路基工程排水設(shè)計(jì)淺析

黨韋明

摘 要：路基路面的承載力、穩(wěn)定性及平整度都在很大程度上受到水的影響。作為公路路面病害的重要原因之一，路基、路面材料在水的沖刷和浸泡下，發(fā)生變形從而使得強(qiáng)度降低，同時(shí)由于在行車荷載的反復(fù)作用下，很可能出現(xiàn)裂縫、剝落、松散、坑槽、錯(cuò)臺(tái)甚至斷裂等一系列問題，嚴(yán)重影響了道路的耐久性和行車安全。本篇文章考慮路基排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，對(duì)路基排水系統(tǒng)的布置方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以期為其他工程建設(shè)過程中提供參考。

關(guān)鍵詞：路基；防排水；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U417.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0141-02

1 水對(duì)路基工程的影響

影響路基的水，根據(jù)水源的不同，可分為地面水和地下水。影響主要表現(xiàn)在：地表水對(duì)路基的影響有沖刷和滲透，沖刷在一定程度上會(huì)使得路基穩(wěn)定性受到損害，導(dǎo)致水毀現(xiàn)象的出現(xiàn)；而滲透則使得路基過于潮濕，削弱了路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。地下水對(duì)路基的危害主要是毛細(xì)現(xiàn)象及滲透作用，這種影響因具體條件不同而存在差異，輕者能使路基濕軟，降低路基強(qiáng)度，重者會(huì)引起邊坡滑塌，甚至整個(gè)路基沿傾斜基地滑動(dòng)。在季凍區(qū)還可能產(chǎn)生凍脹、翻漿等病害。

2 路基工程排水設(shè)計(jì)原則

（1）路基排水設(shè)施要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，綜合規(guī)劃、合理布局、講求實(shí)效，并能夠充分利用有利地形和自然水系。

（2）路基排水溝渠的位置，應(yīng)考慮與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利相互配合，必要時(shí)可適當(dāng)?shù)卦黾雍芑驍U(kuò)大涵管孔徑，避免農(nóng)業(yè)用水對(duì)路基穩(wěn)定的影響，同時(shí)可利用路基排水進(jìn)行農(nóng)田排灌。

（3）路基排水設(shè)計(jì)之前必須要調(diào)查研究，了解當(dāng)?shù)厮磁c地質(zhì)條件，對(duì)重點(diǎn)路段排水系統(tǒng)進(jìn)行綜合規(guī)劃，使得路基排水與橋涵布置相配合，各種排水溝渠的平面布置與豎向布置相配合，做到路基綜合設(shè)計(jì)和分期修建。

（4）路基排水要注意附近山坡的可能的水土流失，盡量不破壞天然水系，不可隨意對(duì)天然溝溪進(jìn)行合并，改變水流的性質(zhì)，最大可能的選擇有利地質(zhì)條件進(jìn)行人工溝渠的布設(shè)，減少排水溝渠的防護(hù)與加固工程。

（5）路基排水還要根據(jù)道路等級(jí)，考慮當(dāng)?shù)厮臈l件等實(shí)際情況，盡量就地取材，以防為主，既要做到穩(wěn)固實(shí)用，又必須要保證經(jīng)濟(jì)效益。

3 路基工程排水設(shè)施

路基排水的任務(wù)是通過采取各種工程措施，把路基工作區(qū)內(nèi)的土含水量降到一定范圍內(nèi)，使之常年保持某種穩(wěn)定的干濕狀態(tài)，使路基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性得到保障。不難看出使地表水或地下水不至影響路基工作區(qū)是問題關(guān)鍵所在，排水設(shè)計(jì)皆圍繞這一關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行。因此，在排水設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮將對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的地面水加以攔截，排除在路基范圍之外，并防止漫流、滯留或下滲；對(duì)影響路基穩(wěn)定性的地下水，應(yīng)該阻斷、疏干或降低，并將其引流到路基范圍之外。

3.1 地面排水設(shè)施

地面排水設(shè)施是用來排除路基范圍內(nèi)的地表徑流，常見的路基地面排水設(shè)施有，邊溝、排水溝、截水溝、跌水與急流槽必要時(shí)亦有倒虹吸、渡水槽等。這些排水設(shè)施，分別根據(jù)實(shí)際情況設(shè)在路基兩側(cè)不同的部位，各自的功能，布置要求或構(gòu)造形式，均有所不同。

