關于中央分隔帶混凝土護欄泄水口設置的研究

葛緒禎，唐 韜

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

隨著我國國民經濟的高速發展和對外聯系的日益增強，各級公路交通量呈持續增長的態勢，已建公路項目整體通行能力和服務水平日益下降，在新的形勢下交通需求越來越難以得到滿足，加重了道路的交通壓力，因此公路工程改擴建已成為我國交通工程發展的主要方向，對原公路及沿線設施進行全線或逐段提高技術等級，以提高其使用性能的工程。目前在公路改擴建項目中面臨著如何對原有道路的路基、路面、防護、排水工程改造利用等諸多問題，本文結合工程實例針對公路改擴建項目中超高段中央分隔帶混凝土護欄泄水口設置方案進行深入探討研究。

1 常見超高排水類型及其特點

超高段路面排水的設計要點主要是將超高段外側路面水攔截排除，目前常見的超高排水方式主要有以下兩種[1]：

（1）年降水量小于400 mm 的地區，雙向四車道公路，可采用在中央分隔帶設開口明槽的方案，超高段外側路面水通過路面橫坡匯流至中央分隔帶，再通過中央分隔帶開口漫流至非超高側后排除。

（2）年降水量大于或等于400 mm 的地區，或車道數超過四車道，外側路面水通過地下排水系統排除。在超高外側中央分隔帶邊部路緣帶內設置縱向排水溝、集水井、檢查井及橫向排水管，通過急流槽與路基排水溝相接，將路面匯水排出路基以外。路基為挖方的超高路段，如超高段落不長，可適當調整集水井位置，將橫向排水管出口設置在填方路段。一般地段縱向排水溝溝底縱坡同路線縱坡。

對以上兩種排水方案進行比較分析，其特點如下。

方案一為路表排水，超高段外側路面水通過路面橫坡漫流經中央分隔帶泄水口后流經內側半幅路面排除，該排水方式簡單、直接，不需要預埋管道、反開挖回填等，施工方便。對于公路改擴建項目該排水方式尤為有力，可避免對原有路基路面的開挖破壞，提高了原有路基路面的利用率，能夠最大限度的降低對原有道路的影響，其經濟性和結構可靠性都優于地下排水。但路面水會使車輪與路面間的摩擦力、橫向力系數減小，路面的抗滑性能降低，對行車安全會造成一定的影響。

方案二為地下排水系統，超高段外側路面水通過設置在路緣帶內的縱向排水溝攔截，由集水井、橫向排水管、急流槽匯入路基邊溝，能夠有效的排除超高段外側路面水，較方案一對行車安全有利，是目前我國公路工程中最為常見的超高排水方式。但該排水方式需要開挖溝槽、預埋管道等，施工較為復雜。排水溝、集水井及橫向排水管均埋于地下，排水效果受施工工藝及施工質量影響較大且后期維護成本較高。橫向排水管在水穩層碾壓施工過程中可能破壞，一旦損毀，容易給路基路面帶來水害。縱向排水溝占用路緣帶，存在車輪碾壓邊溝蓋板的可能性，對行車安全有一定的安全隱患。對于公路改擴建項目該排水方式對原有路基路面影響較大，原有道路利用率降低。

2 工程概況

該項目設計車速為80 km/h 的雙向四車道一級公路標準，整體式路基全幅寬24.5 m，其中中間帶寬2.0 m（中央分隔帶寬1.0 m，行車道左側路緣帶各寬0.5 m），行車道寬2×2×3.75 m。兩側硬路肩各寬3.0 m（含右側路緣帶寬0.5 m），土路肩各寬0.75 m。改擴建段為左側單側拼寬，原有道路為設計車速為60 km/h 的雙向兩車道二級公路標準，路基寬度10.5 m，其中兩側土路肩、硬路肩寬均0.75 m，行車道寬2×3.75 m。中央分隔帶采用預制混凝土防撞護欄，護欄預制時預留24 cm×7.5 cm 的矩形孔，用于超高段路面橫向排水，每個標準預制塊（長4 m）預留三個孔。

根據第二章節常見超高排水類型及其特點，綜合比較分析后本項目采用路表排水方式。如圖1 所示。

圖1 超高段路基標準橫斷面圖（單位：cm）

3 水力計算

3.1 設計徑流量計算[1]

