路面边缘排水系统的应用与分析.pdf

1 6 4 防洪排水 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 路面边缘排水系统的应用与分析 谢签 ( 上海兰德公路工程咨询设计有限公司， 上海市 2 0 0 0 6 5 ) 摘 要： 该文介绍了沪青平公路路面边缘排水系统的构造， 从水力计算和实际使用效果两个方面说明了该路面边缘排水系统可 迅速排出路面结构内部的积水 ， 延长道路使用寿命。 关键词 ： 碎石化 ； 渗入率； 渗透系数 ； 路面边缘排水系统 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 3 ) 0 8 — 0 1 6 4 — 0 2 1 沪 青 平 公 路 路 面 边 缘 排 水 系 统 鬈 要 系 统 ， 将 积 蓄 在 路 面 结 构 内 部 1 ． 1 设置路面边缘排水系统 的原 因 原《 公路排水设计规范》 ( J T J 0 1 8 — 9 7 ) [ 1]规定年 降雨量 6 0 0 m m以上的湿润和多雨地区， 路基由透 水性差的细粒土( 渗透系数不大于 1 0 c m ／ s ) 组成 的高速公路 、一级公路或重要 的二级公 路宜设 置 路面内部排水系统。上海市的年平均降雨量和路 基 土 的组 成均符 合设 置 路面 内部 排水 系统 的条 件 ， 但由于规范未强制要求设置， 所以“ 白改黑” 工 程前 的沪青平公路未设置路面内部排水系统 。 沪青平公路( 广济桥一 拦路港大桥， 即K 4 1 + 8 0 0 ～ K 5 3 + 9 3 0 ) 在 2 0 0 8年实施 了“ 白改黑 ” 工程 ， 其工艺 是 既有水 泥混凝土板块碎石化后加罩三层式 ( 总 厚度 1 8 c m左右 ) 沥青面层 。 “ 白改黑 ” 工程前的沪青平 公路 的路面结构组 合为 ： 2 2 c m水泥混凝 土板块 ； 3 0 c m三 渣 基层 ； 1 5 c m砾石砂。 既有水泥混凝土板块碎石化后 ，由不透水的 水泥混凝土板块变成了可透水 的碎石层 ，其水稳 定性能远不及三渣等半刚性基层 ，如果不设置路 面内部排水系统，沥青面层渗入的雨水会积蓄在 三渣基层顶面以上的路面结构内部 ，浸湿各结构 层材料 ， 使其强度下降， 变形增加 ， 从而降低路面 结构的承载力，碎石层中的自由水在行车荷载的 作用下 ， 形成孑 L 隙水压力和高流速的水流， 冲刷面 层材料， 并从裂缝处向外“ 唧泥” ， 促使沥青面层出 现松散等病害。 因此 ， 为改善路面使用性能， 延长路面使用寿 命 ， 沪青平公路“ 白改黑” 工程在机动车道外侧设 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 6 — 1 8 作者简介： 谢鑫( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 四川南充人 ， 工程师 ， 从事市政 工程设计工作。 1 ． 2 路面边缘排水系统的构造 沪青平公路路面边缘排水系统由多孔塑料排 水板 、级配碎石集水沟 、纵向 8 0钢圈滤布透水 管、横向 I O O U P V C出水管和反滤土工布等组成 ( 见图 1 ) 。 图 1路面边缘 排水 系统示惹 图【 单位 ： C m) 沥青 面层和碎石化材料 内渗人 的雨水 ， 先流至 机动车道外侧边 缘 ，经多孑 L 塑料排水板 向下进 入 纵向级配碎石集水沟，集水沟的底部设有 8 O 钢 圈滤 布透水 管 ，其 最小 排水 纵坡 为 0 ． 