沪宁高速公路排水与防护设计.docx

沪宁高速公路排水与防护设计

　　摘要　　本文介绍了沪宁高速公路(江苏段)排水与防护设计的特点，因地制宜地选择了不同的排水与防护措施，并使其与沿线环境相协调，取得了比较好的效果，可供平原微丘地区修建高速公路参考。

关键词高速公路 排水 防护 设计
1　概况　　沪宁高速公路(江苏段)地处长江下游，西段以微丘地形为主，东段位于长江三角洲平原，北靠长江，南邻太湖流域，地势平坦开阔，河网密集，第四系地层厚度大，属河湖堆积地貌，地下水位高，气候多雨潮湿。因此，必须采取有效的排水与防护措施，及时排除公路范围内的水，并防止雨水浸入，以确保路基路面稳定和高速行车安全。
　　沪宁高速公路的排水系统是由路基排水、路面排水及中央分隔带排水三个部分组成的综合排水系统，路基防护措施是根据沿线不同的土质岩性、水文地质条件、坡度、高度和当地材料因地制宜地选择的。现将其介绍如下，以供同行参考。2　路基排水　　进行路基排水设计的目的就是将影响路基强度及稳定性的地下水及地面水及时排出公路范围。路基排水设施主要由排水垫层、边沟、排水沟、截水沟、盲沟、渗沟、涵洞等组成，并与原有沟渠、河流等相连。设计应遵循塘路分家、路田分家的原则，使高速公路排水系统自成体系。
　地面排水
　　路基地面排水主要是通过全线贯通的边沟来进行的，一般采用×的梯形边沟，边坡1:1，以25cm厚的号浆砌片石铺砌，边沟纵坡一般不小于%，坡长小于300m，边沟水均应引离路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑内，但不排入鱼塘内，当边沟与涵洞、通道发生交叉时，一般将边沟水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道处让路基边沟向两侧排走或设边沟倒虹吸涵通过。
　　在挖方地段，还应设置×的梯形平台截水沟，并在坡顶外侧设×的矩形地面截水沟，以排除坡面水。截水沟均以25cm厚的号浆砌片石铺砌。
　地下排水
　　地下水带来的危害往往很大。过去的地下水会使得路基泡软、坍塌，并严重影响路面结构的安全，在平原微丘区修建高速公路尤须重视地下排水设计。
　软基处理段
　　沪宁高速公路丹阳以东广泛分布着淤泥质软土层，地下水含量较大，为保证软土段路基的稳定，迅速排除地下水至关重要。为此，设计采取：板+砂垫层+超载预压的深层。塑料排水实践证明这些措施可有效地处理及砂垫层+超载预压的浅层排水处理等措施。排除软土段地下水。值得注意的是为确保软土段地下水迅速由砂垫层排入边沟，需在砂垫层与边沟相接的斜面上做15cm厚的级配碎石(粒径2～4cm)反滤层，在砂垫层底部位置预留截面为5cm×5cm、纵向间距为10m的泄水孔，且泄水孔出口应高于边沟底30cm。
　低矮路堤
　　沪宁高速公路丹阳段有很多路段处于水稻田的低矮路堤(路基边缘设计标高与原地面标高之差小于)，为及时排除地下水，确保路基不处于过湿状态，设计采取护坡道下挖和边沟加深的措施，护坡道高程(m)=设计高程(m)-，实际使用效果良好，但应注意边沟出水口不应低于常水位标高或利用的排水沟渠的底面标高。
　挖方路段
　　沪宁高速公路镇江、南京段处于丘陵区，路基基本设计成路堑形式，对于水稻田地段的土质挖方段，尤其是边沟长、沟底坡度缓的地段，采用渗沟隔断地下水向路基渗流的路径(如图1所示)；对于石方挖方段，可结合取土，尽量使路两侧边沟挖深、挖宽，以利截流地下水和降低路基中地下水位。a型边沟因下部的矩形断面较小，易为泥砂填塞，影响排水，一般仅仅在地形限制的情况下使用；b型边沟的宽度及深度可视地下水位及地形情况取用。无论采用何种形式边沟，都应注意控制最小纵坡及最大沟深，以保证边沟出水口不低于常水位标高或被利用的排水沟渠的底面标高。填挖交接段
　　对于路堑和路堤交接处，如路堑地下水位较高，为防止路堑下含水层中的水沿路基纵向流入路堤，使路堤湿化、坍塌，设计增设了横向渗沟。3　路面排水　　路面排水设计是高速公路路面设计的重要组成部分。一方面，由降雨形成的路面水膜影响车轮与路表面的接触，车辆高速行驶时，易使车轮产生液面滑移(即“水漂”)，且高速行驶的车辆尾部易形成水雾，影响驾驶员的视线，易发生交通事故，影响高速行车安全；另一方面，路面水若不能及时排除，还会透过路面面层渗入到基层，这样易使基层软化、冲刷和唧浆，影响路面的整体强度，最终导致路面过早破坏。沪宁高速公路地处长江下游，降雨量较大，因此尤需重视路面排水设计。
