道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

黃 靜

（菏澤市公路勘測設(shè)計(jì)院，山東 菏澤 274000）

0 引言

設(shè)計(jì)是一個(gè)項(xiàng)目組織建造的初始階段，設(shè)計(jì)方案質(zhì)量對未來工程施工活動有絕對的指導(dǎo)作用。現(xiàn)代交通運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)日趨完善，傳統(tǒng)道路結(jié)構(gòu)已失去了一定的耐久性，無法滿足高荷載交通運(yùn)行的需要。排水系統(tǒng)是公路結(jié)構(gòu)的基本組成部分，其主要功能是及時(shí)將路面及路積水排出，以免水量過多給道路帶來各種病害風(fēng)險(xiǎn)。引用先進(jìn)的工藝方案輔助道路排水設(shè)計(jì)，可發(fā)揮良好的抗害抗災(zāi)作用。

1 案例介紹

本次選擇的案例為“煙臺至海陽高速公路項(xiàng)目”，該路線起點(diǎn)位于煙臺萊山區(qū)的軫格莊，北與觀海路連接，通過設(shè)置樞紐互通與榮烏高速公路連接；終點(diǎn)位于煙臺海陽市的留格莊，接威青高速公路后向南通過主線收費(fèi)站后與地方道路連接。路線全長80.375km。該路采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度100km/h，路基寬度26.0m，汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級。煙臺至海陽高速公路項(xiàng)目是山東省“五縱四橫一環(huán)八連”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中一連的組成部分，對區(qū)域交通事業(yè)發(fā)展有著重要的作用［1］。從已經(jīng)完成的路段來看，煙臺至海陽高速公路建設(shè)期間分析了特殊雨季時(shí)間段的給排水需要，根據(jù)道路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定了有效的施工方案，保證城市道路給排水的有效性。

2 排水系統(tǒng)的抗病害作用

城市是我國現(xiàn)代化發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，解決城市區(qū)域交通運(yùn)輸問題關(guān)系著現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。基于可持續(xù)發(fā)展觀下的新城市建設(shè)活動正積極開展，合理地規(guī)劃公路交通是帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本保證。排水系統(tǒng)在公路結(jié)構(gòu)里發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用，特別是防御公路病害的效果更為顯著。

2.1 抗?jié)B

受到氣候條件的影響，城市公路常受到自然雨水氣候變化的影響而出現(xiàn)積水“現(xiàn)象”。如：煙臺至海陽高速公路施工期間，由雨水量偏大而造成部分路段有凹陷的狀況，遇到雨季雨水沉積量變多。這種現(xiàn)象會造成路面路基出現(xiàn)滲漏問題，加上地面交通行駛則加劇了滲漏的程度。設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)之后，可以增強(qiáng)公路抗?jié)B的性能，系統(tǒng)負(fù)責(zé)將路面路基積水及時(shí)排出，保持了路基路面結(jié)構(gòu)的完整性。

2.2 抗裂

裂縫是公路建造過程最普遍的病害問題，也是造成危害最為嚴(yán)重的。不同因素引起的裂縫形式，在破壞程度、破壞范圍等方面有顯著的差異。其中，道路較長時(shí)間滲漏也是造成裂縫的一大因素。如：路面滲水后，表層瀝青混凝土?xí)フ澈闲裕牧祥g隙擴(kuò)大而逐漸產(chǎn)生裂縫。為道路設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，把路面水量控制在有效范圍內(nèi)，遇到緊急情況可及時(shí)地疏通水源以防裂縫形成。

2.3 抗陷

沉降會造成公路大面積的損壞，給城市交通行駛安全造成了巨大的危害，設(shè)置排水系統(tǒng)對公路起到了良好的抗沉降保護(hù)作用。如：公路兩旁設(shè)計(jì)小型排水結(jié)構(gòu)，路面流出的雨水能迅速地被輸送至其它區(qū)域，避免路基或邊坡積水沖蝕公路路基而產(chǎn)生的沉降。煙臺至海陽高速公路設(shè)計(jì)階段，在掌握城市公路特點(diǎn)的前期下，設(shè)計(jì)了主次排水系統(tǒng)兩套方案，多方保證路面雨水的及時(shí)排出。

3 新工藝指導(dǎo)下的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

建筑行業(yè)的快速發(fā)展，推動了公路設(shè)計(jì)新工藝、新思想、新方法的運(yùn)用，極大地改變了傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)面臨的不足，解決了諸多設(shè)計(jì)方案面臨的缺陷。新工藝指導(dǎo)下，公路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮幾何參數(shù)的設(shè)置，并且結(jié)合相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)方案與公路片使用性能要求相互一致，提高城市地區(qū)公路交通使用的價(jià)值。從煙臺至海陽高速公路設(shè)計(jì)情況看，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重點(diǎn)如下。

