道路路基排水設計及創新應用

葛皖

（上海蘭德公路工程咨詢設計有限公司，上海市 200065）

0 引言

水是對道路正常使用產生危害的最主要的自然因素。為了提高道路的使用性能，延長道路使用壽命，降低后期維護成本，在路基設計施工中，路基防排水系統的設計顯得尤為重要。

路基排水設計應采取排、疏、防相結合的原則，并應與路面排水系統、邊坡防護、地基處理等其他措施相互協調，以保證路基穩定，避免道路水損害[1]。

根據水來源不同可將其分為地表水和地下水兩大類，與之相適應的路基排水工程則分為地面排水和地下排水。地表水主要指大氣中的降水以及江河湖海等地表徑流。地表徑流水對道路路基不斷滲透及沖刷，對路基的整體穩定性產生損害，形成水毀破壞；滲透進路基土體的水分則使土體處于過濕狀態，直接降低了路基的承載能力，嚴重的可能導致路基翻漿、凍脹甚至邊坡滑動。在膨脹土或濕陷性黃土的路基工程中，水的出現可能導致其毀滅性的破壞[2]。路基排水的目的就是對地表徑流水進行有效的匯集引流，而對地下水采用有效的防、排結合，將路界范圍內的路基土體濕度降低至一定的限度以內，使路基保持干燥狀態，以確保路基及路面的承載能力與整體穩定性。

1 路基排水的一般設計原則

路基排水設計應遵循總體規劃、合理布局、少占農田、環境保護等原則，并與當地排灌系統相協調[3]。

排水困難地段可采用降低地下水位，設置隔離層等措施，使路基處于干燥、中濕狀態。`施工場地的臨時性排水設施應盡可能與永久性排水設施相結合。各類排水設施的設計應滿足使用功能要求，結構安全可靠，便于施工、檢查和養護維修[3]。

必須先進行施工資料調查研究，查明地質環境及水源狀態后方可進行設計。重點地段要對排水系統進行全面規劃，結合道路線路平縱橫設計，使排水系統與道路設施相協調，做到綜合治理與分期建設相適應；在需要進行地基處理以及陡坡路段，排水應與路基加固相配合。

設計時應該因地制宜，合理規劃，統籌治理，注意經濟與實效相適應，并對施工現場的地形條件與天然水系進行充分利用。

路基排水的設計應注意對周邊自然生態的保護，加強對附近山體的水土保持，盡量不改變水流性質，以減少對當地水系的破壞。

2 排水設施[4]

2.1 地表排水

在城市建成區內常用的路基地表排水設施有管道、偏溝、雨水口和連接管等；郊區道路可采用邊溝、排水溝、截水溝、急流槽和涵洞等排水設施。

城市道路路表水的排放有：通過道路橫坡排入道路偏溝、進入雨水口和連接管收集后集中排入城市排水管網系統，再通過排水管網最后排入天然水系。排水溝管排放的水流不得直接排入飲用水水源。當道路雨水以自流的形式排放時，排水管出水口應設護坡等防沖刷措施，當出水口的跌水較大時應設計消能措施。

地表水的雨水徑流量應按設計暴雨強度進行計算。暴雨強度的重現期應根據排水方式、道路類別和重要程度等因素確定。

城市道路路表排水還應考慮分隔帶、人行道的綠化帶排水設計，并根據所在地區降雨量、道路等級及分隔帶寬度等因素綜合考慮，防止雨水進入路基內部。

地表排水設施中的邊溝分為路塹邊溝和路堤邊溝，位于人行道或土路肩、護坡道外側，用于匯集和排除路面、路肩及邊坡的水。按照其形式不同大致可分為梯形、矩形、U形（或帶蓋板矩形、U形）、L形、三角形、碟形橫斷面，以及暗埋式邊溝。挖方路段宜優先選用三角形、淺碟形、蓋板矩形及暗埋式邊溝。各部位尺寸應根據地形、地貌、匯水面積、暴雨強度、路基填挖情況，經過水文、水力計算，并結合當地經驗確定。

截水溝根據路基填挖情況和所處位置可分為路堤截水溝、塹頂截水溝和平臺截水溝。根據具體情況，截水溝可以設置1道或數道。截水溝的水流不應該流入到邊溝中。截水溝的長度一般不應大于500 m，當長度必須超過500 m時，應加設出水口，將水流引到城市道路的排水管道系統中或在公路段排入排水溝或邊溝中。截水溝應采取有效的防滲措施，出水口應接入排水窨井或引流到路基范圍以外，并設置消能設施，確保邊坡和路基的穩定性。

跌水和急流槽主要用于陡坡路段的排水，以達到水流效能和減緩水流流速的目的。山區城市道路將跌水設在檢查井內。跌水和急流槽的斷面形式宜采用矩形或梯形。進、出水口是易發生水流沖刷破壞的關鍵部分，應做好防護與加固。

