高等級公路中央分隔帶排水系統的設計

李世紅 韓冬

1河南省建筑科學研究院有限公司（450053） 2鄭州航空港區航程置業有限公司（450019）

高等級公路中央分隔帶排水系統的設計

李世紅1韓冬2

1河南省建筑科學研究院有限公司（450053） 2鄭州航空港區航程置業有限公司（450019）

通過對高速公路中央分隔帶的設置型式、功能、內部積水原因，對路面結構、路基造成損害和對行車的影響程度進行簡述，指出高速公路進行中央分隔帶排水設計的必要性，結合中央分隔帶排水設計原則，提出關于設計要點的構思、設計方案的布置及其排水構造的設計要求，并對各種設計方案進行綜合評價，供同類工程設計參考。

高速公路；中央分隔帶；排水設計

我國高速公路建設的發展要求高速公路中央分隔帶的設計形式多樣、功能齊全，既要滿足高速公路本身功能的要求，節約投資，又要與周圍環境相協調，美化路容，提供舒適的旅途環境。依據相關規定，中央分隔帶形式有齊平式、下凹式和凸起式。目前高速公路采用凸起式中央分隔帶的較多。中央分隔帶主要功能有誘導視線、綠化防眩、埋設通信光纜及設置防撞護欄等，無形中給水侵蝕路基、路面留下了很多通道，并給排水帶來很多困難。在多雨地區,在中央分隔帶內很容易形成表面積水，如果積水不能迅速及時地排出，將在中央分隔帶表面形成漫流，增加路面排水量，并將中央分隔帶內泥土沖刷至路面表面，嚴重污染瀝青路面表面，嚴重影響司機駕駛。同時表面水通過中央分隔帶內填土進行下滲，下滲水一部分向兩側滲入，在與路面結構層交界界面處滲入路面結構層內；另一部分沿著防撞護欄立柱周圍縫隙滲入路基，使路面基層和路基在滲水的長期浸泡下，從濕潤到軟化，從局部到大片，久而久之，在車輛荷載的反復作用下，路面基層失去支撐作用，路基向下沉陷，直接影響路基、路面的穩定性。

1 設計原則及構思

1.1 設計原則

保證中央分隔帶內正常綠化防眩要求，滿足種植灌木、花草所需的土壤深度和水分。

防止中央分隔帶內的雨水、綠化澆灌水和稀泥漫流至瀝青路面表面，污染路面。

防止下滲水侵蝕路面結構和路床,確保路基、路面的穩定性。

1.2 設計構思

當中央分隔帶寬度為1.5～2.0 m時，考慮路面結構要求，底基層已封閉路床、設置雙柱單面防撞護欄，植防眩樹較困難，中間設置通訊光纜覆土深度不夠，表面積水較少，中央分隔帶表面可采用混凝土預制塊封閉，防止表面水下滲。在干旱少雨地區、較寬的中央分隔帶情況下，也可采用將中央分隔帶表面封閉，防止表面水下滲，可設置一定的澆灌、排水設施，以便迅速及時排除中央分隔帶寬度范圍內的表面水，防止表面水下滲。

在潮濕多雨地區，年降雨量較大、暴雨強度較大。當中央分隔帶寬度為2.0～3.0 m時，也可采用將中央分隔帶表面封閉，防止表面水下滲。另外，可在中央分隔帶內設置一定的地下排水設施，將降落在中央分隔帶上的表面水排出去。根據當地水文地質、氣象等資料進行水文計算和水力計算，再根據計算結果進行經濟、技術、優缺點比較,最后確定最優化方案[1]。

2 設計方案布設及其構造要求

2.1 在干旱少雨地區設置地下排水設施困難的路段

在寬度為2.0～3.0 m的中央分隔帶上，用空心預制板鋪成坡面，超高段鋪成單坡，在空心處植上花草、灌木。為了保證植物的澆灌，再預埋一條縱向滲水管，如圖1所示。

圖1 表面封面

2.2 中央分隔帶表面未采用鋪面封面的路段

將分隔帶表面做成向內的雙向坡，使分隔帶中部形成微凹區，匯集中央分隔帶表面水，然后由路線縱坡排向泄水口。泄水口采用格柵式，其尺寸按過水斷面內的流量和允許的積水深度確定。泄水口下設置集水井，橋涵水道相接，或增設橫向排水管，如圖2所示。