3.1 管道線路分布

一般情況下，城市公路多數(shù)采用溝渠形式進(jìn)行排水，在公路兩旁開挖適當(dāng)深度、寬度的溝渠，基本上能滿足排水功能的要求。此次案例中，城市公路設(shè)計(jì)時(shí)考慮成本因素，小范圍公路選用了自然開挖溝渠的方式排水，預(yù)期能取得較好的排水作用。但是，對于一些復(fù)雜地勢的公路結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)排水管道，此時(shí)要注意管道線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)［2］。如：考慮到城市其它交通線路的要求，設(shè)計(jì)人員要分析排水管道安裝施工的要求，埋設(shè)處理是否會受到地質(zhì)條件的干擾等。通常，管道線路以直線式、環(huán)繞式等為主，少數(shù)可設(shè)計(jì)成組合式排水，根據(jù)公路結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)剡x用。

3.2 邊溝尺寸計(jì)算

早期公路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅注重公路結(jié)構(gòu)本身，對公路周邊區(qū)域的排水設(shè)計(jì)不足，同樣限制了雨水的排出效果。新設(shè)計(jì)思想提出加強(qiáng)道路邊溝的排水設(shè)計(jì)，從兩個(gè)方面完善積水的疏通。邊溝的排水能力主要取決于以下幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)：邊溝底流水坡度、邊溝截面尺寸、形狀、邊溝的表面粗糙程度。按照最新的《公路設(shè)計(jì)手冊——路基》設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，公路梯形斷面溝渠的水力計(jì)算公式計(jì)算梯形排水邊溝的排水能力：Q=WC。這一公式為設(shè)計(jì)人員評估公路排水能力提供了參考，保證設(shè)計(jì)所用參數(shù)與方案要求統(tǒng)一。其中，Q為流量；W為邊溝斷面面積；C為流速系數(shù)。

根據(jù)高速公路所處地理位置，結(jié)合城市地區(qū)記錄的歷史最大小時(shí)降雨量，以流入邊溝的水不溢出邊溝為限，并假設(shè)高速公路的路基平均填土高度為3.5m，由此，匯水帶寬約為23m，則可依據(jù)不同的邊溝溝底坡度、不同的邊溝底寬（或邊溝截面積）的排水能力，計(jì)算出所能承受的路面排水最大長度［3］。經(jīng)過這樣的設(shè)計(jì)改造，公路排水性能得到優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)路面路基結(jié)構(gòu)的抗病害性能也有所改善。

3.3 中央分隔帶排水區(qū)的設(shè)計(jì)

城市公路是現(xiàn)代交通工程建設(shè)的主要對象，也都有必要對道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施改良，引用最新設(shè)計(jì)方案輔助公路性能的發(fā)揮。中央分隔帶排水區(qū)是一種新型的排水模式，利用排水區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)的多個(gè)裝置進(jìn)行自動化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)水流量超標(biāo)后主動告警以提醒搶修人員處理［4］。高速公路中央分隔帶內(nèi)設(shè)置有通訊、監(jiān)控用管線的人手孔，因此，中央分隔帶排水長度應(yīng)為兩個(gè)人手孔之間的間距，一般路段的最大間距為180m。

如：設(shè)計(jì)人員可假設(shè)當(dāng)?shù)貧v年最大瞬時(shí)降雨量為28.8mm/10min，根據(jù)本次設(shè)計(jì)中央分隔帶寬為2m，計(jì)算出中央分隔帶施工期需要的最大排水能力為：

式中，A為中央分隔帶匯水面積；γ為最大瞬時(shí)降雨量。

按照這一公式計(jì)算出的最大排水能力，可指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員科學(xué)地布局排水系統(tǒng)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分布位置、排水調(diào)控等方面考慮最新的抗病害措施。本次城市公路規(guī)劃方案里，根據(jù)各地區(qū)年降雨量進(jìn)行詳細(xì)地預(yù)測設(shè)計(jì)，確定了雨水量參數(shù)后才選定排水方案，顯著控制了公路病害的發(fā)生。此方法在城市公路設(shè)計(jì)應(yīng)用中效果顯著，提高了設(shè)計(jì)方案的編排質(zhì)量，有助于后續(xù)施工的科學(xué)指導(dǎo)。

4 結(jié)語

綜上所言，排水系統(tǒng)在公路結(jié)構(gòu)里起到了多個(gè)方面的作用，其主要表現(xiàn)在“抗?jié)B、抗裂、抗降”等三個(gè)方面，滿足了現(xiàn)代公路交通安全行駛的應(yīng)用要求。設(shè)計(jì)單位是工程建造的規(guī)劃機(jī)構(gòu)，其在設(shè)計(jì)公路排水系統(tǒng)時(shí)要結(jié)合實(shí)際交通要求以及城市地區(qū)的地理?xiàng)l件變化，采用最新的工藝方案組織排水模式。除了對公路結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行排水設(shè)計(jì)外，還要考慮周圍的邊坡、溝渠等，從多個(gè)方面保證公路排水的穩(wěn)定性。

［1］樂州宇.山東省公路工程施工管理工作的調(diào)查報(bào)告［J］.山東建筑科技，2010，37（17）：44-46.

［2］花學(xué)龍.高速公路給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)研究［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，40（20）：71-73.

［3］邵軍祥.城市公路設(shè)計(jì)中管道線路布局的方法［J］.城市建設(shè)理論，2011，17（5）：37-39.

［4］胡新國.道路中央分隔帶排水區(qū)設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)［J］.市政道路工程，2010，31（13）：88-90.