　一般路段的路面排水
　　一般路段是指不设超高的路段。路面排水根据路线纵坡采用分散漫流式和集中截流式2种形式。当路线纵坡＜%时，路面排水采用分散漫流式，路缘石采用水泥混凝土的平缘石，路面水沿纵坡和横坡经路堤边坡排入边沟；当路线纵坡≥%时，路面排水采用集中截流式，在硬路肩边缘土路肩范围内设置沥青混凝土拦水缘石，汇集路面水，每隔一定距离经泄水口流入边坡急流槽，排至路基边沟。急流槽设置间距见表1。表1路线纵坡(%)～～～≥急流槽间距(m)30405060　超高路段的路面排水
　　设置了超高的路段，路面水易浸占超高侧行车道，并穿过凸形中央分隔带紧急开口进入另一侧行车道，从而影响行车安全，故应及时排除超高侧汇集的路面水。沪宁高速公路在超高侧行车方向左侧路缘带设置了纵向排水沟，并每隔一定距离设置了集水井及横向排水管，这样超高侧路面水沿纵坡及横坡流入边坡急流槽，再排入路基边沟。急流槽设置间距见表2表2
路线纵坡(%)急流槽间距(m)90120150170250　中央分隔带排水
　　沪宁高速公路中央分隔带采用凸形，虽然大部分降水通过凸形中央分隔带可自排到路面上，但仍有少部分水会渗入到中央分隔带内，必须引起重视。沪宁高速公路在中央分隔带范围内的路基及路面结构层上涂双层沥青。以阻止渗入到中央分隔带回填土中的雨水进一步渗入路面结构层及路基，并在中央分隔带底部设纵向碎石盲沟(碎石粒径不大于4cm，含泥量不大于3%)，并在路两侧每隔100m左右交错设置了直径为5cm的横向硬塑管，使雨水排出路基范围。硬塑管进口处用土工布包裹，碎石盲沟上铺土工布以便与回填土隔离。
　　设计中应注意如下两点：①因中央分隔带中需设置通信、监控用人井，这些人井会隔断纵向碎石盲沟，为不影响中央分隔带的排水，应将人井前的横向排水管移至人井壁，并在迎水侧的人井壁涂沥青以防雨水渗入人井中；②遇到桥梁、通道等构造物的两端各增设一道横向排水管，以防止碎石盲沟中的水沿纵坡汇集于构造物台背，使台背填土淘空，造成桥头跳车。
　路面结构排水防渗措施
　　沪宁高速公路面层为三层不同类型的沥青混凝土，基层与底层均为半刚性材料，由于无论何种类型的沥青混凝土面层总会透水，且半刚性基层的反射裂缝将加大沥青混凝土面层的漏水，如不及时将水排除，水将浸入到半刚性基层，并严重影响其稳定性，从而影响路面的整体强度，因此，沪宁高速公路在基层顶面设置了沥青封层，在减少半刚性基层的反射裂缝对沥青混凝土面层的影响，并阻止透过沥青混凝土面层的水进一步浸入基层。
　　为排除沥青封层上的积水，沪宁高速公路在土路肩内设置了外包土工布的纵、横向排水盲沟(盲沟内填料为：在5～6cm厚的断面处用1～2cm碎石，在15cm厚的断面处用2～4cm的碎石)，如图5所示a型适用于路线纵坡＜%路段，b型适用于路线纵坡≥%路段。横向盲沟的间距按表3采用。表3路线纵坡(%)＜～＞横向盲沟间距(m)1015204　路堤边坡防护　一般土质路堤
　　沪宁高速公路路堤填料主要为具有不同含水量的粘性土，由于填土比较高，故须重视边坡防护，而坡面的防护型式应结合路面排水作综合考虑。沪宁高速公路规定，采用分散漫流式路面排水的路段，边坡采用厚25cm 级浆砌片石衬砌拱防护(下垫10cm砂垫层，拱内植草，下同)以防止边坡冲刷，当路堤高度＜6m采用单层衬砌拱防护，6m的则采用双层衬砌拱防护；路面排水采用集中截流式的路段，路基边坡一般采用植草防护。为防止高路堤边坡受冲刷，要求路堤高度为4～6m的采用单层衬砌拱防护，＞6m的则采用双层衬砌拱防护，且宜将双层衬砌拱防护的上、下两层衬砌拱错开布置。
　粉土路堤
　　沪宁高速公路丹阳段有14km粉土路段。由于该土质边坡极易被雨水冲刷，为探索其较有效的防护方式，以确保路基路面的稳定，在这一路段共进行了满铺浆砌片石护坡、现浇水泥混凝土薄板护坡、法式嵌锁型混凝土预制块干砌护坡和日式长方形混凝土预制块干砌护坡等4种防护型式的试验，各种防护形式的试铺长度
均为50m。试验结果见表4。表4
类型满铺浆砌
片石护坡现浇混凝
土薄板护坡法式嵌锁型混凝土
