道路路基防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)和施工

劉慶新

(包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系， 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

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道路路基防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)和施工

劉慶新

(包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系， 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

路基是道路工程的主要承載結(jié)構(gòu)，需要滿足高強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性要求。然而地下水和滲入的路面積水會(huì)侵蝕路基，使路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致安全隱患。結(jié)合某高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目對(duì)路基防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)行研究，實(shí)踐證明防排結(jié)合式防水方案在道路路基防護(hù)中體現(xiàn)了顯著的優(yōu)越性，具有重大的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

道路路基； 防排結(jié)合式； 防水設(shè)計(jì)； 防水施工

0 前言

道路工程分為路基和路面兩個(gè)重要組成部分，其中路基是主要的承載結(jié)構(gòu)，道路路面的行車荷載和車道荷載均先傳遞給路基，再由路基傳遞到地下持力層，因此要求路基有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。然而在道路運(yùn)營(yíng)期間，地下水和滲入的地表水會(huì)侵蝕路基，導(dǎo)致路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，尤其是大雨天氣，路基在水流沖刷下可能失穩(wěn)，引起道路塌陷，造成嚴(yán)重的交通安全事故，因此必須對(duì)路基采取相應(yīng)的防水措施。防排結(jié)合式防水指的是在路基防護(hù)時(shí)同時(shí)運(yùn)用路基防水技術(shù)和路基排水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的二重防護(hù)，從而保證道路工程路基的承載力和穩(wěn)定性滿足安全要求。本文以某高速公路工程為例，對(duì)防排結(jié)合式防水方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工要點(diǎn)進(jìn)行介紹，從而推動(dòng)防排結(jié)合式防水方法在道路工程路基防護(hù)中的應(yīng)用，為相關(guān)道路建設(shè)單位進(jìn)行路基防水設(shè)計(jì)和施工提供理論參考。

1 道路路基防排結(jié)合式防水的意義

防排結(jié)合式防水技術(shù)在道路工程路基防護(hù)中具有顯著的優(yōu)越性，本文主要從兩個(gè)方面對(duì)其意義進(jìn)行闡述。

1.1 道路路基防水的重要性

路基是道路工程的重要組成部分，而路基防水也是道路防水的重點(diǎn)。道路路基防水的重要性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ①路基在道路結(jié)構(gòu)中的重要性。道路工程主要由路面和路基兩部分組成，其中路基是主要的承重結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)承載和傳遞路面的行車荷載和車道荷載。當(dāng)路基受水侵蝕時(shí)，路基變形增大，會(huì)導(dǎo)致路面不平，使行車的舒適性和安全性降低；侵蝕嚴(yán)重時(shí)還可能因路基承載力不足導(dǎo)致路面塌陷，造成巨大的交通事故和人員傷亡。 ②路基材料的水穩(wěn)定性差。路基是沿道路布置的線形構(gòu)造物，通常由土石類散體材料填筑壓實(shí)而成，如：礫石混合料、砂土、碎石土、粗粒土、細(xì)粒土等。然而土石類散體材料的水穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致填筑的路基的水穩(wěn)定差，遇水侵蝕會(huì)導(dǎo)致路基強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定相降低；在雨水沖刷作用下甚至可能導(dǎo)致路基沉陷或坍塌，造成嚴(yán)重后果。 ③路基的外部水環(huán)境復(fù)雜。路基填筑在地下一定深度處，一方面，當(dāng)?shù)叵滤簧仙铰坊谖恢脮r(shí)，會(huì)對(duì)路基產(chǎn)生侵蝕和沖刷，損害路基；另一方面，路面積水也可能通過(guò)路面和土層滲入路基，影響路基的性能。 ④路基損壞不易發(fā)現(xiàn)。路基在道路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，屬于地下隱蔽結(jié)構(gòu)，當(dāng)路基受到水侵蝕破壞時(shí)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，導(dǎo)致路基事故發(fā)生幾乎無(wú)法避免，因此必須對(duì)路基防護(hù)予以重視。道路路基受水侵蝕的形式見圖1。

圖1 路基的復(fù)雜水環(huán)境示意圖Figure 1 Complex water environment of subgrade

道路路基防水問題一直困擾著國(guó)內(nèi)外的學(xué)者和工程師，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示每年汛期因洪水造成的公路、橋梁等破壞的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)10億元，并且在逐年增長(zhǎng)。其中80%以上的公路、橋梁破壞均是因路基水毀引起，因此加強(qiáng)對(duì)道路路基防水保護(hù)措施刻不容緩。