圖2 表面排水

2.3 中央分隔帶表面未設鋪面、未采用表面排水措施的路段

在中央分隔帶內設置一定的地下排水設施，將滲入水排除出。此部分排水具體設計如下：

為了防止中央分隔帶表面水直接流入路面，避免表面水夾雜泥土污染路面，中央分隔帶內回填土略低于路緣石頂部，一般不得小于2 cm，以便匯集雨水并有利于保存植草種樹所需的水分。

為了防止滲入水滲入路面和路基內部，在中央分隔帶內回填土、縱向碎石滲溝與路面結構層、土基的交界面處，要鋪設隔滲土工布(無紡復合土工膜或無紡土工布灑瀝青)，在護欄立柱周圍澆灑熱瀝青。

為了排除滲入水，在中央分隔帶內設置縱向碎石滲溝和橫向排水管，將滲入水排至路基外。在一般路堤段和土質路塹段縱向碎石滲溝設置于路床頂面以下，如圖3所示。石質路塹段縱向碎石滲溝設置于路床頂面以上，如圖4所示。路塹超高段縱向碎石滲溝設置于左側路緣帶內的路床頂面以下，如圖5所示。

圖3 一般路堤段和土質路塹段

圖4 石質路塹段

圖5 路塹超高段

縱向碎石滲溝內設縱向TS-彈塑軟式透水管，管徑由滲水量計算確定,保證排水安全儲備系數Fb≥(2.0～5.0)。為了防止軟式透水管倒管現象發生,在管壁被覆層與彈簧鋼圈管體之間設兩根塑料限位卡,使管壁被覆層與彈簧鋼圈管體成為一體,具有強耐壓性。滲溝溝底縱坡與路線縱坡i相同,當i＜0.25%或i=0時,溝底應作鋸齒型調整。在相鄰兩橫向排水管之間適當調整盲溝深度，使縱坡不小于0.25%，在橋梁、明涵處斷開，并在軟管末端反向抬高(做成1%反坡)。

縱向滲溝內的水通過設置橫向排水管引出，一般每間隔80～100 m設置一道uPVC橫向排水管,其間距(通過水力計算確定)應與邊坡泄水槽間距相對應,使出水口設置于邊坡泄水槽內。出水口伸出邊坡外10 cm,用涂瀝青網布包裹,防止出水口阻塞。在橋梁、明涵水流上游、凹曲線最低處及其前后5.0 m處增設一道橫向排水管，左右兩側交錯布置，超高段設置于內側，橫向排水管與縱向軟式透水管通過三通緊密連接。施工時，避免路面壓碎uPVC管,路堤段和土質路塹段將路床開挖20 cm×20 cm槽,先澆4.5 cm厚20#混凝土,再把uPVC管放入槽中間,然后澆20#混凝土填滿槽子。石質路塹段將排水墊層鋸開20 cm×16 cm槽，先把uPVC管放入槽中間,再澆20#混凝土至16 cm厚。

為了防止縱向排水軟管及滲溝淤塞,在滲溝頂面鋪設反濾土工布，保證滲溝具有一定的泄水能力。滲溝內在縱向排水軟管四周填級配碎石,碎石粒徑2～4 cm,含泥量＜1%，使之形成一個反濾滲溝。軟式透水管外包的土工織物及反濾土工布均采用無紡土工織物,單位面積質量為300～500 g/m2，滲透系數大于10倍被保護土的滲透系數,梯度比≤3,握持強度≥700 N,撕裂強度≥250 N，刺破強度≥250 N，CBR頂破強度≥1 350 N。

在挖方段將路塹邊溝頂部設計與路床頂面齊平，保證出水口落至邊溝頂部，防止邊溝水倒灌，同時有利于路面內部水的排出。

3 中央分隔帶排水設施

對于有鋪面封閉的中央分隔帶，其排水設施相對較少，主要由縱向排水溝、集水井及橫向排水管三部分組成。對于無鋪面封閉的中央分隔帶，其排水設施相對要多，主要由縱向排水溝、縱向排水管、滲溝、集水井、橫向排水管五部分組成[2]。

