劃工作。在高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)工作者還要將現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查內(nèi)容作為重要參考依據(jù)，確保布局設(shè)計(jì)合理、科學(xué)，處理好相應(yīng)的施工關(guān)系，以免產(chǎn)生不利影響。

2.2 遵循合理利用基本原則

在高速公路路基路面排水施工建設(shè)中，一旦出現(xiàn)排水設(shè)計(jì)問(wèn)題，就會(huì)影響整體施工質(zhì)量，為此，設(shè)計(jì)工作者想要確保路基路面排水設(shè)計(jì)不會(huì)對(duì)其他工程施工造成影響，要將排水設(shè)計(jì)和農(nóng)田水利工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相互融合。在確保當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利工程不會(huì)對(duì)高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上[2]，設(shè)計(jì)工作者才能展開(kāi)后續(xù)的施工設(shè)計(jì)。為了避免農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施因排水問(wèn)題，導(dǎo)致高速公路路基路面排水施工進(jìn)程延誤，設(shè)計(jì)工作者可將涵管孔徑進(jìn)一步擴(kuò)大，使其排水量明顯升高。

2.3 遵循工程與自然相協(xié)調(diào)基本原則

在高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)工作者想要盡早完成設(shè)計(jì)任務(wù)，需要確保排水設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，不會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，還要避免自然災(zāi)害問(wèn)題的形成，在高速公路路基路面排水施工建設(shè)中，要防止水土流失問(wèn)題發(fā)生，不可破壞當(dāng)?shù)靥烊凰怠?/p>

3 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)的要求

排水設(shè)計(jì)在強(qiáng)化高速公路路基路面穩(wěn)定性與延長(zhǎng)路面使用期限方面發(fā)揮積極作用[3]，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要從以下兩個(gè)方面入手：一方面，全面考量控制地下水以及排灌水等對(duì)高速公路路基穩(wěn)定性、自身強(qiáng)度等產(chǎn)生的影響，也就是第一類排水；另一方面，全面考量排出路基路面的積水，避免影響高速公路路基結(jié)構(gòu)，也就是第二類排水。其中，針對(duì)第一類排水，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可增加填土的高度或者設(shè)置隔水墊層的方式。在施工建設(shè)期間，通常會(huì)開(kāi)挖許多臨時(shí)排水設(shè)施，以便將區(qū)域內(nèi)的地表水及時(shí)排出，使區(qū)域地下水位降低，并在基底部位加入適當(dāng)?shù)氖一蛩啵佋O(shè)厚度保持40cm左右。針對(duì)第二類排水，設(shè)計(jì)內(nèi)容更多，如路面橫坡或者開(kāi)挖溝邊等設(shè)計(jì)，能讓路表水快速排出；對(duì)于中間分隔帶位置，設(shè)計(jì)工作者要進(jìn)行專門排水裝置設(shè)計(jì)，如縱向碎石盲溝等，并配以排水管鋪設(shè)，讓進(jìn)入此部位的水快速排出；對(duì)于橋梁，通過(guò)設(shè)計(jì)泄水孔將水快速排出；對(duì)于已經(jīng)滲入到面層中的水，需要注重排水管和盲溝的設(shè)計(jì)，將面層中的水及時(shí)排出，以免被水長(zhǎng)時(shí)間浸泡，縮短高速公路的使用期限。

4 高速公路路基路面的常見(jiàn)類型分析

4.1 路基沉陷與邊坡塌陷類型

路基沉陷作為當(dāng)前較為多見(jiàn)的高速公路類型之一[4]，詳細(xì)劃分可分為兩類，即因表面壓縮引發(fā)沉降、承載力不足引發(fā)沉降。邊坡滑落與塌陷也較為多見(jiàn)，其中部分邊坡無(wú)法承受水流長(zhǎng)期沖刷或者邊坡自身坡度設(shè)計(jì)不合理，都會(huì)導(dǎo)致邊坡塌陷問(wèn)題的發(fā)生。

4.2 崩坍與邊坡滑動(dòng)類型

對(duì)于較為特殊的高速公路路段，少數(shù)邊坡長(zhǎng)期受到風(fēng)化作用的影響，加之其他外部因素的干擾，容易出現(xiàn)巨大石塊崩塌與滑落問(wèn)題。一旦高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)使路基被水完全浸透，進(jìn)而形成滑動(dòng)面，導(dǎo)致路基出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象。