1.2 防排結(jié)合式防水的優(yōu)越性

地下工程防水的方法常見的有：防、排、截、堵等形式，在實(shí)際地下工程排水應(yīng)用中，應(yīng)采用多種形式相結(jié)合的防水設(shè)計(jì)方法。然而在實(shí)際進(jìn)行路基防水設(shè)計(jì)中，目前我國(guó)主要是通過(guò)設(shè)置各種排水溝進(jìn)行路基防護(hù)，不能充分保證路基的防水安全性。防排結(jié)合式防水技術(shù)即結(jié)合路基防水措施和路基排水措施，形成路基防水的二重防線，具有顯著的優(yōu)越性。防排結(jié)合式防水方法具有以下優(yōu)勢(shì)： ①防排結(jié)合，二重防線。采用單獨(dú)的排水措施，只能排除大部分的流動(dòng)水，無(wú)法有效隔絕水的滲流作用，而防水措施的存在，能夠有效隔絕水的滲流，二次防護(hù)能有效隔絕水對(duì)路基的侵蝕作用。 ②防水措施和排水措施共同承擔(dān)防護(hù)任務(wù)，設(shè)計(jì)和施工難度變小。當(dāng)只采用任意一種方式時(shí)，排水或防水的難度大，如：只采取防水措施，則材料的高防水性、路基的高密實(shí)度等會(huì)限制防水方案的設(shè)計(jì)和施工；只采取排水措施，則需要排水溝的尺寸大、布置密集等，增大排水方案設(shè)計(jì)和施工的難度。采用防排結(jié)合式防水方案，防水措施和排水措施各承擔(dān)部分的防護(hù)任務(wù)，排水方案和防水方案的設(shè)計(jì)和施工難度低，且布置更加靈活。 ③保證道路安全，延長(zhǎng)使用壽命。采用防排結(jié)合式防水方案，能有效防止水對(duì)路基的侵蝕，從而保證道路的承載能力滿足要求，延長(zhǎng)道路使用壽命，對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性都有重要意義。

2 某高速公路工程的防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

本工程為位于陜西省西南部的一段在建高速公路，該標(biāo)段全長(zhǎng)6.5 km，公路的設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h，路基設(shè)計(jì)寬度為24.5 m。建設(shè)路段內(nèi)山地海拔多位于300～1 400 m之間，地勢(shì)總體呈現(xiàn)出東低西高，南北兩側(cè)高、中間地勢(shì)低的特點(diǎn)。由于山地走勢(shì)陡峭，在夏季多雨季節(jié)水流會(huì)匯集在一起，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)形成水災(zāi)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。為了防止雨季高速公路路基水毀，本工程采用防排結(jié)合式防水方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

2.2 防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)的初步方案

結(jié)合本標(biāo)段的水文地質(zhì)情況，擬采用防排結(jié)合式路基防護(hù)措施，分為以下幾個(gè)方面： ①路基防水措施。為了防止道路路基水毀，路基鋪設(shè)時(shí)應(yīng)摻入防水材料，并在路基上方鋪設(shè)防水土工布，保證路基的水穩(wěn)定性。 ②地表排水溝渠布置。地表排水溝渠主要有邊溝、截水溝和排水溝等，本工程中在道路兩側(cè)設(shè)置排水溝和邊溝，排水溝和邊溝與路中線方向平行，并保持適當(dāng)?shù)木嚯x，排水溝和邊溝應(yīng)設(shè)置一定的縱坡，將地表水迅速排放到蓄水池中統(tǒng)一處理；截水溝擬布置路塹段上方，防止積水進(jìn)入路基范圍內(nèi)，截水溝應(yīng)與路塹坡頂和路堤坡腳保持適當(dāng)?shù)木嚯x，防止溝內(nèi)的水浸濕邊坡。 ③地下排水溝管布置。地下排水溝管主要有暗溝、滲溝等，本工程中將滲溝和暗溝布置在路基下方，用于降低地下水位，防止地下水滲入路基，在暗溝和滲溝末端設(shè)置疏通井，將溝內(nèi)的水通過(guò)橫向滲水管分段排出。

