高速公路排水防護分析的論文
摘要：本文介紹了滬寧高速公路(江蘇段)排水與防護設(shè)計的特點，因地制宜地選擇了不同的排水與防護措施，并使其與沿線環(huán)境相協(xié)調(diào)，取得了比較好的效果，可供平原微丘地區(qū)修建高速公路參考。
關(guān)鍵詞：高速公路排水防護設(shè)計
1概況
滬寧高速公路(江蘇段)地處長江下游，西段以微丘地形為主，東段位于長江三角洲平原，北靠長江，南鄰太湖流域，地勢平坦開闊，河網(wǎng)密集，第四系地層厚度大，屬河湖堆積地貌，地下水位高，氣候多雨潮濕。因此，必須采取有效的排水與防護措施，及時排除公路范圍內(nèi)的水，并防止雨水浸入，以確保路基路面穩(wěn)定和高速行車安全。
滬寧高速公路的排水系統(tǒng)是由路基排水、路面排水及中央分隔帶排水三個部分組成的綜合排水系統(tǒng)，路基防護措施是根據(jù)沿線不同的土質(zhì)巖性、水文地質(zhì)條件、坡度、高度和當?shù)夭牧弦虻刂埔说剡x擇的�，F(xiàn)將其介紹如下，以供同行參考。
2路基排水
進行路基排水設(shè)計的目的就是將影響路基強度及穩(wěn)定性的地下水及地面水及時排出公路范圍。路基排水設(shè)施主要由排水墊層、邊溝、排水溝、截水溝、盲溝、滲溝、涵洞等組成，并與原有溝渠、河流等相連。設(shè)計應(yīng)遵循塘路分家、路田分家的原則，使高速公路排水系統(tǒng)自成體系。
2.1地面排水
路基地面排水主要是通過全線貫通的邊溝來進行的，一般采用0.6m×0.6m的梯形邊溝，邊坡1:1，以25cm厚的7.5號漿砌片石鋪砌，邊溝縱坡一般不小于0.3%，坡長小于300m，邊溝水均應(yīng)引離路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑內(nèi)，但不排入魚塘內(nèi)，當邊溝與涵洞、通道發(fā)生交叉時，一般將邊溝水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道處讓路基邊溝向兩側(cè)排走或設(shè)邊溝倒虹吸涵通過。
在挖方地段，還應(yīng)設(shè)置0.4m×0.4m的梯形平臺截水溝，并在坡頂外側(cè)設(shè)0.6m×0.6m的矩形地面截水溝，以排除坡面水。截水溝均以25cm厚的7.5號漿砌片石鋪砌。
2.2地下排水
地下水帶來的危害往往很大。過去的地下水會使得路基泡軟、坍塌，并嚴重影響路面結(jié)構(gòu)的安全，在平原微丘區(qū)修建高速公路尤須重視地下排水設(shè)計。
2.2.1軟基處理段
滬寧高速公路丹陽以東廣泛分布著淤泥質(zhì)軟土層，地下水含量較大，為保證軟土段路基的穩(wěn)定，迅速排除地下水至關(guān)重要。為此，設(shè)計采取：板+砂墊層+超載預(yù)壓的深層。塑料排水實踐證明這些措施可有效地處理及砂墊層+超載預(yù)壓的淺層排水處理等措施。排除軟土段地下水。值得注意的是為確保軟土段地下水迅速由砂墊層排入邊溝，需在砂墊層與邊溝相接的斜面上做15cm厚的級配碎石(粒徑2～4cm)反濾層，在砂墊層底部位置預(yù)留截面為5cm×5cm、縱向間距為10m的泄水孔，且泄水孔出口應(yīng)高于邊溝底30cm。
2.2.2低矮路堤
滬寧高速公路丹陽段有很多路段處于水稻田的低矮路堤(路基邊緣設(shè)計標高與原地面標高之差小于1.55m)，為及時排除地下水，確保路基不處于過濕狀態(tài)，設(shè)計采取護坡道下挖和邊溝加深的措施，護坡道高程(m)=設(shè)計高程(m)-1.8m，實際使用效果良好，但應(yīng)注意邊溝出水口不應(yīng)低于常水位標高或利用的排水溝渠的底面標高。