3 ％，纵 向 8 0钢 圈滤布透水管 内的水 由每 8 0 m一根 的横 向 I O O U P V C ( 管底纵 坡为 2 ％) 出水 管排 出路基 范围 ， 最后经道路两侧的排水边沟就近 出浜 。 1 ． 3 路面边缘排水系统水力计算 1 ． 3 ． 1 表面水设计渗入量 机动车道沥青混凝土路面表面水渗入路面结 构 的水量按下式计算 ： Q e = K ~ B 式 中： Q 为纵向每延米机动车道路面表面水 深入 量 ， m3 ／ ( d i n ) ； K a 为每平 方米 沥青路面的表面 设计渗入率 ， m 3／ ( d m 2 ) ， 可取为 0 ． 1 5 m 3／ ( d m 2 ) ； B为 单向坡度机动车道路面的宽度， m。 该段 沪青平公 路的机动车道宽度 为 8 ． 3 i i 1 ， 可 算得 p 1 ． 2 4 5 m 3 ／ ( d i n ) 。 横向出水管的间距为 8 0 1T I ，因此 ， 8 0延米内 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水 1 6 5 表面水设计渗入量 ： Q 帅 = Q p 8 0 m= 9 9 ． 6 ( m3 ／ d ) 1 ． 3 ． 2 纵向集水沟泄水能力计算 纵向集水沟的泄水能力按下式计算 ： Q o = k A 式 中 ： Q 。 为纵 向集水 沟的泄水 能力 ， m3 ／ d ； k为 纵向集水沟的级配碎石渗透系数 ， m ／ d ； i 为纵向集 水沟 的沟底纵坡 ， ％； A 为纵 向集水 沟 的过水 断面 面积 ， m 。 纵 向集水 沟 的级 配碎 石渗透 系数 k按下 式 计算 ： k =0． 07 4 2Vu-0． 47 3 7 式 中： k为纵 向集水沟的级配碎石渗透系数 ， 0 ． 0 1 c m ／ s ； V u为级配碎石 的孔 隙率 ， ％。 该工程级配碎石的级配参照 《 公路路面基层 施工技术规范》 ( J T J 0 3 4 — 2 0 0 0 ) 【3 J表 6 ． 2 ．4中 1 号级 配， 由于施工过程 中没有充分压实的条件 ， 因此其孑 L 隙率均大于 2 0 ％， 该工程进行水力计算时取为 2 0 ％， 由此可算得 ： k = 1 0 1 ． 0 3 ( 0 ． 0 1 c r r d s ) = 8 7 2 ． 9 ( m ／ d ) 。 沪青平公路位于平原地区，路面纵坡一般在 2 ％以内， 当路面纵坡不小于 0 ． 3 ％时 ， 集水沟的沟 底纵 坡与路面纵坡相 同 ，该工程纵 向集水沟 的沟 底纵坡按 0 ．3 ％、 1 ％和 2 ％三种情况进行计算。 纵 向 集 水 沟 的 过 水 断 面 面 积 ： A： O ． 1 8 m 0 ． 2 5 m=0． 0 45 m 。 不同沟底纵坡的 Q 。 值见表 1 所列。 表 1 不 同沟底 纵坡 的纵向集水 沟泄水 能力一 览表 1 ． 3 ． 3 横 向出水管泄水能力计算 横向出水管采用直径 l O c m的 U P V C管， 管底 纵坡为 2 ％， 取充满度 = O ．5 ， 其泄水能力按下式 计算 ： Q h = v A； =n 一 R 式 中， 为横 向出水管泄水 能力 ， m V s ； 为管 内水流 的平 均流速 ， m ／ s ； A 为过水 断面面积 ， mz ； n 为管道粗糙系数 ， 塑料管时 ， 可采用 0 ． 0 1 0 ； R为水 力半径 ， m， 尺= A ／ 尸 ； P为过水 断面湿周 ， m； i 为水力 坡度， 一般取用管的底坡 ， 该工程采用 0 ．0 2 。 经计算 ， Q ^ = u A= 4 ． 