2.3 確定防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)的基本參數(shù)

在進(jìn)行防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，包括：排水、防水設(shè)施截面形式和尺寸；各類溝渠管道的底部縱坡；溝渠的設(shè)計(jì)流量等。本節(jié)主要從以下2個(gè)方面進(jìn)行介紹。

2.3.1 設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期確定

設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期指的是道路設(shè)計(jì)降雨標(biāo)準(zhǔn)的重現(xiàn)周期，是進(jìn)行道路路基防水設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，也是確定排水、防水設(shè)施斷面尺寸、道路防水等級(jí)等的重要依據(jù)。我國(guó)的《道路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)不同道路等級(jí)、不同排水設(shè)施的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期作出了明確規(guī)定，具體情況如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期建議值Table1 Recommendedvaluesofdesignedrainfallreappea-ringperioda公路等級(jí)高速、一級(jí)公路二、二級(jí)以下公路排水設(shè)施邊溝、排水溝5～103～5山頂截水溝10～155～10平臺(tái)截水溝5～103～5進(jìn)、出水口10～155～10急流槽、消能設(shè)施10～153～5大型排水溝10025～50

本工程為高速公路某標(biāo)段，因此按照高速公路等級(jí)取值，考慮該地區(qū)雨期長(zhǎng)，地勢(shì)復(fù)雜，在確定設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期時(shí)取較大值。根據(jù)設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期的值，可以選擇排水設(shè)施的斷面尺寸和截面形式，通過(guò)將設(shè)計(jì)流量與排水需求對(duì)比，對(duì)截面形式和尺寸進(jìn)行驗(yàn)算，本文將在施工部分進(jìn)行介紹。

2.3.2 計(jì)算各溝渠、溝管的底部縱坡

在設(shè)置各種溝渠和溝管時(shí)，在確定各溝渠的截面尺寸后，需要對(duì)溝渠的縱坡設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，適當(dāng)增大縱坡能加快溝渠的排水速度，然而當(dāng)縱坡過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致臨界位置的流量超過(guò)最大值，導(dǎo)致溝渠的排水能力不足，工程上一般通過(guò)計(jì)算確定。底部縱坡計(jì)算的基本思路是保證在溝渠的任意處，其泄水能力Qx高于對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)流量Qsx，即Qx≥Qsx，確保溝渠能及時(shí)有效的排水。泄水能力Qx按照以下公式計(jì)算：

(1)

其中：k表示流量模數(shù)，ix表示對(duì)應(yīng)x點(diǎn)處的縱坡坡度。

《道路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出設(shè)計(jì)流量Qsx的計(jì)算公式：

Qsx=16.67ψ·q·Fx

(2)

式中：ψ為徑流系數(shù)；q為平均降雨強(qiáng)度，mm/min；Fx為起點(diǎn)到x點(diǎn)的區(qū)段集水面積，km2。

將公式(1)和公式(2)聯(lián)合并化簡(jiǎn)可以得到如下關(guān)系：

(3)

其中：α=(16.67ψ·q/k)2，可以根據(jù)查表計(jì)算。

當(dāng)縱坡坡度滿足公式(3)時(shí)表示坡度設(shè)置合理，對(duì)于整個(gè)溝渠路段可以確定整個(gè)溝渠的縱坡坡度臨界值：

(4)

式中：F0為溝渠全長(zhǎng)的集水面積，km2。

本工程按照《道路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》確定各溝渠溝管的縱坡坡度，并按照公式(4)進(jìn)行驗(yàn)算，最終計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 溝渠、溝管的縱坡坡度設(shè)計(jì)值Table2 Longitudinalslopedesignvalueofditch溝渠種類縱坡坡度設(shè)計(jì)值/%排水溝1～1.5邊溝、截水溝0.75～1.5暗溝0.75～2滲溝1～2

3 路基防排結(jié)合式防水施工要點(diǎn)

道路路基防排結(jié)合式防水施工主要包括：路基防水施工、截水溝施工、排水溝施工、邊溝施工、暗溝和滲溝施工等。本節(jié)將結(jié)合高速公路標(biāo)段施工實(shí)例進(jìn)行介紹。

