高速公路路面排水設計及創(chuàng)新材料的應用分析

邱欣濤、周駿

（江西省贛南公路勘察設計院，江西贛州341000）

0 引言

在公路路面工程開展階段，路面排水效果的好壞與防水效果有著一定的聯(lián)系。作為設計人員，必須要根據(jù)路面工程的實際情況，在了解影響路面排水因素的基礎上，對設計方案進行優(yōu)化、創(chuàng)新，并通過創(chuàng)新思想、創(chuàng)新方法及創(chuàng)新材料的應用，提高路面排水的效果，推動路面工程的有效開展。

1 路面積水對高速公路的影響

目前，我國的高速公路路面基本上都是瀝青路面結構，在長期運行之下，路面積水問題會比較嚴重，容易導致結構病害問題的發(fā)生，影響公路的使用壽命。被積水浸泡之后，瀝青路面的保護膜和路面會出現(xiàn)分離，導致結構損壞。綜合分析，高速公路的損壞大致會涉及以下幾點：

1.1 滲透

如果高速公路存在積水問題，那么積水會直接通過細微管路進入結構的內部，導致地基的黏性降低，對路基內部結構造成嚴重傷害，縮短高速公路的使用壽命，進而引發(fā)嚴重的錯臺、裂縫等病害問題。

1.2 影響行車荷載力

當高速公路存在積水時，如果沒有及時采取必要的措施，就會對車輛產(chǎn)生嚴重的影響，甚至引發(fā)交通事故。路面有積水的情況下，公路表面會存在水膜結構，造成路面摩擦力降低，安全性和穩(wěn)定性不能得到保障，同時還會在車輛荷載的持續(xù)作用下使水分逐步進入到結構內部，對公路的使用壽命產(chǎn)生很大影響。高速公路在運行中，容易受到不均勻荷載的作用，出現(xiàn)嚴重的結構損壞。車輛長期在路面上行駛，車輛的自重及行駛中的碾壓，都會使路面出現(xiàn)損壞，尤其是有些公路上還會存在車輛長期停留的情況，公路結構受力變化會更嚴重，對公路的運行十分不利。

1.3 材料填充失敗

瀝青路面的結構材料受溫度的干擾和影響比較嚴重，在自然環(huán)境中溫度上升的情況下，瀝青路面的材料受到車輛的碾壓會出現(xiàn)被擠出的情況；當環(huán)境溫度下降后，瀝青路面又會受到快速收縮的影響，導致填充物被擠出。在這樣的收縮作用下，瀝青路面結構會出現(xiàn)很多間隙，雨水會經(jīng)過間隙直接進入底層結構內，對路基結構造成嚴重損壞，導致拉裂縫隙結構的出現(xiàn)，對公路運行帶來負面影響。

1.4 排水設計缺陷

研究發(fā)現(xiàn)，高速公路在運行中出現(xiàn)翻漿等病害問題，主要是由于路面積水長期停留在路面結構上造成的。這說明我國在高速公路的排水設計上，還有很多問題和不足，排水設施的性能也比較差，無法及時排出積水。在有些坡道路段上，雨水不能被及時排出，主要是因為盲溝、暗溝的設計缺乏科學性和合理性，使得排水溝內的積水不能匯集到一起造成的。公路出現(xiàn)嚴重的積水問題，會給正常運行帶來非常嚴重的影響，還會縮短使用壽命，甚至引發(fā)交通事故。

2 公路路面的排水設計

2.1 橫斷面設計

為了能夠達到排水要求，通常要在路面結構上設置路拱結構。在設計路拱結構時，必須根據(jù)降水、自然環(huán)境等要素進行。通常情況下，會將路拱橫坡值設定在1%～2%之間。考慮到自然環(huán)境及降水等因素帶來的影響，最好選擇應用高填法，以應對降雨量過大的情況。在進行六、八車道的高速公路設計中，根據(jù)要求，應適當增加公路拱度參數(shù)，將其調整為雙向路拱結構，可以設計為中央分隔帶與兩側排水設施的形式，以保證積水被及時排出。需要注意的是，在橫斷面設計中，還要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況對路面排水形式進行綜合分析，必要時還需要提高路面排水結構設施的可行性，將相關坡度提升，從而有效解決積水問題。