7 5 1 0 m 3 ／ s = 4 1 0 ． 2 ( m 3／ d ) > Q ∞ ( = 9 9 ．6 m 3 ／ d ) ， 因此， 横 向出水管泄水能力满足 使用要求。 1 ． 3 ． 4 雨后路面结构 内部积水排 出时间 以上计算表明，表面水设计渗入量大于纵向 集水沟泄水能力。因此 ， 在降雨过程中， 沥青面层 和碎石化材料 内的积水 逐渐达 到饱 和状态 。路面 边缘排水系统的主要作用是在雨后迅速排干路面 结构 内部 的积水 。 雨 后 路 面结 构 内部 积 水排 出时 间按 下 式计 算 ： T g = 2 4 V J Q 0 式 中 ： 为路面结构 内部积水达 到饱 和状 态 ， 降雨结束后排干路面结构内部积水所需时间， h ； 为路面结构 内部积水达到饱和状态时 ，积水 的 总体积； Q 。 为纵向集水沟的泄水能力 ， m 3／ d 。 取沥青混凝土面层的空隙率为 6 ％， 碎石化材 料的空隙率为 1 0 ％， 则 8 0 延米内 6 = 8 -3 m 0 ． 1 8 m 8 0 m 6％+8 ． 3 m 0． 2 2 m 8 0 m 1 0％=1 6． 4 6 4 m。 。 连续 降雨条件下 ，路 面结构 内部积水达到饱 和的时间可近似按下式计算 ： ~= 2 4 V 6 ／ ( Q 8 ( 广 ) 式 中 为连续降雨条件 下 ， 路 面结构 内部积 水达到饱和 的时间， h 。 不同道路纵坡条件下 ，路面结构内部积水达 到饱和的时间 和降雨结束后排干路面结构内部 积水所需时间 见表 2所列 。 表 2 不 同沟底纵 坡的 T b 和 T 。一览表 由表 2可知 ， 当路面纵坡较小 时 ， 排干路 面结 构内部的积水需要 1 — 2 d 时间，当路面纵坡较大 时 ， 只要 5 h左右 ， 就可排干。如果不设置路 面边 缘排水系统 ，路面结构内部的水只能靠 自然蒸发 排出， 完全排干往往需要数周时间， 在上海这样的 多雨地区， 意味着路面结构总是处在潮湿状态下。 因此， 水力计算结果表明， 沪青平公路路面边缘排 水系统的排水能力是 比较好 的。 1 ． 4 路面边缘排水系统实 际使用效果 沪青平公路( 广济桥 一拦路港大桥 ， 即K 4 1 + 8 0 0 K 5 3 + 9 3 0 ) 于 2 0 0 8年实施 了“ 白改黑 ” 工程 ， 工后使 用至今 已近 5 a ， 现状路 面状况 良好 ， 仅 出现少 量 轻度车辙， 无明显的水损坏病害出现。这说明路面 边缘 排水 系统在迅速排干路面 内部积水方 面发挥 了重要作用 ，该路的路面边缘排水系统的实际使 用效果较好 。 2 路面边缘排水系统的改进措施 《 公路排水设计规范》 ( J T G ／ T D 3 3 — 2 0 1 2 ) [4] 自 ( 下转第 1 6 8页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 8 防洪排水 城 市道桥与 防洪 2 0 1 3 年 8 月第 8 期 题 ， 所以， 在施工之前要制定一个科学合理的设计 规划 。在统筹规划过程 中， 要重视工程计划安排表 的制定 ， 要保证它的科学性和实用性 ， 从而有利于 机械设备在相应路段的集中施工，避免施工战线 太长的弊端 ， 提高各种资源的利用率。在施工前 ， 先要做好施工便道的修筑。在雨水充沛季节， 要合 理规划土场的位置 ， 从而便于土的集中堆放、 集中 使用『7 1。对于那些易受潮的材料， 应该做好必要的 防雨措施， 防止变质、 失效。在工程量方面， 要避免 一 次过大的问题 ， 应逐段成形， 循序渐进。