浅谈平原地区下穿道路路面结构与排水系统设计.pdf

2 0 1 2 年 9 月第 9 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水 1 5 9 浅谈平原地区下穿道路路面结构与排水系统设计 李晓君 ， 朱凤才 ( 1 通赤高速公路管理段 ， 内蒙古通辽 0 2 8 0 ； 2 奈曼旗交通局 ， 内蒙古通辽 0 2 8 3 0 0 ) 摘要 ： 科尔沁平原微丘地区， 其土质大部分为粉土， 因路基填筑材料较差、 道路结构与排水设计不合理 ， 造成了许多已建的公铁 立交下穿道路在远未达到设计使用年限就出现了不同程度的破坏， 相继出现了唧泥、 裂缝断裂 、 错台、 管涌等病害， 严重影响了下 穿公路的使用 ， 也影响了人们的出行和交通运输安全。基于上述原因， 通过对下穿道路损坏机理的调查与分析 ， 结合国内外道路 结构 和排 水设计 的研究 经验 ， 提 出了下穿道 路结构 与路基 排水 的设计 改进方 案 ， 经工 程应用 ， 效果 良好 ， 具 应 用推广 价值 。 关键 词 ： 平原 ； 下穿道路 ； 排水 ； 设 计 中 图分类 号 ： U 4 1 7 3 文献标 识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2) 0 9 0 1 5 9 0 3 0 引言 科尔 沁平 原微丘 地 区的土质 大部分 为粉 土 ， 干燥 时易被粉碎 ， 浸水时很快被湿透 ， 是 比较 差的 筑路材料 。 这种粉性土在我国分布较为广泛 。 随着 交通运输业的快速发展 ，在粉土地区修建 了大量 的下穿铁路 的立交桥。在平原地区 ， 由于受条件所 限，立交桥下穿道路 的底基层多 以粉 土作 为路基 土。因此正在使用的下穿公路在远未达到设计使 用年 限就 出现 了不 同程度 的破坏 。根据相关试 验 测得的数据可以看出， 该地区粉土的最大干密度、 最佳含水量和平均塑性指数均远低于路基设计规 范最小强度 的要求 。因此在施工过程 中会 出现 不 易成型 、 路基压实度低 、 水稳性较差 的现象 。加 之 下穿立交桥 的路面结构状况和排水系统设计方 面 存 在的不足 ， 出现 了如 唧泥 、 裂缝断裂 、 胀缝挤 碎 、 错 台 、 管涌流土等 病害 ， 这些病害严重影 响了下 穿 公路的使用， 使得道路使用寿命大大缩短 ， 危及铁 路及道路的行车安全 ， 给人们 的出行带来 了不 便 。 所以平原地区公铁立交桥的设计除了主体工程要 满 足安全和耐用之外 ，其 下穿道路路面及路基排 水设计也应引起高度重视 。在此基础上 ， 本文借助 于国内外道路结构和排水设计的研究经验，对下 穿公 路的道路结 构设计 和排水 系统提 出了完善 的 设计方案 。 1 下穿道路的病害诊断分析 作者通过对穿越通辽境内集通线的几座具有 代表性的下穿立交桥的路面结构状况、 破损状况、 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一 o 4 1 3 作 者简介 ： 李 晓君 ( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 内蒙古 赤峰 人 ， 高级 工程 师 从事高速公路的养护与建设工作。 排水状况进行详细的调查和系统的分析 ，发现该 地区下穿道路的主要病害有水泥混凝土路面唧 泥 、 裂缝及 断板 、 错 台、 坑洞 、 涨缝挤破 、 路面沉陷 ， 部分地段路基还出现管涌。