2.2 地下排水

城市道路的水損害除來自地表降雨外，地下水的侵害往往不容忽視，尤其是南方多雨地區。在北方，立交區域的下挖道路，常常也要考慮地下水的損害。設計前應進行充分的地質勘探，當土質路床位于毛細水上升高度范圍內時，應考慮抬高道路縱斷面或設計地下排水設施。

路基地下排水可采用暗溝（管）、滲溝、排水隔離層等措施。地下排水設施的類型、位置及尺寸應根據工程地質和水文地質條件確定，并應與地表排水設施相協調。

當路基范圍內有泉水或承壓水時，應將水流引至路基范圍外。當不能設置明溝時，應設置暗溝或暗管。溝底的縱坡不宜小于1%，條件困難時亦不得小于0.5%。出水口應加大縱坡，并應高出地表排水溝常水位0.2 m以上。寒冷地區的暗溝，應作防凍保溫處理，或將暗溝設在凍結深度以下。

當道路所經地段有潛水、層間水，挖方路基底部出現地下水或地下水位較高，影響路基或路塹穩定時，可以設滲溝將水排除。

滲溝的構造宜采用填石滲溝、管式滲溝或洞式滲溝。

當挖方路基部分地下水進入路基時，可采用將兩側混凝土支擋結構與防水地板相結合的混凝土U型槽。

在承壓地下水或地下水豐富的地區修筑路基時，可在原地面與路基交界處設排水隔離層，也可在路基內部設排水隔離層，將地下水引出路基范圍或將由路面滲透而來的水隔離。

3 路基排水設計的創新應用

隨著新材料的應用和施工工藝的優化，瀝青路面的質量不斷提高，但仍有相當部分瀝青混凝土路面在使用過程中由于各種綜合因素引發了早期（使用3 a左右）破壞現象，致使其使用性能與壽命達不到應有的設計水平，嚴重影響了道路交通運輸功能的正常發揮，造成巨大的經濟損失。以往路面破壞形式主要表現為車轍、低溫開裂和疲勞開裂，在采用了半剛性基層路面結構和高品質的瀝青混合料后此種破壞形式得到了有效緩解。但水損壞的破壞形式又取而代之，成為困擾我國城市道路或公路發展的新課題。尤其在我國南方多雨地區，在春融季節和梅雨季節，路面會出現麻面、松散、掉粒乃至坑槽等病害。

為了讓道路工程的水損害降至最低限度，在道路路基設計時需要盡可能地采用新材料、新工藝，做到排、疏、防相結合，與路面排水系統、邊坡防護、地基處理等其他措施相互協調，以保證路基穩定，避免道路水損害。

為此筆者在2014年進行山東省新泰市濱湖新區市政配套工程設計時，對龍池路、向陽路這2條路的路基處理和路基排水作了創新設計。

（1）龍池路（新甫路至榆山路段）。本段路基下出現潛水、層間水，地下水位較高，在路塹段和挖方段均可見地下水滿溢。為了消除地下水對路面結構層的浸害，在設計時采用橫貫路基整個寬度的排水墊層，墊層厚30 cm。路基為路塹或半路塹時，挖方坡腳處設置了縱向排水溝和盲溝，并在排水墊層上部采用防水土工布隔離路面結構和上路床。龍池路路塹段、挖方路段路基處治設計圖如圖1、圖2所示。

圖1 龍池路路塹段路基處治設計圖

圖2 龍池路挖方路段路基處治設計圖

（2）向陽路（新甫路至杏山東路）。本段路基下原土為遇水軟化土層，地下水位較低。本層土在無水狀態下進行了承載比（CBR）試驗，試驗結果表明路床、路堤壓實度均滿足設計要求。故在設計時應考慮阻隔地表水的滲入。常規采用50 cm、7%的灰土做隔水層即能滿足要求，但當地路基土為風化砂，嚴重缺少粘土，所以優化設計后采用常用于垃圾填埋場的防滲膜作為隔離層，同樣在路塹或挖方坡腳處設置縱向排水溝和盲溝。防滲膜采用厚1.0 mm的HDPE復合土工膜（兩布一膜），同時要求清除粒徑在3 cm以上的石塊等雜物，并碾壓整平。向陽路路塹段、挖方路段路基處治設計圖分別見圖 3、圖 4。

圖3 向陽路路塹段路基處治設計圖

圖4 向陽路挖方路段路基處治設計圖

4 結語

進入路面的水分和滲入的水分，是造成或加速路面結構過早損壞的主要因素之一。新型材料防水、新工藝排水，無論從經濟角度還是施工工藝上來說，都可以有效提高路面使用性能，延長其使用壽命，為道路建設提供有效的保障。