（1）邊溝。邊溝又稱側(cè)溝，一般設(shè)置在挖方路基的路肩外側(cè)或低路堤坡腳外側(cè)，走向與道路中線平行，主要匯集和排除路基范圍內(nèi)以及流向路基的少量地面水。較為平坦地面上填方路段的路旁取土坑，通常與路基排水設(shè)計(jì)綜合考慮，使之起到邊溝的排水作用。

（2）截水溝。截水溝又稱天溝，位置應(yīng)盡可能的與大部分地面水流方向垂直，從而以提高截水效率，縮短溝的長度。在降水量不大或坡面堅(jiān)硬和邊坡較低，受水流沖刷影響不大的一些路段，可以不設(shè)截水溝；相反地，在降水量較多，且暴雨出現(xiàn)頻率較高，坡面松軟且較高，水土流失比較嚴(yán)重的地段，必需時(shí)可設(shè)置兩道或更多截水溝。截水溝一般為梯形斷面，邊坡坡度與巖土條件有密切的關(guān)系。溝底寬度b不小于0.5m，溝深按設(shè)計(jì)量而定，亦不應(yīng)小于0.5m。

（3）排水溝。排水溝的主要作用是排除來自邊溝、截水溝或路基范圍內(nèi)其他途徑的水源，并將其引流到路基范圍之外的安全指定地點(diǎn)。排水溝的設(shè)置，應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛驳葪l件，利用有利地勢，遠(yuǎn)離路基。一般情況下距路基坡腳的距離不宜小于3-4m，平面上應(yīng)追求直接，在轉(zhuǎn)彎時(shí)也要盡量圓順，做成弧形，且半徑應(yīng)該大于10-20m，連續(xù)長度不宜太長，一般不超過300m，排水溝的水流匯入其他的排水溝渠或水道時(shí)，應(yīng)保證不在原水道產(chǎn)生沖刷或淤積。通常應(yīng)使排水溝與原水道兩者成銳角相交，交角不大于45°，有條件可用半徑R=10b（b為溝頂寬）的圓曲線朝向下游與其他水道相接。

（4）跌水與急流槽。跌水與急流槽是比較特殊的人工排水溝渠，主要用于水頭差較大、且上下游過度需在較短水平距離內(nèi)完成的情況。常用于陡坡地段排水，溝底縱坡可達(dá)45°，在陡坡或深溝地段設(shè)置的溝底為階梯，水流呈瀑布跌落式通過的溝槽稱為跌水，其要達(dá)到的效果是在較短的距離內(nèi)，減緩水流速度，消減水流能量。在陡坡或深溝地段設(shè)置的坡度較陡，水流不離開槽底的溝槽稱為急流槽，其目的是將上下游水位差較大的水流引至橋涵進(jìn)口或路基下方。

（5）倒虹吸與渡水槽。水流跨越路基，受到設(shè)計(jì)標(biāo)高的限制，可以采用管道或溝槽，從路基底部或上部架空跨越，前者稱為倒虹吸，后者稱為渡水槽。倒虹吸是利用上、下游溝渠之間的水位差，利用勢能迫使水流降落，經(jīng)由路基下部管道流到路基的另一側(cè)，然后再利用動(dòng)能上升匯入下游溝渠。

3.2 地下排水設(shè)施

地下水在影響路基的穩(wěn)定（整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定）或路基的強(qiáng)度受到嚴(yán)重危機(jī)的情況下，通常根據(jù)具體情況采取攔截、旁引、降低地下水位，盡快地排除路基含水層的地下水，疏干坡體內(nèi)地下水，以及及時(shí)采取一定的隔離措施進(jìn)行防護(hù)處理。