2.2 超高過渡路段

在高速公路的設計中，圓曲線的路段設計是非常重要的，必須設計超高的結構，但又容易導致超高漸變段結構的形成，對公路運行產(chǎn)生一定的影響。在該漸變結構的設計中，超高車道內會出現(xiàn)一個零坡以及接近零坡的路段結構形式，由于坡度相對較小，因而極易產(chǎn)生排水通暢度不足的情況。由此分析，應將超高漸變段設定在1/330 以內，主要的作用是縮短超高過渡部分外側路面排水不暢的長度。所以，設計環(huán)節(jié)應達到技術標準和規(guī)范的要求，同時還要盡量選擇大的超高漸變率，以便更好地解決排水問題。

2.3 土路肩

土路肩也是路面排水結構的重要組成部分，路面上存在的積水很多都是由土路肩被排放出去的，因此土路肩的坡度要合理，應大于行車道與硬路肩的坡度尺寸，一般設定為3%～4%的范圍內，以保證雨水能夠被順利的排出。

3 縱斷面設計

高速公路路線設計階段，縱斷面的設計也會對排水性能造成一定的影響，特別是縱坡的設計方案。通常情況下，橫向排水效果不合格時，需要保證縱坡超過0.3%，如果現(xiàn)場條件允許，最好設定在0.5%以上，尤其在降雨量較大的區(qū)域內，排水效果會更好；同時，路線的合成坡度應超過0.5%，確保從根本上規(guī)避排水效果不當?shù)膯栴}。如果縱坡設計為平坡形式，則應將坡度設定在1%～2%之間，這樣合成坡度也能夠達到排水要求。在縱面設計環(huán)節(jié)，應考慮實際情況做出具體分析，不能只按照某個標準來進行。我國的地域面積非常廣闊，不同地區(qū)的氣候條件相差也很大，降雨量也有所不同，所以要根據(jù)實際情況選擇合適的坡度參數(shù)，在達到排水要求的同時，還應降低建設成本[1]。

以某地的高速公路改、擴建項目為例，整個線路上分布著比較多的平坡結構，為了保證能夠和原線路實現(xiàn)高度擬合與應用，在線路內也全部采用了平坡的形式，以降低項目成本。該高速公路的橫坡為2%，符合排水性能的標準。而另外一條高速公路，其所在地區(qū)的降雨量非常大，積水造成的損害問題也較為嚴重，所以在縱坡設計中，通常會選擇最大值，必須超過0.5%。此外，在設計上下坡的線形時，保證其結構線形符合要求最為重要，豎曲線不能過大，否則會對排水效果造成不利影響。因此，在達到線形設計標準的要求下，應做好豎曲線半徑的控制，以避免排水不利等問題的發(fā)生。

4 平面與縱面的組合設計

平、縱面的組合設計也是公路路線設計的重要環(huán)節(jié)，對于技術人員來說設計難度較高，所以公路設計人員必須掌握足夠的專業(yè)技術，通過經(jīng)驗總結、分析進行設計，以保證設計方案滿足運行要求。如果高速公路項目選擇的平、縱組合效果良好，那么既能滿足駕駛員視覺上的要求，又能夠達到排水標準，滿足運行的安全性要求。因此，平、縱面組合設計中，要做好如下幾個方面：設計時，要保證平曲線和豎曲線是相對應的，且平曲線較長，達到排水標準；如果平曲線與豎曲線沒有進行對應設置，在組合設計環(huán)節(jié)就要防止超高問題，特別是要避免超高過程中出現(xiàn)零坡路段，以免在車輛減速時出現(xiàn)問題，同時也能防止排水不暢的情況發(fā)生；組合設計階段，應該避免將豎曲線設定在S 形曲線的公切點上，而應在S 形曲線公切點前后，因為超高漸變段的設置存在零坡或橫坡較小的情況，如果豎曲線在底部和該位置重合，就容易造成合成坡度很小，導致切線點位置發(fā)生嚴重積水[2]。

5 路面內部排水

通常來說，路面結構內部的排水，就是路面下滲的雨水經(jīng)過瀝青表面、土路肩下部碎石滲溝以及橫向PVC 管，被直接排放到邊溝內，也可以通過坡面進入到排水溝內。隨著人們對于路面排水的重視度不斷提高，排水路面的設計形式也在逐步改善，主要目的就是消除路面積水損害的問題。隨著研究的不斷深入，設計人員對于排水性路面與內部排水結構有了更深刻的認識，設計先進的排水路面形式，通常會在面層與基層結構上使用空隙較大的材料，主要包含排水層、土工織物、隔離層、排水溝等結構部分，然后將積水滲入到結構內部后被直接排出去，使用這種方式，就可以讓公路具備良好的排水性能，完全滿足公路交通的運行需要，達到安全標準。在公路的排水設計環(huán)節(jié)，必須從平面、縱面、平縱組合等設計方式出發(fā)，分析、了解各方面的影響因素，消除排水性能差的問題，并總結出切實可行的運行措施，這對于提高公路的運行效果有重要的價值和意義。如果條件允許，還可以將路面排水設施與路面結構聯(lián)合應用，保證排水設計符合要求，避免發(fā)生積水損害的問題，為提高路面運行質量奠定基礎[3]。