3.1 路基防水施工

本工程中路基寬度為24.5 m，采用機(jī)械開挖的方法進(jìn)行挖方工作，在機(jī)械開挖時(shí)預(yù)留0.5 m的厚度由人工進(jìn)行開挖，防止超挖。路基防水施工主要有以下要點(diǎn)： ①摻入防水材料。本工程中主要通過(guò)摻入防水瀝青增強(qiáng)路基的防水性能，防水瀝青的摻量由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。 ②壓實(shí)度要求。在進(jìn)行路基壓實(shí)時(shí)，采用機(jī)械壓實(shí)的方法，遵循“先輕厚重、先慢后快、從兩邊到中間”的基本原則。在壓實(shí)過(guò)程中，保證路基含水量在最佳含水量±2%范圍內(nèi)，相鄰兩段縱向重疊2 m，在每次壓實(shí)完成后路基表面應(yīng)平整，無(wú)碾壓輪跡。 ③鋪設(shè)防水土工布。防水土工布設(shè)置在路基面上方，在鋪設(shè)過(guò)程中對(duì)于接縫處應(yīng)重疊20 mm，并進(jìn)行接縫處理，本工程通過(guò)涂抹瀝青保證接縫處的密封性。

3.2 排水溝施工

在該標(biāo)段中，在路堤兩側(cè)設(shè)排水溝，排水溝采用M7.5漿砌片石砌筑而成，截面類型為梯形，深0.8 m，厚0.3 m，底寬0.8 m，兩側(cè)斜坡為1∶1，設(shè)計(jì)縱坡尺寸為1.5%，具體截面形式如圖2所示。

圖2 排水溝截面尺寸示意圖(單位： cm)Figure 2 Sectional dimension of gutter(unit： cm)

在進(jìn)行排水溝施工時(shí)，應(yīng)注意以下要點(diǎn)： ①開挖排水溝時(shí)，排水溝的斷面尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)尺寸一致，在開挖過(guò)程中嚴(yán)防超挖，對(duì)超挖部分用M7.5漿砌片石填補(bǔ)。 ②在排水溝安裝前，應(yīng)使用砂漿鋪平溝底，保證溝底的密實(shí)度和平整性，在進(jìn)行預(yù)制排水溝吊裝前，應(yīng)對(duì)坑底進(jìn)行檢查，保證坑底干燥無(wú)積水。在吊裝過(guò)程中，應(yīng)做好精確的測(cè)量工作，保證排水溝的縱向標(biāo)高和平面位置符合設(shè)計(jì)要求。 ③在排水溝沿線需要設(shè)置沉降縫，本工程中沉降縫的設(shè)置間隔為15 m，寬度為20 mm，采用M10砂漿進(jìn)行勾縫處理，保證接縫處的密封性。

3.3 截水溝施工

截水溝又稱天溝，在本工程中設(shè)置在路塹段上方，主要作用是截引路基上方流向路基的地面積水。本工程采用矩形截面截水溝，截水溝深度為0.5 m，外圍厚度為0.3 m，采用M7.5漿砌片石砌筑而成，具體的截面尺寸示意圖見圖3。

圖3 截水溝截面尺寸示意圖(單位： cm)Figure 3 Sectional dimension of Intercepting ditch(unit： cm)

截水溝在施工過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ①溝槽開挖。開挖溝槽的截面形式和尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)方案一致，在進(jìn)行截水溝砌筑時(shí)應(yīng)對(duì)溝槽進(jìn)行清理壓實(shí)，保證基底的穩(wěn)定性。 ②截水溝砌筑施工。截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑而成，在砌筑過(guò)程中采用擠漿法分層、分段砌筑，先砌溝底，在砌邊墻。節(jié)水溝砌筑應(yīng)連續(xù)完成，當(dāng)不能進(jìn)行連續(xù)施工時(shí)，應(yīng)在間斷處預(yù)留斜槎。 ③截水溝方向設(shè)置沉降縫。與排水溝相似，每隔50 m需要設(shè)置沉降縫，在接縫處采用M10砂漿勾縫，勾縫為凸縫形式，縫寬為20 mm，厚度為10 mm。 ④截水溝的養(yǎng)護(hù)。在砂漿終凝后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7～14 d。