（1）匯水面積和徑流系數

超高路段外側路面匯水寬度為11 m，假設泄水口間距為L，則兩泄水口之間的匯水面積F 為：F=11×L（m2）；地表種類為瀝青混凝土路面，徑流系數ψ 取0.95。

（2）匯流歷時

計算路面表面排水時，單向三車道及以下的路面匯水歷時可取5 min。

（3）降雨強度

依據《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）可知，路界內設計降雨重現期為5 a，設計降雨歷時按5 min 計。該項目位于湖北省監利市，5 a 重現期10 min 降雨強度為：q5，10=2.1 mm/min；該地區5 a 的重現期轉換系數為：Cp=1.00；60 min 降雨強度轉換系數為：C60=0.45；5 min 降雨歷時的轉換系數為：Ct=1.25。本項目5 a 5 min 的降雨強度q 為：

式中：q 為5 min 的降雨強度，mm/min；Cp為5 a 重現期轉換系數；Ct為5 min 降雨歷時的轉換系數；q5，10為5 a 重現期10 min 降雨強度。

（4）設計徑流量

設計徑流量Q 為：

3.2 按淺三角形溝泄水能力計算泄水口間距

（1）淺三角形溝泄水能力計算

超高段外側中央分隔帶混凝土護欄邊部縱向排水假設為“淺三角形溝”，溝壁的粗糙系數為：n=0.013。為保證行車安全以匯水浸沒寬度不超過左側路緣帶邊線為限，即寬0.7 m。假定路面超高橫坡為：ih=0.02，則過水斷面水深為：h=0.7×ih=0.7×0.02=0.014（m），如圖2 所示。

圖2 中央分隔帶混凝土護欄示意圖（單位：mm）

淺三角形溝的泄水能力Qc為：

式中：ih為溝的橫向坡度；n 為溝壁的粗糙系數；h 為溝的水深；I 為水力坡度。

（2）匯流歷時

路表匯流歷時為t1：

式中：Lp為匯流長度；ip為路面橫坡，與溝的橫向坡度ih取值相同；s 為地表粗糙系數；查規范知瀝青路面地表粗糙系數為：s=0.013。

溝內匯流歷時為t2：

式中：L 為泄水口間距；I 為溝的平均縱坡；總匯流歷時

式中：t1為路表匯流歷時，s；t2為溝內匯流歷時，s。

（3）泄水口間距確定[2，3]

按不同溝底縱坡計算泄水口最大設置間距，相應的判別式如下：

流量要求Q設計＜Q邊溝

匯流歷時要求t≤5 min

邊溝平均流速要求V允許最小＜V＜V允許最大，查規范知V允許最小=0.4 m/s，V允許最大=3.0 m/s。

按（1）、（2）、（3）式進行試算，計算結果見表1。

表1 不同縱坡下排水溝的最大匯流距離

3.3 按泄水口泄水能力計算間距

泄水口泄水能力Q 為:

式中：V 為平均流速，m/s；n 為粗糙系數；R 為水力半徑；I 為水力坡度。

該項目泄水口斷面形式為矩形，寬為24 cm，高為7.5 cm，假定泄水口橫坡與超高橫坡保持一致，按式（1）、（2）、（3）進行計算，結果見表2。

表2 不同橫坡下泄水口的最大間距

對于超高段外側混凝土護欄邊部匯流排水的“淺三角形溝”，一般泄水斷面較小，當匯流時間滿足限定的5 min 的情況下，徑流量已經超過了淺溝的排水能力。對比表1、表2 計算結果可知，按泄水口泄水能力計算間距遠大于按淺三角形溝泄水能力計算泄水口間距。因此，最終應依據淺三角形溝的泄水能力來確定泄水口的設置間距。

3.4 水力計算結果

同理，按照上述計算步驟計算在不同路線縱坡、不同超高橫坡情況下泄水口的設置間距，計算結果見表3。

表3 不同路線縱坡、超高橫坡下泄水口間距

4 結 論

（1）在公路改擴建項目中，對于年降水量小或雙向四車道的公路，老路改造段超高路面排水方案可優先考慮采用路表排水方案;

（2）泄水口的設置間距最終依據淺三角形溝的泄水能力來確定;

（3）泄水口的設置間距隨路線縱坡、超高橫坡的增大而增大;

（4）通過水力計算，確定在不同路線縱坡、不同超高橫坡情況下泄水口的設置間距。通過本文的研究結論，希望能為今后的工程項目提供理論依據和借鑒。