山區(qū)公路排水設(shè)計(jì)分析

上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海 201108

1 工程概況

西藏山區(qū)某公路工程位于昌都市，全線地貌可劃分為高山峽谷地貌和高原臺(tái)地地貌兩大二級(jí)地貌單元。公路路線全長約為55.3km，道路等級(jí)為一級(jí)公路，路基寬度為24.5m，按照雙向四車道的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度為80km/h。該工程所在區(qū)域內(nèi)溝谷縱橫、山高水急、江河密布，大部分河流水位隨季節(jié)變化而變化。項(xiàng)目組為了保障路基安全穩(wěn)定，對(duì)該項(xiàng)目排水進(jìn)行了重點(diǎn)研究設(shè)計(jì)，首先根據(jù)勘察報(bào)告對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)水系進(jìn)行了總體分析，進(jìn)而制訂了排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。此次排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括路基排水設(shè)計(jì)和路面排水設(shè)計(jì)，其中路基排水分為地表排水和地下排水，路面排水分為路面表面排水和路面內(nèi)部排水。

2 路基排水設(shè)計(jì)

2.1 路基地表排水

路基排水的主要目的是保證路基的穩(wěn)定。此次路基排水設(shè)計(jì)主要是通過截水溝、急流槽、邊溝和排水溝等設(shè)施，將路基范圍內(nèi)的水排進(jìn)天然河溝，形成完善的路基排水系統(tǒng)。

（1）排水溝。一般將排水溝設(shè)置在填方邊坡坡腳外側(cè)，把路基范圍內(nèi)的水流引到就近的橋涵或路基范圍外的地方。該工程設(shè)計(jì)參照當(dāng)?shù)亓?xí)慣采用矩形排水溝的形式，為了節(jié)約造價(jià)和進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，按照《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D33—2012）（以下簡稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》）中的規(guī)定，通過水文、水力計(jì)算并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)最終確定了排水溝尺寸。其中，水文計(jì)算為設(shè)計(jì)徑流量的計(jì)算；水力計(jì)算是根據(jù)設(shè)計(jì)徑流量確定斷面尺寸和檢驗(yàn)水流速。

以排水溝尺寸計(jì)算為例，其計(jì)算過程具體如下。

第一，水文計(jì)算。①匯水面積和徑流系數(shù)。假設(shè)路面長度為L，邊坡高度為H，那么匯水區(qū)域在路堤坡面（包括護(hù)坡道）上的面積為f1=2L+1.5LH；匯水區(qū)域在土路肩上的面積為f2=0.75L；匯水區(qū)域在瀝青路面上的面積為f3=11.5L；匯水區(qū)域在中央分隔帶上的面積為f4=L。根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》，護(hù)坡道的徑流系數(shù)取ψ1=0.53，土路肩徑流系數(shù)取ψ2=0.6，瀝青混凝土徑流系數(shù)取ψ3=0.95，邊坡坡面起伏草地徑流系數(shù)取ψ4=0.55。因此，總的匯水面積為F=f1+f2+f3+f4=(1.5H+14.25)÷L，匯水區(qū)的徑流系數(shù)為ψ=(0.83H+12.03)L÷F。②匯流歷時(shí)。假設(shè)匯流歷時(shí)10min。③降雨強(qiáng)度。通過查閱相關(guān)資料，取路界內(nèi)坡面排水重現(xiàn)期為15年，降雨歷時(shí)為10min。依據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》降雨強(qiáng)度等值線圖和有關(guān)轉(zhuǎn)換系數(shù)，求得Q15,10=1.36mm/min（為15年重現(xiàn)期10min降雨強(qiáng)度）。④設(shè)計(jì)徑流量與計(jì)算流量。設(shè)計(jì)徑流量Q設(shè)計(jì)=16.67ψqF=(18.7H+272.62)L×10-6m3/s。

表1 各種尺寸排水溝設(shè)計(jì)流量一覽表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合橋涵排水構(gòu)造物的設(shè)置間距、地形地物、自然溝渠的分布、當(dāng)?shù)氐氖褂媒?jīng)驗(yàn)等情況，最后推薦尺寸為0.6m×0.6m的矩形混凝土排水溝，溝身用30cm厚M10漿砌片石砌筑。

（2）邊溝。挖方路基或者低填方路段設(shè)置矩形邊溝，以此排除路基范圍內(nèi)的少量雨水。根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定邊溝尺寸，通過計(jì)算決定采用蓋板邊溝，尺寸為0.6m×0.6m，溝身采用30cm厚M10漿砌片石砌筑。當(dāng)連續(xù)挖方長度較長或設(shè)置有中央分隔帶橫向排水管時(shí)，需要增大邊溝尺寸，要求邊溝最小縱坡不小于0.3%。