预制块干砌护坡日式长方形混凝土
预制块干砌护坡优点1.结构坚固耐久
2.防护性能好
3.外表较整齐美观1.整体性能好
2.防护性能好
3.外表平整美观1.铺筑速度较快
2.表面线条顺适1.施工速度较快
2.外表整齐美观缺点1.砌筑工程量大
2.费工费料费时1.施工有一定难度
2.混凝土薄板易开裂1.模板制作难度大
2.预制块易损坏
3.防护性能差1.预制块易损坏
2.防护性能差　　由试验分析：混凝土预制块干砌护坡具有施工速度快的优点，但预制块间的缝隙渗水，易使边坡局部淘空，使其丧失防护作用；现浇混凝土薄板护坡表现了良好的使用性能，在扬(州)～江(都)一级公路已成功应用，但高速公路规范无此防护形式，且薄板难以避免裂缝，随时间推移及风化的砂岩是否继续扩展也难预料，故存在隐患不宜大规模采用；满铺浆砌片石护坡造价虽高，但防护性能好、外表美观，高等级公路使用有成熟的经验。因此，沪宁高速公路最终选用了此种方法。为防止砌体万一沉降开裂导致雨水冲刷，将传统的10cm砂砾垫层改为一层有纺土工布。实践证明，这种防护方法能有效地防止雨水对粉土边坡的冲刷，而确保路基的稳定。
　石质路堤
　　沪宁高速公路南京段地处宁镇山脉丘陵地带，部分路堤填料为风化的泥质页岩、弱风化的灰岩等。针对不同的填料，路堤边坡采用了不同的防护方式。
　　由于风化的泥质页岩水稳定性差，为防止边坡冲刷，采用厚30cm 级满铺浆砌片石护坡防护；弱风化的石灰岩中，已风化部分水稳性差，未风化部分比较坚硬，刷坡困难，故边坡采用了级浆砌片石矮挡墙台阶式护坡(台阶设外倾4%泄水孔，阶内设碎石反滤层)，为增强美观，台阶顶面填土20cm，做成2%向外倾斜的横坡并植草防护。风化砂岩则水稳性较好，因此，边坡采用20cm×20cm的20级混凝土空心六角形预制块防护(空间填土植草，下同)。
　　从实践应用，该防护能有效地防止雨水浸入，确保填石路堤的稳定。
　桥头路堤
　　沪宁高速公路桥头填土普遍较高，路堤如得不到防护，则边坡易被冲刷，甚至淘空导致台后填料流失，危及桥台，影响行车安全和舒适。为此，要求桥台外10m长的桥头路堤采用厚30cm 级满铺浆砌片石护坡(下垫10cm砂垫层，下同)，桥头设人行踏步，兼作桥头排水急流槽，以确保路堤不受冲刷。
　浸水路堤
　　沪宁高速公路沿线区域河网密布，路段多为压河、塘的浸水路堤。为确保路基稳定，边坡采用厚30cm 级满铺浆砌片石护坡，其高度应在设计洪水位以上
。
　　5　路堑边坡防护　　土质挖方段的路堑，上边坡主要采用25cm 级浆砌片石衬砌拱或20cm×20cm的20级混凝土空心六角形预制块防护；石质挖方段主要采用护面墙或浆砌片石护面防护，上边坡应分级防护，护面墙每5m高为一级，设置2m宽平台及40cm×40cm的平台截水沟，挖深不足5m的设置浆砌片石护面，坡顶用宽浆砌片石铺砌，其外侧再用原土夯实，以免边坡水流冲刷，渗入墙后引起破坏。护面墙及浆砌片石护面纵向每隔10m设置一道2cm宽的沉降缝，并用沥青麻絮填塞缝隙，且上、下、左、右每隔2m交错设置10cm×10cm的泄水孔，孔后设反滤层。6　土路肩及护坡道防护　　沪宁高速公路路基边坡原设计砌石防护(含满铺浆砌片石、浆砌片石衬砌拱、空心六角形混凝土预制块)，其浆砌片石压顶伸入土路肩内，由于难以保证路基边缘线完全符合设计线形，造成弯弯曲曲而影响美观。为此，将全线砌石防护段边坡压顶改浇为4cm 20级细石子混凝土。为保证线形顺适，必须采用两侧立模进行现浇。同时，为防止土路肩渗水而危及路基路面，对其裸露土部分也采用40cm 20级细石子混凝土进行硬化处理。实践证明，这一处理效果很好。
　　沪宁高速公路的护坡道主要采用植草防护。7　结束语　　排水与防护设计是高速公路设计的重要内容之一，应根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、地质、土类、材料来源等情况综合考虑，合理布局，因地制宜地选择经济、合理、美观、实用的工程措施，确保高速公路的稳定和高速行车的安全，同时达到与周围环境协调、美化高速公路的效果。我国高速公路建设方兴未艾，但由于实践时间短，高速公路的排水与防护还没有成熟的经验，尚需建设、设计、科研、施工、监理等方面共同努力，在实践中不断探索、总结，以提高我国高速公路的建设质量。