道路路基排水設計及創新應用

徐 軍

湖南省公路設計有限公司，湖南長沙 410000

1990年，全國公路總里程為102.83萬km，2018年，全國公路里程達到477.35萬km，增長近4.64倍；其中，市政道路的總長度，也從1990年的9.5萬km增長到2018年的48萬km，增長超過5倍。目前，百萬以上人口的大城市主干道已經舊貌換新顏，老路、破路皆為平整寬闊的雙向六車道取代[1]。與道路長度成正比增長的是：人們對道路質量的要求越來越高，水害對于道路的破壞亦有所上升。這就要求我們必須做好道路路基排水設計，并根據現場的實際情況進行創新。

1 路基排水設計的重要性

根據脆弱性理論，世界上不存在完美無缺的系統，任何系統的內部都存在著不穩定的因素，在與外界的交互作用中這些不穩定因素會暴露出來，最終造成系統的毀壞。而水，便是危害道路使用的最重要的自然因素，一個最大的不確定性。

水可分為地表水與地下水，地表水主要包括降雨及江河 （地表徑流），地下水則指地表以下各種形式的重力水。我國經濟最發達的地區基本都分布于長江中下游平原至東部沿海，年降雨量較大 （上海年降水量達1566mm，浙江年降水量達1953mm，廣東年降水量達2357mm），地下水水位較高 （上海地下水離地表只有0.5m）。大量地表水日積月累的滲透、沖刷，會破壞路基的穩定性，造成水毀破壞；路基土體中含水量一旦達到飽和，則會降低路基的強度與承載能力，甚至造成路基翻漿、路基沉陷、坍塌、邊坡滑動，嚴重影響道路的使用與交通運行。因此，路基排水設計必須受到高度重視。

2 路基排水設計的原則

水具有流動性，宜疏不宜堵；所以，路基排水需要對地表水進行有效的匯聚、引流，對地下水則采用防水、排水相結合的措施，降低地下水水位，并將地下水引流至路基以外；使路基土體含水量始終保持在一定限度內，維持路基的相對干燥，以保障路基及路面的整體穩定性與承載能力[2]。

路基排水設計，應遵循全面規劃、因地制宜、合理布局、保護環境、節約用地等原則，并盡量與現場已有的排水系統及下水道管網 （或農田灌溉溝渠） 相協調。進行排水設計前，必須全面調查現場環境及水文情況，了解現場年降水的歷年數據，要結合道路的設計進行全面規劃，使排水系統與道路設施協調、統一；進行排水設計，必須根據現場的具體情況進行具體分析，因地制宜，綜合考慮經濟性與有效性，充分利用現場的地形或天然水系，盡量降低成本；此外，還要盡可能節約用地，保護現場的自然環境，避免水土流失及破壞現場水系。

3 路基排水設施

3.1 地表排水設施

市區內的路基地表排水設施，包括偏溝、雨水口、連接管、管道等；市郊道路路基地表排水設施，則包括邊溝、截水溝、排水溝、跌水和急流槽、涵洞等。

在市區內，道路地表排水主要通過道路橫坡，將路面積水排入偏溝，讓積水流入雨水口、連接管，再經管道排入地市下水道管網，最后流入天然水系 （江河） ；地表排水設施排放的水流不能直接進入當地居民飲用水水源，要根據當地暴雨強度設計地表水雨水徑流量。

在市郊，道路地表排水主要通過邊溝，將地表水引入排水溝，最后匯入當地水系。邊溝一般設置在路塹、矮路基或陡坡路基邊緣外側，用來匯積降水，邊溝可設計為梯形、U形、L形、梯形、矩形、三角形，要視現場實際情況而定；截水溝則設置在路塹或挖方路基坡頂外的自然坡面上，以攔截自然坡面的地表水徑流，防止挖方邊坡遭受流水沖刷，截水溝長度一般不超過500m；排水溝則將路基范圍內的地表水徑流引至路基以外；為降低徑流流速，削弱徑流能量，在陡坡或深溝地段要設置階梯狀溝槽，稱為跌水；若徑流上下游水位差較大，需設置急流槽。

3.2 地下排水設施

水害不僅來自地表與空中，也來自地下；地下水對路基的侵害同樣不能忽視。在路基施工前，必須對現場進行全面、詳細的地質、水文勘探，若現場地下水水位過高，路床處于土層中毛細水上升高度內，就應設計地下排水設施。

地下排水設施，一般包括暗溝、滲溝、滲井等。暗溝設置路基邊溝下方，用以降低地下水水位，防止毛細水上升至路床范圍內；滲溝采用滲透方式匯集地下水，將地下水徑流通過溝底通道排至指定地點；若現場地下存在多層含水層，而影響路基的上部含水層又較薄、難以布置滲溝時，可以設置滲井進行立式豎向排水，將上層地下水引入更深的含水層。