2.2.3挖方路段
滬寧高速公路鎮(zhèn)江、南京段處于丘陵區(qū)，路基基本設(shè)計成路塹形式，對于水稻田地段的土質(zhì)挖方段，尤其是邊溝長、溝底坡度緩的地段，采用滲溝隔斷地下水向路基滲流的路徑(如圖1所示)；對于石方挖方段，可結(jié)合取土，盡量使路兩側(cè)邊溝挖深、挖寬，以利截流地下水和降低路基中地下水位。a型邊溝因下部的矩形斷面較小，易為泥砂填塞，影響排水，一般僅僅在地形限制的情況下使用；b型邊溝的寬度及深度可視地下水位及地形情況取用。無論采用何種形式邊溝，都應(yīng)注意控制最小縱坡及最大溝深，以保證邊溝出水口不低于常水位標高或被利用的`排水溝渠的底面標高。
2.2.4填挖交接段
對于路塹和路堤交接處，如路塹地下水位較高，為防止路塹下含水層中的水沿路基縱向流入路堤，使路堤濕化、坍塌，設(shè)計增設(shè)了橫向滲溝。
3路面排水
路面排水設(shè)計是高速公路路面設(shè)計的重要組成部分。一方面，由降雨形成的路面水膜影響車輪與路表面的接觸，車輛高速行駛時，易使車輪產(chǎn)生液面滑移(即“水漂”)，且高速行駛的車輛尾部易形成水霧，影響駕駛員的視線，易發(fā)生交通事故，影響高速行車安全；另一方面，路面水若不能及時排除，還會透過路面面層滲入到基層，這樣易使基層軟化、沖刷和唧漿，影響路面的整體強度，最終導(dǎo)致路面過早破壞。滬寧高速公路地處長江下游，降雨量較大，因此尤需重視路面排水設(shè)計。
3.1一般路段的路面排水
一般路段是指不設(shè)超高的路段。路面排水根據(jù)路線縱坡采用分散漫流式和集中截流式2種形式。當路線縱坡＜0.3%時，路面排水采用分散漫流式，路緣石采用水泥混凝土的平緣石，路面水沿縱坡和橫坡經(jīng)路堤邊坡排入邊溝；當路線縱坡≥0.3%時，路面排水采用集中截流式，在硬路肩邊緣土路肩范圍內(nèi)設(shè)置瀝青混凝土攔水緣石，匯集路面水，每隔一定距離經(jīng)泄水口流入邊坡急流槽，排至路基邊溝。
3.2超高路段的路面排水
設(shè)置了超高的路段，路面水易浸占超高側(cè)行車道，并穿過凸形中央分隔帶緊急開口進入另一側(cè)行車道，從而影響行車安全，故應(yīng)及時排除超高側(cè)匯集的路面水。滬寧高速公路在超高側(cè)行車方向左側(cè)路緣帶設(shè)置了縱向排水溝，并每隔一定距離設(shè)置了集水井及橫向排水管，這樣超高側(cè)路面水沿縱坡及橫坡流入邊坡急流槽，再排入路基邊溝。
3.3中央分隔帶排水
滬寧高速公路中央分隔帶采用凸形，雖然大部分降水通過凸形中央分隔帶可自排到路面上，但仍有少部分水會滲入到中央分隔帶內(nèi)，必須引起重視。滬寧高速公路在中央分隔帶范圍內(nèi)的路基及路面結(jié)構(gòu)層上涂雙層瀝青。以阻止?jié)B入到中央分隔帶回填土中的雨水進一步滲入路面結(jié)構(gòu)層及路基，并在中央分隔帶底部設(shè)縱向碎石盲溝(碎石粒徑不大于4cm，含泥量不大于3%)，并在路兩側(cè)每隔100m左右交錯設(shè)置了直徑為5cm的橫向硬塑管，使雨水排出路基范圍。硬塑管進口處用土工布包裹，碎石盲溝上鋪土工布以便與回填土隔離。
