山區(qū)高速公路路基路面排水方案設(shè)計探討

摘要：為探索山區(qū)高速公路路基路面排水方案設(shè)計，文章以廣西某高速公路為背景工程，通過詳細(xì)的水文計算分析，確定不同路段排水結(jié)構(gòu)所需構(gòu)造尺寸，并以此為依據(jù)，設(shè)計出不同路段的路基路面排水方案，為同類型項目排水方案設(shè)計提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：高速公路；路基；路面；排水設(shè)計；水文計算

中圖分類號：U415.6A090273

0 引言

高速公路如同人體動脈，是國家客貨運輸?shù)暮诵耐ǖ乐唬瑫r也是國家經(jīng)濟快速增長的重要保障。然而，隨著國家高速公路的快速發(fā)展，運輸車輛不斷增加，運輸載重也不斷加大，這也直接導(dǎo)致了運營中的新舊高速公路普遍存在路面下陷、龜裂、松散甚至坍塌、邊坡滑坡、倒塌等問題，這些問題在降雨豐富、地形復(fù)雜的山區(qū)高速公路中［1-3］頻繁發(fā)生。究其原因，地基地下水飽和情況下的超載運輸，是導(dǎo)致高速公路路基路面出現(xiàn)以上病害的關(guān)鍵原因。

然而，受地形地貌限制，山區(qū)高速公路排水方案設(shè)計本身難度較大，尤其對于降雨量較大的南方山區(qū)，若高速公路排水方案設(shè)計不完善，一旦降雨量過大，路面排水不暢，其路面飽和水自然由上往下存于路基中，而路基填料透水性一般相對較差，過多的路基水無法快速排出，這就導(dǎo)致水在整個路基路面中停留時間過長，從而降低其強度，路面出現(xiàn)變形;在各種車輛荷載的反復(fù)作用下，未能及時排出的水便會形成壓力水，反復(fù)沖刷基層頂部，其結(jié)構(gòu)中的顆粒會被水帶出，進而產(chǎn)生唧漿，并常年積累，會導(dǎo)致路基板底空虛、受力變形，導(dǎo)致出現(xiàn)路面下陷、沉降、斷裂等病害。

本文在以往高速公路路基路面排水方案研究的基礎(chǔ)上［4-7］，以山區(qū)某高速公路為工程背景，對該項目路基路面排水方案進行詳細(xì)的研究與設(shè)計，并將排水方案應(yīng)用于項目中，為同類項目路基路面排水方案設(shè)計提供參考與借鑒。

1 背景工程簡介

背景工程為某條雙向六車道高速公路，位于廣西北部山區(qū)，全長為55.0 km。

如圖1所示，項目路基寬33.5 m，采用整體式與分離式兩種類型。據(jù)統(tǒng)計，項目所經(jīng)路段年降雨量＞1 100 mm，降雨較為豐富，且山區(qū)地形復(fù)雜，排水困難，其路基路面排水方案設(shè)計難度相對較大，需重點進行設(shè)計。

2 水文計算分析

一般而言，山區(qū)高速公路路基路面排水方案設(shè)計前必須根據(jù)實際的地形、氣候等自然條件，通過細(xì)致的水文計算分析，確定不同路段的排水結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸，為路基路面排水方案設(shè)計提供可靠的理論支撐。

基于以上分析，下文將根據(jù)排水規(guī)范相關(guān)要求，對填方路基、挖方路基及路面集中排水路段進行詳細(xì)的水文計算，確定排水結(jié)構(gòu)所需構(gòu)造尺寸，為下文路基路面排水方案詳細(xì)設(shè)計做準(zhǔn)備，其具體水文計算分析如下：

2.1 填方路基排水計算分析

根據(jù)規(guī)范及項目實際情況，取填方路基坡腳外漿砌片石矩形排水溝長度為300 m，最小溝底縱坡為0.3%。計算不同排水路段所需的排水溝尺寸（如表1所示）。

由表1結(jié)合本項目平縱斷面可知，項目填方路基坡腳外排水溝過水?dāng)嗝婵刂瞥叽缫瞬捎?.6 m×0.6 m矩形斷面，且溝底縱坡宜＞0.3%。

此外，對于局部高填路基，或有匯集自然山坡坡面水的排水溝，可加大排水溝尺寸。

2.2 挖方路基排水計算分析

根據(jù)規(guī)范及項目實際情況，取8 m的挖方邊坡進行分析，坡率取1∶ 最小溝底縱坡取0.3%，計算不同路段排水所需的矩形邊溝尺寸（如表2所示）。

由表2結(jié)合本項目平縱斷面可知，項目挖方邊溝過水?dāng)嗝嬉话懵范慰刂瞥叽绮捎?.5 m×0.65 m矩形邊溝為宜，且溝底縱坡宜＞0.3%，局部路段根據(jù)實際情況可加深邊溝。

