高速公路路基防排結(jié)合式防水設(shè)計與施工控制要點

朱小剛

（江蘇東南工程咨詢有限公司，南京210018）

1 引言

路基作為道路工程的重要組成部分之一，其肩負(fù)著將路面上的車道載荷與行車載荷傳至地下持力層的重要任務(wù)，所以需要確保其具備較高的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。而在地表積水與地下水長時間的侵蝕下，路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性會嚴(yán)重下降，特別是在強(qiáng)水流的猛烈沖刷下，其極易發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而導(dǎo)致道路發(fā)生塌陷，對行車安全造成嚴(yán)重的威脅，所以，有必要采取有效的防水手段。防排結(jié)合式防水方法是指將路基防水技術(shù)與路基排水技術(shù)結(jié)合起來，同時應(yīng)用到路基防護(hù)中去，以達(dá)到對路基進(jìn)行兩重防護(hù)的目標(biāo)【1】。為進(jìn)一步實現(xiàn)對該種防水方法的推廣應(yīng)用，本文以某高速公路工程建設(shè)項目為例，詳細(xì)分析了防排結(jié)合式防水方案的設(shè)計要點和施工要點。

2 工程概況

此高速公路工程建設(shè)項目位于山西省東南部，標(biāo)段長度為6.7km，路基的設(shè)計寬度為23.4m，該路段沿線為山地，路段海拔在250～1 300m，沿線地形整體呈北高南低的態(tài)勢，且具有東西兩側(cè)高于中間地帶的特征。因受地形的限制，該路段在雨季汛期會積聚大量的雨水，嚴(yán)重影響行車安全。為此，本工程在設(shè)計與施工中采用了防排結(jié)合式的防水方法。

3 路基防排結(jié)合式防水設(shè)計方案

3.1 方案設(shè)計

在對此高速公路工程沿線水文地質(zhì)情況進(jìn)行綜合考慮的基礎(chǔ)上，進(jìn)行路基防排結(jié)合式防水方案設(shè)計，具體內(nèi)容包括以下3 方面：（1）合理布設(shè)地下排水溝管。在高速公路路基下面設(shè)置滲溝、暗溝等，利用其來排出地下水，促使地下水位下降，避免在路基中有地下水滲進(jìn)。為了能夠及時有效地將滲溝、暗溝中的積水排出，在其末端位置處安設(shè)疏通井與橫向滲水管，以此來分段將積水排出。（2）在地表布設(shè)排水溝渠。通常來講，在地表所布設(shè)的排水溝渠包括截水溝、排水溝以及邊溝等。在距離路塹坡頂一定距離位置處布設(shè)截水溝，避免路基被東西兩側(cè)的積水所侵蝕；將排水溝、邊溝布設(shè)在道路東西兩側(cè)位置處，使其軸線平行于道路的中線，為了能夠及時地把地表積水匯聚到蓄水池里面，還需要在排水溝、邊溝中設(shè)置縱坡。（3）采取路基防水措施。在鋪設(shè)路基的過程當(dāng)中，選擇合適的防水材料摻加進(jìn)去，同時，選擇質(zhì)量較好的防水土工布鋪設(shè)在路基的表面，以此來保持路基內(nèi)部的水環(huán)境處于一個穩(wěn)定水平【2～4】。

3.2 基本參數(shù)

在設(shè)計防排結(jié)合式防水方案的過程中，有必要對溝渠的設(shè)計流量、溝渠管道的底部縱坡以及主要設(shè)施截面尺寸等參數(shù)進(jìn)行合理的計算，本節(jié)主要對設(shè)計降雨重現(xiàn)期、溝渠與溝管底部縱坡的確定進(jìn)行了介紹。

3.2.1 設(shè)計降雨重現(xiàn)期

在進(jìn)行道路工程防水建設(shè)的過程中，無論是確定道路的防水等級，還是確定防水與排水設(shè)施的形式、尺寸等，都需要以設(shè)計降雨重現(xiàn)期作為重要考量參數(shù)。在JTG/T D33—2012《公路排水設(shè)計規(guī)范》中嚴(yán)格明確了設(shè)計降雨重現(xiàn)期在不同公路等級與不同排水設(shè)施條件下的取值范圍，其中，規(guī)定在一級公路或者高速公路的截水溝、排水溝以及邊溝的設(shè)計降雨重現(xiàn)期取值范圍為5～10a。本文研究的高速公路工程建設(shè)項目所在地一般雨季時間比較長，而且地形相當(dāng)陡峭復(fù)雜，所以，其設(shè)計降雨重現(xiàn)期取規(guī)定取值范圍中的較大值。對于排水設(shè)施的截面規(guī)格、形式等參數(shù)，可以根據(jù)已定的設(shè)計降雨重現(xiàn)期來予以計算，為確定排水設(shè)施的設(shè)計參數(shù)是否合理，可以通過對設(shè)計流量與排水需求進(jìn)行比較分析來實現(xiàn)，本文將在施工控制要點部分對此予以分析介紹。

3.2.2 溝渠、溝管的縱坡坡度

在將溝渠截面規(guī)格確定之后，需要通過計算對溝渠的縱坡進(jìn)行合理設(shè)計，避免溝渠縱坡過大而致使其排水能力不夠，或者溝渠坡度過小而影響排水速度，在計算溝渠底部縱坡的時候，要保證其泄水能力（Qx）超過所對應(yīng)的設(shè)計流量（Qsx），如此方能充分發(fā)揮出溝渠的排水功能。溝渠縱坡坡度的計算公式如下：