設(shè)計中應(yīng)注意如下兩點：①因中央分隔帶中需設(shè)置通信、監(jiān)控用人井，這些人井會隔斷縱向碎石盲溝，為不影響中央分隔帶的排水，應(yīng)將人井前的橫向排水管移至人井壁，并在迎水側(cè)的人井壁涂瀝青以防雨水滲入人井中；②遇到橋梁、通道等構(gòu)造物的兩端各增設(shè)一道橫向排水管，以防止碎石盲溝中的水沿縱坡匯集于構(gòu)造物臺背，使臺背填土淘空，造成橋頭跳車。
3.4路面結(jié)構(gòu)排水防滲措施
滬寧高速公路面層為三層不同類型的瀝青混凝土，基層與底層均為半剛性材料，由于無論何種類型的瀝青混凝土面層總會透水，且半剛性基層的反射裂縫將加大瀝青混凝土面層的漏水，如不及時將水排除，水將浸入到半剛性基層，并嚴重影響其穩(wěn)定性，從而影響路面的整體強度，因此，滬寧高速公路在基層頂面設(shè)置了瀝青封層，在減少半剛性基層的反射裂縫對瀝青混凝土面層的影響，并阻止透過瀝青混凝土面層的水進一步浸入基層。
為排除瀝青封層上的積水，滬寧高速公路在土路肩內(nèi)設(shè)置了外包土工布的縱、橫向排水盲溝(盲溝內(nèi)填料為：在5～6cm厚的斷面處用1～2cm碎石，在15cm厚的斷面處用2～4cm的碎石)。a型適用于路線縱坡＜0.3%路段，b型適用于路線縱坡≥0.3%路段。
4路堤邊坡防護
4.1一般土質(zhì)路堤
滬寧高速公路路堤填料主要為具有不同含水量的粘性土，由于填土比較高，故須重視邊坡防護，而坡面的防護型式應(yīng)結(jié)合路面排水作綜合考慮。滬寧高速公路規(guī)定，采用分散漫流式路面排水的路段，邊坡采用厚25cm7.5級漿砌片石襯砌拱防護(下墊10cm砂墊層，拱內(nèi)植草，下同)以防止邊坡沖刷，當路堤高度＜6m采用單層襯砌拱防護，6m的則采用雙層襯砌拱防護；路面排水采用集中截流式的路段，路基邊坡一般采用植草防護。為防止高路堤邊坡受沖刷，要求路堤高度為4～6m的采用單層襯砌拱防護，＞6m的則采用雙層襯砌拱防護，且宜將雙層襯砌拱防護的上、下兩層襯砌拱錯開布置。
4.2粉土路堤
滬寧高速公路丹陽段有14km粉土路段。由于該土質(zhì)邊坡極易被雨水沖刷，為探索其較有效的防護方式，以確保路基路面的穩(wěn)定，在這一路段共進行了滿鋪漿砌片石護坡、現(xiàn)澆水泥混凝土薄板護坡、法式嵌鎖型混凝土預(yù)制塊干砌護坡和日式長方形混凝土預(yù)制塊干砌護坡等4種防護型式的試驗，各種防護形式的試鋪長度均為50m。
由試驗分析：混凝土預(yù)制塊干砌護坡具有施工速度快的優(yōu)點，但預(yù)制塊間的縫隙滲水，易使邊坡局部淘空，使其喪失防護作用；現(xiàn)澆混凝土薄板護坡表現(xiàn)了良好的使用性能，在揚(州)～江(都)一級公路已成功應(yīng)用，但高速公路規(guī)范無此防護形式，且薄板難以避免裂縫，隨時間推移及風(fēng)化的砂巖是否繼續(xù)擴展也難預(yù)料，故存在隱患不宜大規(guī)模采用；滿鋪漿砌片石護坡造價雖高，但防護性能好、外表美觀，高等級公路使用有成熟的經(jīng)驗。因此，滬寧高速公路最終選用了此種方法。為防止砌體萬一沉降開裂導(dǎo)致雨水沖刷，將傳統(tǒng)的10cm砂礫墊層改為一層有紡?fù)凉げ肌嵺`證明，這種防護方法能有效地防止雨水對粉土邊坡的沖刷，而確保路基的穩(wěn)定。
4.3石質(zhì)路堤
滬寧高速公路南京段地處寧鎮(zhèn)山脈丘陵地帶，部分路堤填料為風(fēng)化的泥質(zhì)頁巖、弱風(fēng)化的灰?guī)r等。針對不同的填料，路堤邊坡采用了不同的防護方式。