2.3 路面集中排水計算分析

根據(jù)規(guī)范及項目實際情況，取路線縱坡為2%，按照路基寬度為33.5 m（不含中央分隔帶）計算不同路段路面集中排水所需的矩形邊溝尺寸，其典型路段集中排水邊溝尺寸計算結(jié)果如表3所示。

由表3結(jié)合本項目平縱斷面可知，項目路面集中排水采用0.5 m×0.7 m矩形邊溝為宜。此外，對于應(yīng)急調(diào)節(jié)池及隔油沉淀池間距較大的特殊路段，可適當(dāng)增加邊溝尺寸。

以上即為對項目填方路基、挖方路基及路面集中排水進行的詳細(xì)的水文計算，基本確定路基填方邊溝、挖方排水溝以及路面集中排水邊溝所需的構(gòu)造尺寸要求，下文將在此理論計算的基礎(chǔ)上，對路基路面排水方案進行細(xì)化設(shè)計。

3 路基排水方案設(shè)計

路基排水方案設(shè)計主要包括路堤邊溝、路塹邊溝、截水溝、平臺截水溝、急流槽五大設(shè)計部分，下文將對路基排水這五大設(shè)計部分進行細(xì)化設(shè)計。

3.1 路堤邊溝設(shè)計

根據(jù)前文水文計算分析結(jié)果，從排水、耐久性、經(jīng)濟性等方面進一步綜合考慮后，本項目在填方路基兩側(cè)設(shè)置路堤邊溝，一般路段采用0.6 m×0.6 m的矩形斷面，兩側(cè)壁厚為0.3 m，底厚為0.3 cm，C20現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。擋墻外設(shè)置邊溝的路段采用0.6 m×0.6 mL型，視匯水面積大小適當(dāng)增減排水溝的斷面。

此外，在水源保護區(qū)范圍內(nèi)，排水溝出口處應(yīng)接消力池，減少沖刷。

3.2 路塹邊溝設(shè)計

根據(jù)前文水文計算分析結(jié)果，進一步綜合考慮排水、耐久性、經(jīng)濟性等方面后，本項目挖方路段設(shè)置矩形蓋板邊溝，采用0.5 m×0.65 m矩形斷面，寬為0.5 m，深為0.65 m，兩側(cè)壁厚為0.2 m，底厚為0.3 m，C20現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。在邊溝底部設(shè)置碎石盲溝，盲溝尺寸為0.6 m×0.6 m。

3.3 截水溝設(shè)計

根據(jù)前文水文計算分析結(jié)果，進一步綜合考慮排水、耐久性、經(jīng)濟性等方面后，本項目截水溝設(shè)置在挖方路段較高一側(cè)山坡距坡口≥5 m處，采用矩形斷面，頂寬為0.4 m，底寬為0.4 m，深為0.4 m，C20現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，此設(shè)計可減輕路塹邊溝的排水壓力，利于排水。

此外，對于硬質(zhì)巖挖方路段原則上可不設(shè)截水溝。

3.4 平臺截水溝設(shè)計

根據(jù)前文水文計算分析結(jié)果，進一步綜合考慮排水、耐久性、經(jīng)濟性等方面后，本項目填挖方邊坡分級設(shè)置時在平臺上設(shè)置邊坡平臺截水溝，以攔截坡面水，防止邊坡沖蝕破壞。平臺截水溝采用梯形斷面，截水溝頂寬為0.8 m，底寬為0.4 m，深為0.4 m，C20現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

3.5 急流槽設(shè)計

根據(jù)前文的水文計算分析結(jié)果，本項目在路基邊坡、路基邊溝或截水溝溝水進入路基排水溝以及路基排水溝水進入沿線人工河溝或自然河溝時，設(shè)置急流槽，采用C20混凝土加固。