3.1 縱向排水溝

設置縱向排水溝的主要目的在于匯集排除在路屆范圍內的雨水，設置于中央分隔帶上側邊緣的縱向排水溝主要用于匯集排除上側半幅路面表面流水；設置于中央分隔帶內的縱向排水溝主要用于匯集降落在中央分隔帶內的水分。

3.2 滲溝

滲溝是設置在中央分隔帶地面以下的排水溝，由排水管或排水洞、透水性回填粒料、反濾織物或反濾層組成，用以排除降落在中央分隔帶內而下滲后的多余水分。常用的滲溝形式有填石滲溝和管式滲溝兩種。

3.3 集水井

集水井的作用在于匯集排水溝流水，起匯集轉向水流的作用，排水溝匯集的水流流向集水井，再通過與集水井相連的橫向排水管將水流排出路屆。

3.4 橫向排水管

滲溝及排水溝匯集的水流，通過橫向排水管排出路屆，橫向排水管埋置于路面以下。

3.5 縱向排水管

縱向排水管主要用于挖方路段中央分隔帶排水。填方路段中央分隔帶表面匯集的水流可直接通過與水井相連的橫向排水管排出路屆，挖方路段受地形的影響無法通過設置橫向排水管的方法將水流引出路屆，可通過在中央分隔帶下埋設縱向排水管將各集水井匯集的水流引流至填方路段一定位置后，再通過橫向排水管排出路屆。

4 中央分隔帶積水原因及其影響

4.1 中央分隔帶積水原因

1）外因

雨水。由于中央分隔帶內回填的種植土相對比較松散，雨水比較容易滲入土體。同時由于雨水的季節性較強，種植物不可能及時將下滲的水分完全吸收，因此將有部分雨水進入路基。

人為降水。在旱季，中央分隔帶內的植物缺水時，有必要進行人工澆灌，由于澆水的不均勻性以及植物吸收的不完全性，有相當一部分水滲入路基。

2）內因

高速公路中央分隔帶排水設計一般包括以下幾個部分：設計底坡不小于0.3%的縱向梯形或矩形盲溝；設計間距為50～100 m的橫向排水管；設置瀝青防滲層及土工布防滲層。

從理論上講，這樣的設計似乎是合理的、可行的,但在實際施工過程中存在不少問題。這些問題包括：①防滲層起不到防滲作用，因為開挖的邊溝表面粗糙,瀝青不易黏結牢固，難以形成均勻、無破損的防滲層。土工布因有接縫,不能達到完全不透水的程度。故此,當盲溝積水時側面仍將無法阻止水滲入路基。②施工質量不易控制，造成橫向排水管標高有誤差或產生淤塞,從而使上游橫向排水管排水不暢，大量的水流向最底處，而最底處的橫向排水管由于設計時包裹無紡土工布或產生淤塞，使排水能力嚴重不足，導致下游中央分隔帶積水嚴重。有的路段在雨后數天，中央分隔帶仍有積水,使路基長時間浸泡，影響路基路面強度。③傳統的縱向排水材料容易淤堵，且透水能力較差。

4.2 中央分隔帶積水的影響

1）對路基的影響

路基是分層碾壓填筑的,土體非常密實，而中央分隔帶回填土體的密實度相對不高。那么，密實的路基土相對中央分隔帶內的疏松土區域將形成阻水。例如，中央分隔帶與路基接觸的周邊未做防水、排水處理,那么中央分隔帶區域勢必形成滯水帶，且長期浸泡路基，最終這些水分將滲透到路基土層內部，對路基造成嚴重侵蝕。特別是在季節性大量降水的情況下，受縱坡高度差的影響，局部的路基將發生嚴重的侵蝕和損壞，具有較大的危害性。

2）對路面的影響

中央分隔帶內積水將沿路基滲入，使路基土壤含水量增加，力學性能降低。例如，路基和基層發生變形，影響水泥混凝土或瀝青混凝土路面的承載能力，使水泥混凝土板斷裂，瀝青混凝土路面產生底部裂縫，路面水將沿裂縫滲入路面基層直至路基，造成惡性循環。

