公路工程低路基防排水結構設計分析

文/章鈺智、余登峰

1 前言

我國地域遼闊，不同的地區氣候條件相差非常大，因此結合實際情況選擇合適的公路施工方案尤為重要。在公路項目建設施工中，通過使用低路基的方式可以減少占地面積和開挖土方量，保證公路與自然協調共處。通過低路基的結構形式選擇，可以解決地基強度問題，并且在公路項目范圍內降雨量相差較大時，徹底解決漫流排水問題；特別是應用到戈壁等地，可以消除不良地質條件產生的侵蝕和影響。本文以某地區的高速公路項目為案例進行分析，重點了解低路基的防排水結構形式和最終的施工效果，對今后類似的低路基防排水施工的順利進行起到積極的促進作用[1]。

2 項目區概況

某高速公路項目是當地主要交通基礎設施，線路總長度為233.6km，在沿線分布著各種特殊地質條件。經過現場地質勘察發現，該區域內的地表水不發育；冬春時節是當地的枯水期，進入6月之后，因為冰川融化等影響，進入汛期；秋季環境溫度下降速度非常快，河流徑流也會大幅減少。另外，綠洲區對于低路基穩定性有著直接的影響，比如降水、地下水、灌溉等因素就會對其產生影響，而荒漠地帶的低路基穩定性則會直接受到暴雨、洪水等方面的影響。因此，選擇科學合理的防排水設計方案可以有效提升低路基性能，滿足公路運行的標準，達到交通安全性的要求。

3 防排水結構形式

經過現場的勘察可以確定，該項目的兩側分布著綠洲，需要對于沿線區域內的跨路基橫向水、地下水、地表徑流等進行攔截處理，有效疏排水資源，防止給公路項目帶來不利影響。綜合分析目前的綠洲區的特點，應該采取符合實際需要的防排水基礎設施。綠洲區低路基要想減少降水、地下水等方面的影響，可以選擇使用邊溝、排水通道等方式處理；而荒漠區則需要選擇消除洪水影響的措施，一般采用涵洞等設施，以達到防排水的效果。

3.1 邊溝及急流槽

邊溝的作用就是將路表、路肩等位置的水進行匯集，一般設置于路肩的外側空間；此外，通常填方都是設置在坡腳的外側，其結構形式主要是三角形、矩形等。低路基結構部分的填筑高度在3.5m 左右，其排水能力的計算和路面排水長度存在著直接聯系。經過分析，本次公路路面的路面排水長度為100～200m，由此確定采用底部寬度50cm 的梯形斷面排水溝，以此滿足路表水排除處理的需要。在該項目內，邊溝還可以排出急流槽、路堤等邊坡水流，避免綠洲區給邊坡造成侵蝕和影響。急流槽主要是在路堤和路塹比較陡的情況下設置，設定為排水基礎設施，一般由進口、槽身、出口等部分構成。在表面有大量水匯集的情況下，急流槽穩定性難以達到使用要求，因此需要在槽底布置加固底座、消力池、陶瓷急流槽等設施，以滿足排水的需要，達到急流槽運行穩定性的標準，不會出現沖毀等嚴重問題[2]。

3.2 截水溝

截水溝一般情況下是布置于路塹坡頂外側、山坡等地帶，其使用目的是將坡面處集聚的水直接截流，防止給路基結構帶來嚴重的沖擊影響。一般情況下，截水溝是根據水流方向保持垂直設計，與地形等高線處于平行的位置上。在坡面比較陡的情況下，邊坡平臺的位置上需要設置截水溝；在水流相對較大的情況下，需要設置比較多的截水溝，以滿足實際應用的標準。本次項目施工地帶應用的是梯形截水溝等形式，一般選擇使用厚度為20～30cm 的漿砌片石砌筑，避免降雨集中的情況下導致嚴重沖刷影響，確保公路邊坡運行更加穩定；在挖方量比較大的情況下，截水溝通常會和邊溝、截流槽聯合行動。另外，如果施工地帶存在鹽漬土，則需布置截水盲溝，以提升路基穩定性標準。