上述都是地表水對(duì)路基路面帶來(lái)的危害，地表水不但會(huì)危害行車安全，還會(huì)使高速公路施工質(zhì)量降低，縮短高速公路的使用期限，而地下水也會(huì)影響施工建設(shè)，延誤整體施工工期，為此在施工建設(shè)期間，設(shè)計(jì)工作者要加強(qiáng)對(duì)地下水的重視。

5 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵策略

由于高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)工程施工的位置不同，其重要程度也有明顯差異，且排水類型不盡相同，需要在高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，做到全面考量，保證高速公路路基路面排水施工有序展開(kāi)。

5.1 數(shù)據(jù)的調(diào)查及收集工作

數(shù)據(jù)調(diào)查與收集工作需要工作者對(duì)高速公路路基路面施工場(chǎng)地展開(kāi)實(shí)踐調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容為自然環(huán)境、社會(huì)情況以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等，因高速公路路基路面工程建設(shè)與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定關(guān)聯(lián)性，需要引起社會(huì)部門的高度重視。

5.2 公路排水設(shè)施設(shè)置工作

高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)工作往往會(huì)用到許多功能不同的排水裝置，需要設(shè)計(jì)工作者遵循實(shí)用性基本要求，在地表水與地下水的攔截過(guò)程中，運(yùn)用溝渠等方式，以便提高整體排水效果。

5.3 水文狀況計(jì)算分析工作

排水設(shè)施的明確往往需要工作者把實(shí)際徑流量作為重要參考依據(jù)[5]，可見(jiàn)計(jì)算當(dāng)?shù)厮那闆r是十分重要的一環(huán)，徑流量計(jì)算準(zhǔn)確，將決定后續(xù)出水口設(shè)計(jì)方式，并使出水口間距設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)一步提升。除此之外，工作者也要對(duì)其展開(kāi)數(shù)據(jù)分析，便于明確排水裝置的尺寸與規(guī)格等。

5.4 開(kāi)展公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

在高速公路路基路面排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)工作者要對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)條件、土壤情況等展開(kāi)實(shí)踐調(diào)查，確保公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的排水設(shè)施不出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，盡量選用堅(jiān)實(shí)耐用的材料，提高高速公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。

6 高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題分析

6.1 排水邊溝設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵問(wèn)題

排水溝邊作為高速公路工程建設(shè)最為多見(jiàn)的排水設(shè)施，溝底坡度、截面大小、截面形狀、表面粗糙程度等作為影響排水能力的主要因素。根據(jù)當(dāng)前工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，排水邊溝要運(yùn)用梯形明溝的方式，其邊坡坡比按照1∶1 的標(biāo)準(zhǔn)。為此，根據(jù)排水設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)，可根據(jù)公式進(jìn)行排水能力的確定，式中，Q表示排水流量；W表示邊溝斷面面積；C表示排水流速系數(shù)；R表示水力半徑；i表示溝底縱坡值。依照高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)工程所處的地理環(huán)境，根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲蠼涤炅?，按照流入邊溝中的水無(wú)溢出的基本要求，將路基平均填高等參數(shù)直接代入公式當(dāng)中，即可明確匯水的帶寬，并結(jié)合邊溝各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算出路基路面排水長(zhǎng)度極限值。例如，某高速公路路基路面排水工程，該路基平均填高為3.6m，通過(guò)計(jì)算，該路面排水長(zhǎng)足極限值處于100～200m，所以根據(jù)260m 間隔距離明確排水涵洞的位置，并利用科學(xué)計(jì)算方式，明確此工程邊溝截面大約為55m。

以上述工程案例為例，因地形起伏明顯，為了滿足路基路面排水要求，并控制工程成本，需要提高邊溝縱坡高度0.3%。由此可見(jiàn)，在高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足要求標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也要滿足實(shí)際施工條件。

高速公路涵洞排水裝置可分為：排涵、灌涵、灌排兩用涵。其中，當(dāng)水進(jìn)入連接排涵的排水溝時(shí)，其底部標(biāo)高應(yīng)該順接涵洞底部標(biāo)高；當(dāng)水進(jìn)入連接灌涵的排水溝時(shí)，其底部標(biāo)高應(yīng)該順接涵洞底部標(biāo)高；當(dāng)水進(jìn)入連接灌、排兩用涵中的排水溝位置時(shí)，其底部標(biāo)高也應(yīng)和水順接涵洞底部標(biāo)高，但是也要結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，進(jìn)行有效控制。除此之外，為了避免涵洞長(zhǎng)時(shí)間受到水的沖刷影響，可通過(guò)設(shè)計(jì)急流槽裝置，將邊溝和涵洞相互連接。