下面分别对这几种病 害产生的原 因和机理进行分析。 ( 1 ) 唧泥和错 台现象 水泥混凝土路面的损坏一般是由接缝的损坏 开始的， 接缝是水泥混凝土路面的薄弱环节 ， 而唧 泥和错台是接缝损坏中最常见的两种类型 ，唧泥 是指车辆通过时基层细料和水一起从板接缝处挤 出， 由缝 中喷溅 出稀泥浆的现象 ； 错 台是 由于基层 被水掏空和板边缘弯沉过大 造成的。唧泥和错 台现象严重影响了路面的平整度和行车舒适性。 交通繁重程度是影响基层受 冲刷 的程度 以及唧 泥 、 错 台出现的可能性和程度 的主要 因素 。因此 ， 接缝必须具备良好的传荷能力，把行车荷载传递 到相邻的板， 以减少受荷板的应力和弯沉 ， 从而起 到防止或减轻卿泥和错台现象的作用。要解决这 个问题，水泥混凝土设计规范要求必须根据交通 等级来选用合适的基层，路面必须设置间距较密 的胀缝 、 缩缝及施工缝。 ( 2 ) 裂缝与断板现象 随着唧泥和错台的进一步发展 ， 水泥混凝土面 板原有的支撑条 件和受力状态 发生了变化 ，从而 产 生板体下沉 ， 严重 时会发生断板 ， 进而发展到面 板破碎 。 由于裂缝 的存在 和发 展通常会使 内部的 钢筋等材料产生腐蚀 ，降低钢筋混凝土材料的承 载能力、 耐久性及抗渗能力。所以， 裂缝与断板的 产生还与路面混凝土材料、 施工、 养护过程及使用 情况有关。特别是施工期间出现的断板， 将直接影 响到水泥混凝 土路面的使用年限。因此 ， 在施工 中 应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 0 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 9 月第 9 期 能不 出现裂缝 或尽量减 少裂缝 的数 量和宽度 ， 尤 其要避免裂缝的出现 ， 确保工程质量。 ( 3 ) 管涌现象 管涌现象也 是下穿 道路 常见 的一种 病 害 ， 它 是指在渗流作用下，土基中的细颗粒在孔道中发 生移 动 ， 在路基 中形成一 条管状通道 ， 在渗流逸 出 处冲进渗管。管涌发生时， 孔道扩大， 基土被淘空， 下穿道路的基础承载力下降，在行车荷载的频繁 作用 下 ， 导致水泥混凝土路 面产生大 面积沉降 ， 下 穿桥 的挡土墙产生严重变形甚至断裂。防治 管涌 现象 ，一般 可从改变几何条件和水力 条件 两个方 面采取措施 ，在渗 流逸 出部位铺设反滤层 或打板 桩是 防止管涌破坏的有效措施 。 2 下穿道路路面结构 的改进和排水 系统的 方 案设计 2 1对唧泥的有效控制 由于唧泥危害较大，因此要分析唧泥产生的 原 因和机理 ， 避免或者减少唧泥现象的发生 ， 做好 防控工作 。具体措施如下 ： ( 1 ) 做好接缝处理工作 要想避免唧泥 的发生 ，就要在路面设置 间距 较密 的胀缝 、 缩缝及施工缝 ， 对于横 向缩缝要设置 传力杆 ， 能有效降低板边弯沉和温度翘曲变形， 提 高接缝传递荷载能力 。同时 ， 还要选择优 良的接缝 板和填缝料 ， 尽可能消除路表水的入渗 。 ( 2 ) 改善基层材料性能 由于通辽属平原微丘区 ，因此路面板下的粉 土和沙土路用性 能较差 ， 要想预防唧泥的产生 ， 就 要改善基层材料的性能。具体讲， 由于当地是粉土 性土质 ， 缺乏 良好 的粒料和碎石 ， 所 以选用细粒土 含量很高 的稳定土作 为底基层是从根本上解决唧 泥 的措施 。同时 ， 为了提高土 的强度 、 刚度 和稳定 性 ，可在粉土中掺加石灰和水泥等无机结合料形 成半刚性材料 。 