常見的路基地下排水設(shè)施主要有：明溝、暗溝、滲溝和滲井等。

（1）明溝。明溝是指為了排除地面積水、土壤中多余的水分和過高的地下水而在地面開挖溝道的一種技術(shù)措施。明溝的斷面形式有梯形斷面和矩形槽式斷面兩種。

梯形斷面的明溝，一般情況下用于地下水埋藏淺的潛水以及承壓水，深度僅為1.2m，或潛水通過的底層穩(wěn)定且能夠進(jìn)行較深明挖的地方。矩形槽式斷面的明溝一般用于處理地下水埋藏較深，或地質(zhì)情況不好、水溝邊坡不穩(wěn)定，容易發(fā)生滑塌的地方，深度可達(dá)3m左右，明溝用處較廣，施工簡易，養(yǎng)護(hù)方便，造價(jià)較低，是排出地下水的實(shí)效性較大的措施。

（2）暗溝。暗溝與地面排水的明溝相對(duì)，又稱盲溝，是指設(shè)置在地面以下用于引導(dǎo)水流的溝渠，暗溝自身沒有滲水和匯水的作用，它的主要功能是利用其透水性能夠?qū)⒙坊秶鷥?nèi)的水或通過滲溝匯集的水流引流到溝內(nèi)，并沿溝渠排至指定安全地點(diǎn)，使其不會(huì)致在土中擴(kuò)散，它的水力特性屬于紊流。暗溝溝內(nèi)分層是由大小不同的顆粒材料填筑而成，主要利用滲水材料的透水性將地下水匯集于溝內(nèi)，并沿溝排泄至指定安全地點(diǎn)，對(duì)流向路基的層間水進(jìn)行攔截，確保路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，防止路基邊坡滑塌和毛細(xì)水的上升。盲溝一般在路基兩側(cè)邊溝下面均有設(shè)置，主要是降低地下水位，防止毛細(xì)水上升至路基工作區(qū)范圍內(nèi)，大量水分積聚而造成凍脹和翻漿，或土基過濕而降低強(qiáng)度等。盲溝構(gòu)造比較簡單，橫斷面一般為矩形，亦可做成上寬下窄的梯形，溝壁傾斜度約為1：0.2，底寬b與深度h大致為1：3，深約1.0-1.5m，則底寬約為0.3-0.5m。盲溝的底部中間填以粒徑較大（3-5m）的碎石，其縫隙較大，水可在縫隙中流動(dòng)。粗粒碎石兩側(cè)和上部，按一定比例分層（層厚約100m）填以較細(xì)粒徑的粒料。盲溝頂部和底部，一般設(shè)有后30cm以上的不透水層。

（3）滲溝。滲流是常用的地下排水溝。當(dāng)路基含有較多的水時(shí)，可以用來吸收、減少、收集和消除地下水。也可以是地下水流截流的路基，滲透方式將匯入地下水的溝渠中，并利用底部通道來終止指定的安全，地下排水設(shè)施稱為下水道。其作用是降低地下水位或截?cái)嗟叵滤?，其水力特性是湍流的，但結(jié)構(gòu)與簡單溝渠不同。

（4）滲井。滲井可以將路基的上部地下水引入更深的含水層，從而降低地下水或消除所有地下水。滲流井的平面布置，以及孔徑和滲水，由水力計(jì)算確定，一般直徑為1.0-1.5m，或長度為1.0-1.5m的方形。當(dāng)井深時(shí)，根據(jù)底層結(jié)構(gòu)的情況，井是由中心到周圍區(qū)域的某一層。反過來，它填入粗和細(xì)的礫石材料，粗的材料滲漏，和優(yōu)良的材料是相反的。滿足嚴(yán)格篩選和洗滌的材料要求，當(dāng)施工需要鐵袖空間填充不同粒度的材料時(shí)，要求不同的厚度，不得混合填充材料，確?？觾?nèi)的排水效果。

4 結(jié)語

路基是裸露在地表的人工結(jié)構(gòu)物，直接接受著各種不利自然因素的影響。要保證路基的穩(wěn)定性，提高路基的強(qiáng)度和抗變形能力，對(duì)路基排水設(shè)計(jì)不能憑著習(xí)慣進(jìn)行，首先要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況盡心分析，在進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟季?，選擇合適的排水方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得排水設(shè)施設(shè)計(jì)布局合理，防止出現(xiàn)排水功能重復(fù)或不能滿足其排水要求，未能達(dá)到預(yù)期的效果。因此，路基的排水的設(shè)計(jì)對(duì)公路的使用安全性能和壽命起著重要的作用。

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