3）對交通機電工程的影響

通信、監控、收費三大系統是高速公路現代化管理水平和服務水平的綜合體現，擔負著大量數據交換，信號傳輸的電纜、光纜，均鋪設在中央隔離帶管道中，盤留在人井中。積存于人井或管道內的積水，將對通訊電纜起到極大的破壞作用。一旦線纜受損，將嚴重影響和破壞遠程數據、視頻信號、音頻信號的傳輸，使通信中斷，整個系統的運營管理陷入癱瘓。

5 中央分隔帶積水與水損壞的關系

實踐證明，某些高速公路由于排水系統不夠完善，導致路面出現種種病害甚至損壞，給建設單位造成巨大的經濟損失,也給養護工作造成很大困難。要延長路面的使用壽命，改善路面結構使用性能，就必須完善道路排水設施。滯留在路面結構層內的水分，在車輛荷載的作用下導致路面結構層中部分集料上的瀝青剝離，表面開裂、形變、向外擁擠或產生坑洞。如果瀝青下面層施工質量差，在動水壓力的重復作用下，路面的抗疲勞性能會下降，使下面層在車輛荷載的重復作用下出現疲勞損壞。在行車荷載的作用下，動水壓力對基層表面產生垂直的、在裂縫深度范圍內水平的重復沖刷和抽吸作用,使基層材料被擠壓、沖刷的細小顆粒在動水壓力的作用下，沿瀝青混合料的空隙向上流動形成唧泥。滯留在面層下的水使裹覆在碎石表面的瀝青膜逐漸脫落，使瀝青混凝土的強度逐漸損失，直至完全松散。行車輪跡下松散的瀝青混合料向兩側擠出，使輪跡帶下陷，同時使兩側鼓起，形成嚴重的轍槽。

中央分隔帶排水是高速公路排水的一項重要內容，超高路段外側的路面表面水、中央分隔帶內的表面水以及下滲的多余水分均由中央分隔帶排水設施排除。當中央分隔帶表面未鋪面，降落在分隔帶上的表面水會滲入分隔帶土體內，分隔帶一般都回填普通土，并埋設各種地下管、井，這會導致中央分隔帶積水。如果中央分隔帶排水設施能夠很好地起到防、排水的作用，水分不會滲入路基路面結構層內，不會對路基路面結構產生水損害。如果中央分隔帶防、排水設施不完善，進入中央分隔帶中的多余水分不能及時排出，水分就很容易通過中央分隔帶內的縫隙進入到路基路面結構中，軟化結構強度。這種滲流還會順著縱坡向低凹地區集中，導致低處的地基含水量過大，影響行車道路基和路面結構的穩定，進而對路基路面產生水損壞，影響道路使用性能。雖然近幾年多采用抗剝落劑來增強瀝青與集料之間的黏結力，但進入道路內部的水分在行車荷載通過下產生動水壓力，仍然會使瀝青與集料發生剝離,進而使瀝青路面發生早期水損壞，對行車安全造成不利。

公路路基路面建設質量與使用壽命的關鍵在于排水，在公路的使用過程中，路基路面結構內部的含水量必須控制在干燥或中濕狀態，不影響其自身強度和穩定，否則會降低承載力，導致路面的迅速破壞。中央分隔帶排水的目的就是通過在中央分隔帶內設置排水設施，將降落在或流向中央分隔帶內的水分有效地匯集并迅速排出路屆，使中央分隔帶內的濕度降低到一定的范圍內，確保結構的強度和穩定性。

6 結語

應高度重視中央分隔帶排水設計，因地制宜地有針對性地采用新工藝、新材料、新構想,避免路基路面產生早期損壞，合理地與綠化工程及安全設施配套。目前已建成或在建的高速公路排水設計,從施工的實際情況看是行之有效的，但還需經受時間的考驗,不斷地完善和發展。

[1]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社,1999.18-30.

[2]陳建榮.杭寧二期工程路基、排水及防護設計[J].華東公路, 2001,(3)：28-31.