2 2对裂缝与断板的有效控制 对于裂缝与断板的有效控制可从以下着手： ( 1 ) 严把材料关 ， 保证混凝 土的质量 。材料是 构成混凝土路面的主体， 如果材料质量低劣 ， 那么 这样的材料组成 的混凝 土路面面板的弯拉应力就 达不到设 计要求 ， 因此要采用级配好 的集料 ， 做到 低水灰 比，适量掺加外 加剂 ，以减少混凝土 的收 缩 ， 这样从根本上减少更多病害的发生。 ( 2 ) 及时正确地切缝是预 防断板 的有力措施 。 当水 泥达到终凝后 ， 水泥混凝土 即告凝 固成 型 ， 这 时水 泥混凝土体不断收缩 变形 ，并产生 了较大 的 拉应力 ，在混凝土面板承受拉应力最薄弱 的位置 就会被拉断而产生断板，这时如能及时准确地切 缝 ，就能引导混凝土面板 凝固收缩力在切缝处规 则拉断面板 ， 从而避免在其他位置产生断板 。 ( 3 ) 正确安装传力杆 。传力杆 的安装须遵照规 范要求 ， 按设计进行 ， 使传力杆与道路 中心线及路 面平行 。如果传力杆安装偏斜 ， 则在传力过程 中会 将混凝土顶破 ， 从而形成裂缝和断板 。 ( 4 ) 严格控制开放交通的时间和行车超载。水 泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计 强度后方 可开放交通 ， 并对其及时进行养护 ， 以确保混凝土 路面湿润 、 整洁 ， 防止因缺水养护而产生干缩裂缝 或断板，同时还要严格控制行车超载， 以加强对路 面的养护 。 2 3对管涌的有效控制 ( 1 ) 地表与地下排水系统的改进 传统 的下穿道路排水系统通常是把路面排水 系统的排水管道跟地下排水系统的排水管道连接 在一起 ， 把水集 中排到泵站后再排出泵站 。但当遇 到大雨或到暴雨时 ，过 多的雨水会顺着路 面排水 管倒灌到地下排水系统 ，从 而加剧 了地下渗管周 围路基的淘空程度 。为解决这一问题 ， 应对地表和 地下的排水 系统进行改进 ，把地下水 和路 面水 分 开 ， 由两个排水系统分别排 除到泵站 中去。 ( 2 ) 优选排水材料 原有的下穿道路的地下排水系统多采用预制 水泥混凝土管外包裹棕皮的方法。这种做法的劣 势是 由于棕皮材料 的孔 隙分布不均匀 ，粉砂土难 以过滤， 不适宜继续使用。因此可选用透水性土工 布和软式透水管等土工合成 的材料结合来替代传 统 的水泥混凝土管外包棕皮 的排水结构。 3 平原地 区下穿道路路面结构与排水系统 设计的实践应用 集通 铁 路是 贯通 内蒙东 西 部 的草 原 重要 通 道 ， 是 内蒙的大动脉之一。在通辽境 内公铁立交段 采用了如下方案 。 ( 1 ) 关于底基层路面设计 由于通辽市 的土质为粉土 ，如果 只增加石 灰 掺量， 那么石灰土强度也不一定有提高。因此在路 基材料 中掺人适量 的石粉 ， 不但能降低工程 造价 ， 而且还能达到设计强度要求 。这种底基层处 理方 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 9 月第 9 期 城 市道桥 与防 洪 防洪排水 1 6 1 法 ， 可 以提高土基 的强度和稳定性 。 ( 2 ) 关于基层和面层设计 新的路基设计方案是， 分别制作 2 X 1 6 e m级配 碎石底基层和 21 5 c m水泥稳定碎石基层 ， 在此基 础上修筑 2 6 e m厚的面层 ，其弯拉强度为 5 0 MP a 水泥混凝土。同时， 为了防止路基不均匀沉降， 沿 着下穿道路方 向，在铁 路框架桥两侧各 1 0 0 m范 围内， 面层底部埋设钢筋网进行特殊加 固。 ( 3 ) 关于渗沟设计 渗 沟起 到 降低 地 下水 位 和排 除地 下 水 的作 用， 根据深度不同分为浅埋渗沟和深埋渗沟。根据 上述分析 ，地下排水系统采用土工布包裹 软式 透 ：水管 的设计方案 ， 因为土工布具有较好的过滤作用 ， 能有效地阻止土壤颗粒的渗入，软式透水管能起到 降低 、 控制地下水位和排放渗透水的作用 ， 同时还要 在四周设置不 同粒径的滤料层 ， 见图 1 、 图 2 。 图 1横 向渗沟 的横断面 图( 单位 ： c m) 0斗 0一 一 2 l 5一 i 图2 纵向渗沟的横断面图( 单位： c m 。) 图 1 为横向渗沟的横断面图。基坑尺寸是 6 0 e m x 6 0 e m。I是中粗砂 ， 砂粒直径是 36 M m， 厚 度 是 1 0 c m；是透水土工布，其厚度规格是 1 7 1 5 咖 z ； 是 中粗砂 ， 砂粒直粒径 36 mM， 厚度是 l 5 c m； 是软式透水管 ， 其直径是 1 0 0 m m。 图 2 为纵向渗沟的横断面图。基坑尺寸是 1 2 0 c m1 2 0 c m。I 是中粗砂 ， 砂粒直径 3 6 ra m， 厚度是 1 0 e m： 是透水土工布 ， 其厚度规格是 1 7 1 - 5 gm ； 是中粗砂 ， 砂粒直粒径 36 mm， 厚度是 7 e m； I V是 大卵石或碎石 ， 其直径是 2 0 4 0 m m， 厚度是 3 0 c m； V是中粗砂 ， 砂粒直径 3 6 m m， 厚度是 5 c m； V I 是 软式透水管， 其直径是 2 0 0 m m 。 ( 4 ) 关于系统集水与排水系统 排水系统分地面和地下排水两个系统，它们 集水是分开 的， 排水则是集 中排水。地下排水 的过 程是 ： 以慢车道 中央为界 限 ， 在铁路桥两侧分别设 置两条长度为： 8 0 m的纵向渗沟 ，透水管规格为 S H一 2 0 0软式透 水管 ；在纵 向渗 沟间设 置横 向渗 沟 ， 透水管规格为 S H 一 1 0 0 软式透水管 ， 其间距为 1 0 m，纵向与横向软式透水管的管底距离路面不 小于 1 8 m， 使渗沟系统呈“ 井” 字型形状。下穿道 路 两侧渗 沟 中 的地 下 水在 下穿 道路 最 低点 处 汇 集， 并由排水管导流到路边泵房集水井。同样 ， 快 车道地下水的排放也可参照这一方法设置 。 4 结语 通 过上述分析可以看 出，造成平原地 区下穿 道路路基掏空 ， 路面唧泥 、 下沉 、 断板 、 裂缝及错 台 的主要原因是路基填充的建筑材料差，路基排水 系统设计不合理 ，这也与当地的土质有一定的关 系 ， 鉴于此 ， 对下穿公路 的道路结构设计和排水系 统提出了完善的设计方案，对平原的粉土地区下 穿路基排水系统应 按照保土 、透水 和防淤堵 的原 则， 做到用软式透水管作为渗沟的排水管道， 外加 中粗砂和土工布的新滤水方案来代替传统渗沟设 置方法 ， 使之更趋于合理化。 参 考文献 1 】 刘 亚明 立 交地道桥 工程 J 】 山西建筑 ，2 0 1 1 ( 4 ) 2 2赵雅静 地道桥引道纵断设计浅析 J 】 北方交通， 2 0 1 0 ( 7 ) 3 】 石 光 明， 徐 勇 框 架式 地道 桥 的排 水设 计分 析 J 中国高新 技术 企业 ， 2 0 0 9 ( 1 1 ) 4 】4 马书龙 在地道桥施工中轻型井点与管井井点降水法的应用 J 】 铁道建筑 ， 2 o o 8 ( 8 ) 厂 卜一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m