式（1）、式（2）中，ix為計算點的縱坡坡度；Fx為計算區(qū)段的集水面積，km2；α 為修正系數(shù)；ψ 為徑流系數(shù)；q為平均降雨強(qiáng)度，mm/min；k為流量模數(shù)。

當(dāng)縱坡坡度滿足上述公式時，則說明所設(shè)置的縱坡坡度是合理的，為保證溝渠底部縱坡的泄水能力始終大于所對應(yīng)的設(shè)計流量，需要用式（3）來對各溝渠溝管的縱坡坡度is進(jìn)行驗證：

式中，F(xiàn)0為溝渠全長集水面積，km2。

按照式（1）～式（3）來計算并驗證本高速公路工程各溝渠溝管的縱坡坡度，最終結(jié)果如表1 所示。

表1 各溝渠、溝管縱坡坡度設(shè)計值

4 路基防排結(jié)合式防水施工控制要點

4.1 路基防水施工

首先，在路基防水施工的過程中，要摻加一定比例的防水瀝青，摻加比例根據(jù)現(xiàn)場試驗來定。其次，要對路基的壓實度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在采用機(jī)械方式碾壓路基的時候，要從路基的兩側(cè)依次向中間進(jìn)行，并且要按照“先慢后快、先輕后重”的要求來進(jìn)行碾壓，彼此鄰近的碾壓段的縱向重疊不得超過2m，要確保碾壓以后的路基含水量在±2%左右，且路基平整沒有明顯的輪跡。最后，要在路基的上表面進(jìn)行防水土工膜鋪設(shè)，在土工膜的對接處涂抹瀝青來防止密封不嚴(yán)。

4.2 排水溝與邊溝施工

排水溝與邊溝的主要用途為將路肩、邊坡處的積水匯集排出。排水溝布設(shè)在路基的兩側(cè)位置處，其斷面為梯形形狀，根據(jù)本高速公路建設(shè)工程所在地的降雨量情況，其斷面深度為80cm，厚度為30cm，底部寬度為80cm，將排水溝的邊坡控制在1.5%左右，兩側(cè)斜坡的比例為1∶1。在進(jìn)行排水溝開挖施工時，需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計尺寸，一旦出現(xiàn)超挖，則需要利用M7.5 漿砌石來填補(bǔ)超挖位置。在安裝排水溝之前，需要在溝底鋪上一層砂漿，以此來避免溝底出現(xiàn)平整性與密實度差的問題，需要注意的是，要先仔細(xì)確認(rèn)坑底無積水以后，方才可以進(jìn)行預(yù)制排水溝的吊裝。此外，要在排水溝沿線設(shè)置寬度為20mm 的沉降縫，沉降縫的間隔設(shè)為15m，使用M10 砂漿來對接縫處進(jìn)行勾縫。

邊溝布設(shè)在道路的兩側(cè)位置處，其斷面為矩形形狀，斷面深度為60cm，厚度為30cm。邊溝的施工工藝與排水溝基本相同，不同點主要在于其沉降縫寬度為20mm，沉降縫的間隔設(shè)為30m。

4.3 滲溝施工

為了有效降低地下水位，避免發(fā)生地下水位上升而對路基造成侵蝕的現(xiàn)象，有必要布設(shè)滲溝。在本高速公路工程中通過布設(shè)矩形滲溝來進(jìn)行地下排水，在路基的下面設(shè)有排水墊層與防水土工布，在滲溝的內(nèi)部設(shè)有土工布包裹的帶孔塑料管，并且利用礫石填充在塑料管與滲溝的空隙處。 為確保整個滲溝結(jié)構(gòu)的可靠性，可通過在滲溝的底部基礎(chǔ)進(jìn)行混凝土澆筑來實現(xiàn)。在進(jìn)行滲溝施工的過程中，還需要格外注意的是：（1）要合理確定滲溝的埋設(shè)深度，務(wù)必確保其頂部高于原有地下水位，若是地下水為層間水，則需要將滲溝底端設(shè)在透水層的上方；（2）為了避免在滲溝的內(nèi)部進(jìn)入大粒徑的雜物，需要在滲溝的底端裝設(shè)反濾層，反濾層由下至上依次鋪設(shè)不同粒徑的砂石、碎石、中砂、礫石等，粒徑以4∶1 的比例逐層減小【5】。

4.4 截水溝施工

截水溝的主要作用為將路基上方的來水截斷，其一般設(shè)于路塹段的上部位置處。本工程所采用的截水溝斷面為矩形形狀，厚度為30cm，深度為50cm，材料使用M7.5 漿砌片石。在進(jìn)行截水溝施工時需要控制的要點包括：（1）要嚴(yán)格遵循設(shè)計方案來進(jìn)行溝槽開挖，確保尺寸規(guī)格等符合設(shè)計要求；（2）要將截水溝溝槽清理干凈，保持其干燥密實；（3）要使用擠漿法來進(jìn)行砌筑施工；（4）要設(shè)置與截水溝同向的沉降縫，其間距為50m；（5）要截水溝砂漿終凝以后實施灑水養(yǎng)護(hù)，時間為1～2 周。

5 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行高速公路路基防排結(jié)合式防水設(shè)計與施工的過程中，需要結(jié)合相關(guān)規(guī)范與工程實際，對溝渠的設(shè)計流量、溝渠管道的底部縱坡、主要設(shè)施截面尺寸以及設(shè)計降雨重現(xiàn)期等參數(shù)進(jìn)行計算，根據(jù)設(shè)計方案嚴(yán)格把控施工過程。實踐證明，本文所研究的防水設(shè)計防范與施工控制方法取得了顯著的效果，可為其他高速公路路基防水設(shè)計施工提供借鑒。