当路基 建设完成后 ， 要做好后续的管理工作， 如刚成型的 或者被雨水淋过的路基， 不允许车辆通行。 5 结语 在公路路基的设计施工中，应该充分考虑水 这一关键因素。水对公路路基可产生冲击、 浸泡， 以及侵蚀等负面作用， 严重降低了公路路基强度、 稳定性， 以及使用寿命。由此可见， 结合当地的实 际情况 ， 科学规划排水设施 ， 具有非常重要的现实 意义。经过科学设计、 严谨施工的排水设施 ， 能及 时、 有效地将水从路基中排除， 从而最大程度地保 障了路基的强度、 稳定性 ， 以及使用寿命。这是我 国公路路基建设的需要， 也是我国社会、 经济不断 发展的需要 。 参考 文献 [ 1 】 国利英公 路路基排水设计及施工问题分析叨 ． 河南科技， 2 0 1 3 ， ( 0 6 ) ． 【 2 】 黄慧琴_ 浅析高速公路路基路面排水设计[ J ] ． 价值工程， 2 0 1 1 ， ( 0 6 ) ． 【 3 】 贺兵， 白君侠． 路基路面在高速公路排水设计上的应用[ J ] ． 科技 风 ， 2 0 1 0， ( 0 8 ) ． 【 4 】 陈亮， 刘洋． 公路路基路面排水设计[ J 】 ． 科技信息 ， 2 0 1 1 ， ( 2 1 ) ． 【 5 ] 魏晨宇， 苏诚． 公路路基排水综合设计的重要性【 J 】 _ 民营科技 ， 2 0 1 0 ， ( 1 2 ) ． 【 6 ] 吴进军， 郦少义． 高速公路路基路面排水设计浅析【 J 】 ． 民营科技， 2 0 1 0 ， ( 0 5 ) ． 【 7 】 上官玉龙． 浅析高速公路排水设计的问题及优化[ J 】 ． 科协论坛 ( 下半 月) ， 2 0 1 1 ， ( 1 1 ) ． ( 上接第 1 6 5页) 2 0 1 3年 3月 1日起施 行 ， 原《 公路排水设 计规范》 ( J T J 0 1 8 — 9 7 ) 同时废止。 新规范主要在以下几个方 面对路面边缘排水系统做了改进 ，在今后的工程 中需要注意执行 。 ( 1 ) 对于旧路面新增边缘排水系统 ， 集水沟 内 排水管 两侧透水 填料 的最小宽 度 由 5 c m调 整为 1 0 c m o ( 2 ) 集水沟中透水填料的最大粒径由4 0 m m调 整 为 3 1 ． 5 mm。 ( 3 ) 纵向排水管的纵坡由不得小于 0 ． 2 5 ％调整 为不宜小 于 0 - 3 ％。 ( 4 ) 横 向出水管除 了起端 和终端外 ， 中间段 的 出水管宜采用双管的布置方案 ，出水管与排水管 之 间应采用 圆弧形承 口管联结 ，圆弧半径不 宜小 于 3 0 0 mm。 3 结语 本文对沪青平公路( 广济桥 一拦路港大桥 ) 的 路面边 缘排水 系统从水力计算 和实际使用效果两 方面进行了分析，理论计算结果与实际应用效果 基本 相符 ，说 明该路 面边缘排水系统可迅速排 干 路面内部积水， 有效避免路面水损坏的发生， 从而 延长道路使用寿命。 《 公路排水设计规范》 ( J T G ／ T D 3 3 — 2 0 1 2 )对路 面边缘排水系统提出了更高的要求 ，在今后的工 程中应结合工程实际情况参照执行。 参 考文献 【 1 】 珊0 1 8 — 9 7 ， 公路排水设计规范【 s 1 ． 【 2 ] 鲁华征． 级配碎石设计方法研究[ D 】 ． 西安： 长安大学， 2 0 0 6 [ 3 1 J T J 0 3 4 — 2 0 0 0 ， 公路路面基层施工技术规范【 s 】 ． [ 4 】 y r G r r D 3 3 — 2 0 1 2 ， 公路排水设计规范[ S 】 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m