由于風(fēng)化的泥質(zhì)頁巖水穩(wěn)定性差，為防止邊坡沖刷，采用厚30cm7.5級滿鋪漿砌片石護坡防護；弱風(fēng)化的石灰?guī)r中，已風(fēng)化部分水穩(wěn)性差，未風(fēng)化部分比較堅硬，刷坡困難，故邊坡采用了7.5級漿砌片石矮擋墻臺階式護坡(臺階設(shè)外傾4%泄水孔，階內(nèi)設(shè)碎石反濾層)，為增強美觀，臺階頂面填土20cm，做成2%向外傾斜的橫坡并植草防護。風(fēng)化砂巖則水穩(wěn)性較好，因此，邊坡采用20cm×20cm的20級混凝土空心六角形預(yù)制塊防護(空間填土植草，下同)。
從實踐應(yīng)用，該防護能有效地防止雨水浸入，確保填石路堤的穩(wěn)定。
4.4橋頭路堤
滬寧高速公路橋頭填土普遍較高，路堤如得不到防護，則邊坡易被沖刷，甚至淘空導(dǎo)致臺后填料流失，危及橋臺，影響行車安全和舒適。為此，要求橋臺外10m長的橋頭路堤采用厚30cm7.5級滿鋪漿砌片石護坡(下墊10cm砂墊層，下同)，橋頭設(shè)人行踏步，兼作橋頭排水急流槽，以確保路堤不受沖刷。
4.5浸水路堤
滬寧高速公路沿線區(qū)域河網(wǎng)密布，路段多為壓河、塘的浸水路堤。為確保路基穩(wěn)定，邊坡采用厚30cm7.5級滿鋪漿砌片石護坡，其高度應(yīng)在設(shè)計洪水位以上0.5m。
5路塹邊坡防護
土質(zhì)挖方段的路塹，上邊坡主要采用25cm7.5級漿砌片石襯砌拱或20cm×20cm的20級混凝土空心六角形預(yù)制塊防護；石質(zhì)挖方段主要采用護面墻或漿砌片石護面防護，上邊坡應(yīng)分級防護，護面墻每5m高為一級，設(shè)置2m寬平臺及40cm×40cm的平臺截水溝，挖深不足5m的設(shè)置漿砌片石護面，坡頂用寬0.25m漿砌片石鋪砌，其外側(cè)再用原土夯實，以免邊坡水流沖刷，滲入墻后引起破壞。護面墻及漿砌片石護面縱向每隔10m設(shè)置一道2cm寬的沉降縫，并用瀝青麻絮填塞縫隙，且上、下、左、右每隔2m交錯設(shè)置10cm×10cm的泄水孔，孔后設(shè)反濾層。
6土路肩及護坡道防護
滬寧高速公路路基邊坡原設(shè)計砌石防護(含滿鋪漿砌片石、漿砌片石襯砌拱、空心六角形混凝土預(yù)制塊)，其漿砌片石壓頂伸入土路肩內(nèi)0.25m，由于難以保證路基邊緣線完全符合設(shè)計線形，造成彎彎曲曲而影響美觀。為此，將全線砌石防護段邊坡壓頂改澆為4cm20級細石子混凝土。為保證線形順適，必須采用兩側(cè)立模進行現(xiàn)澆。同時，為防止土路肩滲水而危及路基路面，對其裸露土部分也采用40cm20級細石子混凝土進行硬化處理。實踐證明，這一處理效果很好。
7結(jié)束語
排水與防護設(shè)計是高速公路設(shè)計的重要內(nèi)容之一，應(yīng)根據(jù)公路等級、降雨強度、地下水、地形、地質(zhì)、土類、材料來源等情況綜合考慮，合理布局，因地制宜地選擇經(jīng)濟、合理、美觀、實用的工程措施，確保高速公路的穩(wěn)定和高速行車的安全，同時達到與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、美化高速公路的效果。我國高速公路建設(shè)方興未艾，但由于實踐時間短，高速公路的排水與防護還沒有成熟的經(jīng)驗，尚需建設(shè)、設(shè)計、科研、施工、監(jiān)理等方面共同努力，在實踐中不斷探索、總結(jié)，以提高我國高速公路的建設(shè)質(zhì)量。
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