3.3 路基隔斷層

該高速公路所在地區分布著比較多的鹽漬土地質條件，且項目路基部分全部采用鹽漬土進行填筑作業施工，在運營階段極易存在凍脹、混凝土侵蝕等質量問題。因此，需要設置路基隔斷層，同時路基按照規定高度鋪設相應厚度的材料，將毛細水隔絕在路基外部，進而避免水分、鹽分等進入路基表面，且不會發生鹽脹的問題。隔斷層的作用尤為明顯，按照公路運行的標準選擇合適的隔斷層施工材料，以達到隔斷的效果。結合這一地區內高速公路經驗總結分析發現，在零填方的路段應該布置厚度為30cm 的隔水層結構，挖方路段則應該布置20～30cm 厚隔水層；對于路基有潮濕性問題的情況，在路床下部應根據平均稠度確定具體的技術參數，保證最終的隔水層結構達到性能的標準要求[3]。另外，在隔斷層設計上，也要按照工程的需求，對路基的形式進行確定，使其達到隔斷效果。

3.4 通道排水

高速公路在建設施工后，會使公路兩側的自然環境處于隔斷的狀態，因此要優先選擇使用上跨橋、下通道等結構形式將兩側的自然環境聯系起來，以保證生態性合格。對于地形變化比較起伏的地帶，一般會優先選擇上跨橋的結構形式；如果是平原地帶或者地勢較為平緩，則應該使用下挖通道的方式，這樣可以有效降低路基的高度，達到運行要求。但是應用下挖通道后，在暴風雪、融雪洪水等自然條件的影響下，會導致這一區域內給水非常嚴重，進而給兩側區域內的農業生產以及人們的日常生活帶來非常不利的影響。因此，我們要結合實際情況選擇合適的通道排水技術措施，滿足運行的標準。該高速公路所設施的通道排水設施如下所示：兩側入口部位上需要設置擋雨棚結構，同時還要按照要求設置截水溝、排水溝等基礎設施；如果土層結構的滲透性非常好，那么在通道最低的位置需要設置滲水井；利用管道、水泵等方式并采取人工干預的方法把積水抽出去，排放到低洼的路段中；通道內部需要布置排水溝形式，保證積水可以及時排出[4]。

3.5 涵洞

涵洞為埋設到路堤中間需要橫穿路堤結構的建筑物形式，其需要把地形較高的一側的洪水直接排放到地形較低的一側空間中，可以當作是農業灌溉的方式，也可以應用為通道的形式。目前應用的涵洞的主要形式由箱涵、拱涵、蓋板涵、圓管涵等，這些都會在該高速公路所在地區內使用，最為普遍應用的是蓋板涵與箱涵。蓋板涵的主要施工材料是天然石材，這種材料簡單易得，結構硬度比較高，施工操作也非常方便，維修效果非常好，但是力學性能很差，通常只能在跨徑在2m 以下、流量不足10m3/s 的情況下應用。箱涵的主要施工材料是鋼筋混凝土，結構性能比較好，抗變形能力高，結構強度也非常好，使用范圍較廣，但是總體來說施工成本較高，難度也很大。為了滿足低路基排水性能的使用標準，本次高速公路選擇使用多孔低矮箱涵的結構形式，保證排水的效果符合工程需要。從實際情況出發，在高速公路選擇涵洞時，需要考慮到水流量數據，保證其使用性能符合要求[5]。經過設計人員綜合分析，該項目中采用的是雙孔與三孔箱涵，設計方案如下圖1 所示。

圖1 常用箱涵典型設計斷面

在涵洞設計過程中，需要分析低路基排水防水以及排水量，從而使整個涵洞設計的通水率滿足應用要求。

4 結語

綜上所述，對于特殊地形條件下的公路低路基設計施工，施工人員需要引起足夠的重視。一般情況下，選擇使用底部寬度為50cm 的體型斷面邊溝結構就能夠滿足排水的要求，同時還能預防鹽漬侵蝕的影響；截水溝一般都會選擇使用梯形的形式，以此有效提高排水能力，避免降雨量大給路基帶來嚴重的沖擊影響；另外，隔水層結構的選擇也非常重要，其目的是保證路基結構性能，所以施工材料選擇尤為關鍵；此外，通道排水部分的設計也很關鍵，一般會采用擋雨棚、滲水井等方式，同時還要布置管道與水泵抽水；對于涵洞來說，優先選擇混凝土的雙孔或三孔涵洞，能夠達到結構性能的標準要求。