（3）截水溝。截水溝設(shè)計(jì)主要包括邊坡平臺(tái)截水溝和山坡坡頂截水溝。由于項(xiàng)目位于山嶺地區(qū)，為了保證邊坡的安全，邊坡均分級(jí)設(shè)置，第一級(jí)邊坡為8m，第二級(jí)邊坡為10m。邊坡分級(jí)處均設(shè)置2m的邊坡平臺(tái)，為了保護(hù)邊坡不出現(xiàn)水毀，在邊坡平臺(tái)上設(shè)置L型平臺(tái)截水溝，尺寸為0.4m×0.4m，采用30cm厚M10漿砌片石鋪砌。此外，在挖方較大的路段，為了防止坡頂雨水垂直流下沖刷邊坡，在邊坡坡頂以外不小于5m處設(shè)置矩形截水溝，尺寸為0.5m×0.5m，溝身采用30cm厚M10漿砌片石砌筑，最終將水引入天然沖溝或排水溝。

（4）急流槽。由于項(xiàng)目位于山區(qū)，填挖方都很大，造成水流速度較快，為了保障邊坡與排水設(shè)施的穩(wěn)定，此次設(shè)計(jì)共采用兩種急流槽。一種為0.6m×0.5m的現(xiàn)澆混凝土急流槽，當(dāng)路基邊溝與排水溝相接處坡度大于1∶5以及排水溝水進(jìn)入沿線人工河流或自然河流時(shí)，設(shè)置0.6m×0.5m的現(xiàn)澆混凝土急流槽；另一種為0.5m×0.5m的現(xiàn)澆混凝土急流槽，設(shè)置于道路超高路段橫向排水管出口，將超高處雨水排入排水溝。

（5）中央分隔帶排水。為了防止中央分隔帶積水滲入道路面層和基層，需要及時(shí)排出中央分隔帶過多的積水，該工程中央分隔帶排水設(shè)計(jì)如下：在中央分隔帶填土與路面機(jī)構(gòu)層接觸處設(shè)置防滲土工布，中央分隔帶底基層附近設(shè)碎石滲溝，滲溝截面尺寸為0.25m×0.2m，滲溝內(nèi)加設(shè)Φ100mm縱向塑料濾水管，分隔帶內(nèi)滲水匯集后通過Φ110mmHDPE橫向塑料排水管排入路基邊溝或通過填方坡面引入路基排水溝。

（6）超高段排水。為了有效排出超高段雨水，在中央分隔帶旁路緣帶附近設(shè)置縱向集水溝，是尺寸為0.5m×0.5m的蓋板集水溝，溝身采用C25水泥預(yù)制，蓋板采用C25混凝土預(yù)制，經(jīng)集水井、橫向排水管（采用Φ30cm鋼筋混凝土預(yù)制圓管）流經(jīng)急流槽或挖方邊溝排出。超高路段中央分隔帶底基層附近碎石滲溝內(nèi)匯水則通過集水井收集后，再通過橫向排水管將水排至邊溝或由邊坡急流槽引離路基。

2.2 路基地下排水

當(dāng)挖方路段地下水發(fā)育時(shí)，地下水會(huì)對(duì)排水設(shè)施和路面結(jié)構(gòu)造成損壞，因此對(duì)于該項(xiàng)目地下水發(fā)育路段，在邊溝下設(shè)置尺寸為0.6m×1m的梯形碎石滲溝，出口設(shè)置于挖方路基以外的填方路段，最終將滲溝水引入路基排水溝。

3 路面排水設(shè)計(jì)

3.1 路面表面排水

結(jié)合路基防護(hù)形式，一般填方路面水直接沿坡面漫流或通過骨架導(dǎo)流槽引入排水溝排出；挖方路段由路拱自然漫流至邊溝排出。

3.2 路面內(nèi)部排水

當(dāng)路基兩側(cè)存有積水時(shí)，積水有可能滲透到路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，破壞路面結(jié)構(gòu)或者路基，此次路面結(jié)構(gòu)層外側(cè)土路肩采用C25現(xiàn)澆混凝土硬化設(shè)計(jì)，路面結(jié)構(gòu)層滲水沿底基層級(jí)配碎石縫隙排到邊部天然砂礫培土肩，最后通過Φ50mm泄水孔排出。

4 結(jié)束語

綜上所述，進(jìn)行山區(qū)公路設(shè)計(jì)時(shí)一定要把排水設(shè)計(jì)作為一個(gè)重要的研究點(diǎn)，根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目所處地理環(huán)境氣候和周邊橋涵水系等資料，因地制宜，做好項(xiàng)目的排水設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，保證公路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善，運(yùn)營通暢，從而保障公路項(xiàng)目的質(zhì)量、使用壽命和行車安全。