4 路基排水設計的創新應用

4.1 創新基層設計

在混凝土板下面采用10cm厚的瀝青處治材料 （亦可采用貧混凝土或水泥） 作基層。如果采用貧混凝土，要將它粘接到混凝土平板上。還要將基層上的槽縫、接縫準確地放在板接縫的正面，以防止反射裂縫。在底基層下再鋪設75cm厚的骨粒料層，從一側向另一側呈2.5%的傾斜 （具體傾斜方向要視現場實際情況而定），水滴沿4%的斜坡的一端流向平板內的暗溝。在路基下，還可設置多孔的混凝土層，將地表水徑流排至暗溝外。

4.2 設置土質邊溝

在道路兩側，設置淺碟形的土質邊溝，邊溝的寬度保持0.3～0.5m （個別地段可以達到0.7～0.8m）。而不用漿砌片石邊溝，更不蓋板。設置這樣的土質邊溝，不必再為排水找通道，雨水流入邊溝后，因邊溝的表面積過大，很快就可以自然蒸發；土質邊溝還可以讓路基內的積水迅速從邊溝側壁排出，保持路床的干燥。

4.3 進行綜合設計創新

目前，水害已經成為困擾南方城市道路的一個難題。為治理道路水害，必須根據現場的實際情況 （南方城市多為軟土，現場的實際情況往往比較復雜），進行綜合設計創新。

如，有的路基下出現了層間水、潛水，在挖方段與路塹段出現了地下水滿溢。就可以設計橫貫路基寬度的30cm厚的厚碎石排水墊層，在路基挖方腳處設置盲溝與縱向排水溝，再用風化砂進行分層回填，設置80cm厚的排水墊層，最后鋪上防水土工布。

又如，有的現場路基土屬于風化砂，地下水較低，缺乏黏土，無法鋪設50cm厚，7%的灰土隔水層。這時，便可以鋪設1mm厚的HDPE復合土工膜，同時清除粒徑在3cm以上的石塊，碾壓整平，用風化砂進行分層回填，設置0.4cm厚的隔水層。

4.4 應用新材料

在進行路基排水設計時，還要注意應用新材料。如，在設計盲溝時，可應用塑料盲溝 （國際上稱為Geocomposite Drain）。塑料盲溝由熱塑性合成樹脂 （改性聚乙烯） 經過加熱熔化，通過噴嘴擠壓出纖維絲層層堆疊，并將其融結面溶合在一起形成，是一種三維立體網狀多孔集排水材料。在塑料盲溝外再包裹上土工布作濾膜。塑料盲溝的抗壓強度高，不存在被壓斷的可能性，在250kPa的壓力下，仍能保持60%以上的斷面空隙率；它的表面開孔率高達90%甚至95%，可以有效地吸收土壤中的滲水，并及時把滲水排走；塑料盲溝的使用壽命極長 （可長達幾十年甚至上百年），施工也極為方便，可適應各種土體變形。值得在路基排水設計中推廣。

當然，應用新材料，必須考慮性價比的問題。要根據現場的實際情況，運用價值工程理論，盡量選擇價廉質優的新材料。

4.5 將“海綿城市”理念融入路基排水設計之中

近年來，每逢大雨，國內大中城市便遭到淹沒，“歡迎到某城來看海”等新聞頻頻登上百度熱搜榜頭條。有鑒于此，“海綿城市”逐漸成為建筑界熱議的一個新概念。海綿城市可以有效吸收城市降水，凈化城市生態環境，促進城市綠色生態建設，符合可持續發展的理念。

將“海綿城市”的理念融入路基排水設計中，需要研究城市近年來最大降雨量，確定設計標準與徑流系數；然后沿道路兩側鋪設排水管道 （管道可鋪設在道路兩側的綠化帶下），管道設計坡度應隨道路設計坡度而定 （縱坡坡度在3‰以上），管道長度要控制在1km以內，管徑控制在50cm以內。通過管道，將雨水引入雨水凈化池，經過凈化處理后，再將雨水注入綠化澆灌系統。

將“海綿城市”的理念融入路基排水設計中，必須與城市的長期規劃建設、城市下水道管網建設 （目前絕大多數城市下水道管網已經老舊，而且我國城市下水道管徑根本無法與日本、美國相提并論） 協調起來，工程量較大、設計復雜、成本較高[3]。但從長遠來看，卻是路基排水設計的一個發展方向，所以值得進一步研究。

5 結語

目前我國公路網長度已高居世界第一，但遠未達到飽和的程度 （農村公路質量更不能與高速公路相比） ；然而近年來氣候異常，降雨暴增，給道路造成了愈來愈嚴重的水損害。所以，我們應當仔細研究路基水害問題，做好路基排水設計，不斷提高道路質量。