3.4 邊溝施工

邊溝與排水溝的作用相似，主要是匯集和排除路面、邊坡和路肩的少量積水。在本工程中邊坡設(shè)置在道路兩側(cè)，由M7.5漿砌片石砌筑而成，深度為0.6 m，厚度0.3 m，截面形式為矩形。邊溝的具體截面尺寸如圖4所示。

圖4 邊溝的截面尺寸示意圖(單位： cm)Figure 4 Sectional dimension of ditch(unit： cm)

邊溝采用現(xiàn)澆漿砌片石砌筑而成，邊溝的施工技術(shù)要點(diǎn)與截水溝施工要點(diǎn)相似，區(qū)別在于： ①沉降縫的設(shè)置間距不同。邊溝的沉降縫設(shè)置間距為30 m，沉降縫的設(shè)置寬度為20 mm，采用M10砂漿進(jìn)行勾縫處理。 ②砌筑順序不同。進(jìn)行邊溝砌筑時(shí)，應(yīng)由縱向標(biāo)高從低到高的順序砌筑，砌筑過(guò)程中應(yīng)保持施工的連續(xù)性。

3.5 暗溝、滲溝施工

暗溝和滲溝是主要的地下排水設(shè)施，一方面可以降低地下水位，保持路基干燥；另一方面，當(dāng)?shù)叵滤簧蠞q時(shí)，可以將地下水排出路基范圍內(nèi)，防止路基水毀。暗溝和滲溝設(shè)置形式相似，本節(jié)只對(duì)滲溝進(jìn)行介紹。本工程中采用矩形滲溝，為了防止地下水對(duì)路基的侵蝕，在底基層下方和外圍鋪設(shè)有防水土工布和排水墊層。滲溝由土工布包裹的有孔塑料管和四周填實(shí)的等粒徑碎石和礫石組成，在滲溝下方采用混凝土澆筑滲溝基礎(chǔ)，保證滲溝的穩(wěn)定性。滲溝的具體構(gòu)造示意圖如圖5所示。

圖5 滲溝的具體構(gòu)造示意圖(單位： cm)Figure 5 Specific construction ofsewer(unit： cm)

在暗溝和滲溝施工過(guò)程中，應(yīng)注意以下要點(diǎn)： ①滲溝的組成。滲溝中的有孔塑料管應(yīng)外裹土工布，滲溝內(nèi)的等粒徑碎石和礫石的直徑應(yīng)大于塑料管管徑，避免管道堵塞。 ②滲溝的底部設(shè)置反濾層。反濾層由不同粒徑的砂石、碎石、粗砂、中砂和砂礫等粒料組成，反濾層的粒徑由下到上逐漸減小，粒徑比例按照4∶1逐層遞減，能有效防止雜物進(jìn)入滲溝引起堵塞。 ③滲溝的頂部應(yīng)封閉，在滲溝頂部鋪設(shè)防水土工布，并在防水土工布上方設(shè)置厚度不小于0.5 m的粘土防水層，防止?jié)B溝內(nèi)的水浸濕路基。 ④滲溝埋深。滲溝的頂部不得低于原有地下水位，當(dāng)排除的地下水為層間水時(shí)，滲溝的底部應(yīng)滲入到不透水層，從而保證滲溝排水的有效性。

4 總結(jié)

防排結(jié)合式防水方案在道路工程路基防水中具有良好的適用性，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)路基防排結(jié)合式防水設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)進(jìn)行介紹，對(duì)于提高道路工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。

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the Prevention and Drainage Composite Waterproof Design and Construction of Road Subgrade

LIU Qingxin

(Architectural Engineering of Iron & Steel Vacational Technical College， Baotou， Inner Mongolia 014010， China)

Subgrade is the main load-bearing structures of road engineering，required to have high strength and good stability.However，the infiltrated surface water and groundwater will erode the Subgrade，deteriorating its strength and stability，even leading to security risks.In this paper，the prevention and drainage composite waterproof design and construction of a highway engineering is researched，the practice proved that the prevention and drainage composition has significant advantages in road subgrade waterproof，has great application value and promotional value.

road subgrade； prevention and drainage composition； waterproof design； waterproof construction

2016 — 07 — 25

劉慶新(1971 — )，男，內(nèi)蒙古通遼市奈曼旗人，高級(jí)工程師，研究方向：建筑工程施工與管理。

U 417.3

A

1674 — 0610(2016)05 — 0167 — 05