此外，為了美觀及避免溢出，邊坡上的急流槽上下對齊在同一位置。其他位置急流槽貼合地表，底部每隔2～3 m設(shè)防滑臺。

4 路面排水方案設(shè)計

路面排水方案設(shè)計主要包括路面表面排水與中央分隔帶排水兩大設(shè)計部分，下文將對路面排水這兩大設(shè)計部分進行細(xì)化設(shè)計，具體設(shè)計如下。

4.1 路面表面排水

根據(jù)前文水文計算分析結(jié)果，本項目進一步綜合考慮排水、耐久性、經(jīng)濟性等方面后，路面表面排水采用路面橫向坡度向兩側(cè)排流方案，在路面結(jié)構(gòu)層與回填土體間設(shè)置防滲土工布，避免聚集水下滲。

此外，為及時將路面面層的少量可能聚積的水排出，采用塑料排水管或碎石排水層將路面內(nèi)部的聚集水引出路基以外。

4.2 中央分隔帶排水

根據(jù)前文水文計算分析結(jié)果，本項目進一步綜合考慮排水、耐久性、經(jīng)濟性等方面后，設(shè)計項目中央分隔帶排水方案如下。

一般路段：本項目中央分隔帶寬2 m，考慮中央分隔帶功能、景觀設(shè)計以及區(qū)內(nèi)已建和在建的高速公路設(shè)計施工成功經(jīng)驗，結(jié)合前文水文計算分析，一般路段中央分隔帶采用凸起式排水方式，表面水如果下滲至地下，排水設(shè)施會將其直接排散。

超高路段：超高路段中央分隔帶型式則在凸起式和淺碟式兩種間進行抉擇，從排水、景觀等方面對這兩種方案進行對比分析，其方案對比分析結(jié)果如表4所示。

由表4可知，本項目超高路段中央分隔帶排水采用“凸起式-路緣帶設(shè)置矩形集水溝”這一方案最優(yōu)，即采用縱向矩形集水溝+橫向暗埋出水管這一方式。具體方案為每75 m左右設(shè)一道40 cm橫向排水管接急流槽，設(shè)置縱向排水溝段于超高一側(cè)的中央分隔帶路緣石外側(cè)，將超高一側(cè)的路面匯水排到路堤邊溝內(nèi)。

此外，超高橫向排水管優(yōu)先排入填方側(cè)，避免因排入挖方側(cè)將邊溝加深，加大工程量。若＞75 m的全挖方段位于超高段時，排入超高內(nèi)側(cè)，內(nèi)側(cè)邊溝需加深。中央分隔帶積水采用中央分隔帶縱向滲溝及橫向排水管排出，每60 m左右設(shè)一道11 cm橫向排水管。中央分隔帶橫向排水管接路堤時，當(dāng)路堤采用綠化護坡，可采用出水口設(shè)混凝土墊塊等將擴散水流減小流速避免沖刷植草坡面的措施，以減少人工砌體，節(jié)省投資；采用骨架防護時，接入骨架豎肋。

5 結(jié)語

本文以廣西北部某山區(qū)高速公路為研究對象，通過詳細(xì)的水文計算分析，確定出不同路段的排水結(jié)構(gòu)構(gòu)造尺寸，并以此為依據(jù)，對本項目路基與路面的排水方案進行了詳細(xì)設(shè)計，方案在本項目成功應(yīng)用，效果良好，可為同類型項目路基路面排水方案設(shè)計提供參考與借鑒。

參考文獻

［1］唐明亮.深挖路塹邊坡病害治理對策［J］.西部交通科技，2023（6）：63-64，117.

［2］秘向博.山區(qū)高速公路路基路面排水設(shè)計問題研究［J］.交通世界，2018（19）：36-37.

［3］黃 勇，陳 曦.成綿擴容高速公路路基路面排水系統(tǒng)綜合設(shè)計研究［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2023，50（5）：127-129.

［4］李 佳.山區(qū)公路路基路面排水設(shè)計思路［J］.交通世界，2020（32）：58-59.

［5］張 波，任育昭.公路路基排水設(shè)計計算方法研究［J］.北方交通，2023（7）：37-40.

［6］郝北一.山區(qū)高速公路路基路面排水施工技術(shù)探究［J］.中國公路，2022（9）：114-115.

［7］潘 丹，張 金，程 晶，等.山區(qū)高速公路路塹邊溝排水設(shè)施設(shè)計方法研究［J］.公路工程，2023，48（4）：105-112.

收稿日期：2023-10-08

作者簡介：王先富（1987—），工程師，主要從事路基路面工程設(shè)計工作。