將線路縱斷面和地形條件作為重要依據(jù)，對(duì)邊溝標(biāo)高、縱坡方向加以明確，排水方向要結(jié)合自然條件、地理?xiàng)l件。在明確邊溝標(biāo)高過(guò)程中，要根據(jù)此段路肩邊緣最低位置進(jìn)行標(biāo)高，以免在中央分隔帶位置的排水管因邊溝出現(xiàn)積水現(xiàn)象。一旦不符合上述要求時(shí)，可將其要求適當(dāng)放寬，如若另一側(cè)溝邊比較低，需要注重單側(cè)排水管的設(shè)計(jì)。

為了符合中央分隔排水的基本要求，排水邊溝底部標(biāo)高要超過(guò)路肩標(biāo)高1.2m 的標(biāo)準(zhǔn)[6]，且縱坡需超過(guò)0.3%。對(duì)于后續(xù)高速公路路基路面排水工程施工建設(shè)，設(shè)計(jì)工作者還要在邊坡頂部對(duì)截水溝進(jìn)行開(kāi)挖處理，避免位于路基外側(cè)的水直接沖刷挖方邊坡。

6.2 中央分隔帶排水設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵問(wèn)題

中央分隔帶作為高速公路建設(shè)施工的主要設(shè)施，其排水設(shè)計(jì)目的就是將該區(qū)域內(nèi)的積水及時(shí)排出，并將其分為兩個(gè)階段，即施工階段與管理階段。其中，施工階段的排水量在降雨量、匯水面積的影響下，在中央分隔帶中需要進(jìn)行檢查井，其排水長(zhǎng)度也就是檢查井的間距，通常情況下不超過(guò)180m。以上述工程設(shè)計(jì)為例，此工程所在區(qū)域最大降雨量為每分鐘2.89mm，該中央分隔帶設(shè)計(jì)寬度保持2.2m，能夠?qū)⑴潘芰?zhǔn)確計(jì)算出來(lái)，即1.67524m，而對(duì)于橫向排水管的排水能力計(jì)算，要根據(jù)的計(jì)算公式，其中K表示流量模數(shù)，和管道斷面有一定關(guān)聯(lián)性；H表示水龍高度；L表示排水管長(zhǎng)度。結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，排水管長(zhǎng)度通常設(shè)計(jì)為15～18m，橫坡為3%，根據(jù)上述計(jì)算公式，即可得出在降雨量達(dá)到最大情況下，排水管管徑要超過(guò)250mm 才能符合排水要求。如若提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，可將排水長(zhǎng)度控制在50m，其排水管管徑為75mm。但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，容易面臨許多突發(fā)問(wèn)題，如中央分隔帶主要在完成基層鋪設(shè)施工后展開(kāi)的，內(nèi)側(cè)邊溝側(cè)面過(guò)于粗糙，無(wú)法與瀝青面層相互黏結(jié)，難以形成均勻的防滲層。盡管運(yùn)用土工布，因出現(xiàn)接縫，也會(huì)影響其防水效果。所以，如若出現(xiàn)盲溝積水問(wèn)題，其側(cè)面不能阻止水的滲入。由于高速公路路基路面排水施工質(zhì)量常常無(wú)法有效管控，使排水管實(shí)際標(biāo)高存在一定誤差，以至于上游排水不暢，水滴向低處流淌，但是低處排水管由于包裹土工布，導(dǎo)致排水能力降低，使下游積水現(xiàn)象更加嚴(yán)重，影響高速公路路基路面的強(qiáng)度。由于人手孔會(huì)對(duì)排水造成影響，導(dǎo)致中央分隔帶形成積水，且該部分積水容易滲入人手孔之中，為了解決這一問(wèn)題，可運(yùn)用以下方法：如若底坡設(shè)計(jì)不超過(guò)0.3%，斷面設(shè)計(jì)形狀可采用矩形盲溝方法，并在溝底鋪設(shè)透水管，集水槽應(yīng)按照30～50m的間隔開(kāi)挖，便于水流聚集。另外，分隔帶還要使用水泥砂漿或者瀝青鋪設(shè)防滲層，防滲層厚度應(yīng)超過(guò)2cm，以免側(cè)面發(fā)生滲水事故。

7 結(jié)語(yǔ)

在高速公路工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，路基路面排水設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，設(shè)計(jì)效果將決定工程施工能否有序完成以及后續(xù)正常投入等。在高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)工作者要根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)，全面考量關(guān)鍵問(wèn)題，以便從源頭上確保路基路面排水設(shè)計(jì)具有科學(xué)性、合理性，提高高速公路路基路面排水施工質(zhì)量，延長(zhǎng)高速公路使用期限。