6 創(chuàng)新材料在路面排水設計中的應用

高速公路在運行中，自然因素的影響是不能完全規(guī)避的，這些因素容易導致公路結構出現(xiàn)各種各樣的病害問題。傳統(tǒng)的排水設計方案根本不能達到排水系統(tǒng)運行標準要求，同時，排水材料的應用也會限制排水技術的發(fā)展。隨著社會的發(fā)展，人們會優(yōu)先選擇應用土工合成材料建設路面排水結構，以保證其排水性能合格，為公路交通運行安全性的提高做出了貢獻。

6.1 軟式透水管

軟式透水管的主要作用就是倒濾透水，較之傳統(tǒng)的排水管道結構，設計水平更高，材料結構性能、滲水性能也更好，在吸水、透水、排水等方面都能滿足應用標準，對我國的高速公路工程運行有著積極作用。從實際情況來看，軟式透水管的耐壓性能較高，透水性良好，應用到排水系統(tǒng)內剛度性能較高，能夠承受較大的壓力作用，其管線運行的柔性、物理學性能都非常高。透水管道內的承載結構可直接設置在管道的中央部位，結合不同的使用要求確定合適的直徑尺寸。根據(jù)不同的應用標準，選擇、確定合適的鋼絲數(shù)量與螺距參數(shù)。鋼絲螺距是圓形的，抗壓性能優(yōu)越。在使用前，需要對整個結構進行防銹蝕處理，可在表面涂刷一層聚乙烯涂層材料。同時，在管道外側還要設置織物的彈簧機構，避免細小雜質進入到管道內，達到水體凈化的效果。透水管道外部包裹一層織物材料后，反濾效果可以滿足要求，透水性能完全符合要求。軟式透水管的內部設置有性能較高的黏結劑，主要的作用是支撐圈狀物體，組合形成整體結構[4]。

圈狀物體的制作材料是聚乙烯，以確保鋼絲和水之間的有效隔絕，防止發(fā)生鋼絲銹蝕的問題。所以，軟式透水管被廣泛應用到實踐中，在公路、軟土地基、隧道、地下排水等系統(tǒng)中都得到了廣泛應用。在高速公路植被保護、室外排水以及地下水用量調節(jié)等方面，應用軟式透水管也具有非常好的效果，它還能在土地發(fā)生不均勻沉降的問題上發(fā)揮出作用。軟式透水管在實際應用中穩(wěn)定性良好，在各種工作環(huán)境中都能發(fā)揮出應有的效果。設計人員可以結合工程的具體情況，根據(jù)實際需要，選擇合適的形式和材質，為工程的運行效果和質量的提升奠定基礎。

6.2 雨水篦子

雨水篦子，是一種應用鋼格板制作而形成的溝蓋板結構，型號、尺寸、規(guī)格比較多，可以應用到不同的跨距荷載的條件下。雨水篦子的自重小、操作方便、彈性好、抗沖擊、耐腐蝕，使用時一般會選擇應用鉸鏈結的方式，雖然開啟和關閉的操作不便，但是能夠達到防盜的效果，所以被廣泛應用于道路建設、小區(qū)排水、體育場館等公共設施中。隨著市場需求的不斷變化，雨水篦子也會根據(jù)不同的需要調整結構、形式和尺寸，還會使用不同的材質，比如熱浸鍍鋅雨水篦子、不銹鋼雨水篦子等，以滿足多種條件下的應用需要。

7 結語

在高速公路建設施工中，排水系統(tǒng)的設計尤為重要，必須達到排水性能要求，才能保證高速公路運行的安全性，滿足交通通行質量的標準要求，發(fā)揮出排水系統(tǒng)的作用，防止積水給公路運行帶來負面影響，大幅提升高速公路運行的質量與安全水平，對促進我國交通事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生著積極作用。