高速公路排水系統及環保設計

馬增興

摘要：水是影響路基強度和穩定性的重要因素，排水設計對于保障公路結構物的使用壽命和行車的通暢、安全具有十分重要的作用，因此環保型排水系統目前是我國高速公路排水設計的發展方向。為了提升高速公路排水系統設計的環保性，在綜合分析高速公路排水系統及設計原則的基礎上，總結了開展高速公路排水系統環保設計的必要性，并以實際工程項目為例，結合該高速公路的實際水文地質條件，提出了高速公路生態排水系統的部分結構形式，充分體現出了高速公路排水系統的環保特色。實踐結果表明，對高速公路排水系統進行環保設計，不僅滿足公路排水的基本要求，同時滿足生態環保要求，具有生態效益、景觀效益、經濟效益的長期效果。

關鍵詞：高速公路；排水系統；環保；設計

中圖分類號：U417.3? ? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0087-04

0 引言

隨著交通運輸需求的不斷增長，我國高速公路不斷暴露出排水問題［1］。高速公路排水系統的好壞直接影響路基、路面和邊坡等結構的質量，進而影響高速公路的使用性能［2］。排水系統作為保障高速公路正常使用的基礎，國外在排水系統環保方面的研究起步較早，而我國則是1997年才頒布《公路排水設計規范》（JTJ 018—97），該規范對公路排水設計做出了的規定［3］。近年來，國家重點關注排水系統對環境的污染問題。如何使高速公路排水系統與周圍景觀協調，最大限度地實現環境保護的功能，是我國高速公路排水設計的發展方向［4］。因此，在進行高速公路排水系統設計時，要綜合考慮沿線地形地貌、水文地質、降雨量等自然因素，利用新理念和新技術實現排水系統的環境保護和景觀綠化一體化［5］。本文在現行高速公路排水系統設計原則的基礎上，將生態排水技術成功地應用到溧高高速公路排水系統設計中，滿足了高速公路排水要求，達到了生態與周圍環境協調一致的環保效益，并且對未來高速公路排水系統的設計具有良好的指導作用。

1 高速公路排水系統

水是危害高速公路的主要因素之一，它會直接或間接影響道路的濕度從而影響道路的使用質量與行車安全［6］。隨著公路建設的發展，特別是高等級公路的建設，水對公路的影響日顯突出，高速公路排水系統的功能是迅速排除路面水、路面結構層間水，防止地下水對路基穩定性及強度的影響，減少排水過程中對路基、路面結構的不利影響［7］。因此，排水設施是高速公路必不可少的重要組成部分，對高速公路的正常使用尤為關鍵。在高速公路設計中，必須重視排水工程，排水系統主要包括邊溝、截水溝、排水溝、集水溝、集水井等排水結構物，為保證高速公路的使用性能，應當根據項目特點，合理選擇排水設計方案，保證高速公路建設質量［8］。

2 高速公路排水系統設計原則

高速公路排水系統設計中通常遵循“截、引、排”的原則，最大限度地發揮排水結構的功能和作用［9］。首先，對地表水的有效攔截是前提，將水快速排出路基范圍；其次，綜合考慮各種排水設施之間的互相連接，對水進行有效的引流，防止水分下滲后損害路基結構；最后，將路基范圍內的水排出，形成一個功能齊全的高速公路排水系統［10］。設計排水系統時應注意以下內容：①排水設施在實現其功能時，不應造成壅水或阻水，不應產生沖刷流速。②要綜合考慮項目的沿線地形、水文地質、氣象條件及橋涵位置等。③注意搜集項目當地的自然水系、天然河溝、人工排水、水土保持、河川治理等設施的信息，實現高速公路排水系統的合理配置和互相補充，全面規劃排水設計范圍。④保證排水結構的使用年限及其使用期限內的使用性能，并采用科學、合理的加固防滲防護措施。⑤避免圬工砌體對生態環境造成破壞，建設生態環保型公路排水系統，實現公路排水生態化。⑥合理選擇排水系統的斷面形式、尺寸，滿足排水能力要求。

3 開展高速公路排水系統環保設計的必要性

高速公路是一條帶狀物，沿線排水設施的設置是否合理，會對地表徑流會產生一定的影響，從而引起原有自然環境的改變。隨著國民環保意識的增強，高速公路的排水問題日益得到重視［11］。為滿足環保要求，在排水系統設計中應引入可持續發展思想，實現排水系統與環境的可持續發展，使自然生態環境和人類活動達到良性循環。因此，高速公路排水系統環保設計已成為綠色交通發展的重要任務［12］。

4 高速公路排水系統環保設計案例分析

高速公路排水系統的排水設施除了要滿足排水需求，還要充分考慮對公路周邊環境的保護功能，最大限度地減小排水系統對周邊生態的破壞。本文以溧高高速公路為例，對其排水系統的設計進行說明。

4.1 工程案例

溧高高速公路是一條代表21世紀高速公路建設水平的生態、環保、旅游、景觀高速公路，該高速公路路線是江蘇高速公路網規劃的重要組成部分，起自溧陽，至廣德高速公路南渡樞紐，向西經溧陽強埠、湯橋、高淳椏溪、溧水和鳳，止于高淳至蕪湖高速公路和鳳樞紐，全長33.983 km。全線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計時速為120 km/h，設置服務區1處。溧高高速公路跨越多條高速公路和河流，途經椏溪國際慢城旅游觀光景區、溧陽市西部自然生態區等眾多旅游景區。

溧高高速公路處于中強地震活動區，屬于第四紀活動斷裂；地形平緩開闊，無坍塌、滑坡等不良地質現象。溧陽市和高淳區寒暑顯著，全年平均氣溫為17.5 ℃，降雨量大，年均降雨量為1 149.7 mm。該高速公路項目分布于沖積平原，沿線河流有蕪申運河、大溪河、周城河。近地地表水以水庫形式保存，分別為龍墩、躍進、尚義三號、圩莊和丁村水庫。全線路段土壤主要為青泥土、黃泥土、黃土、夜潮土和馬肝土等。

4.2 路面表面排水

通常情況下，對路線縱坡超過0.3%的路段進行路面表面排水設計時，可以在路肩處設置攔水帶、出水口和急流槽，實現集中截流排水，將攔截匯集的路面水集中排放到路堤坡腳外。泄水口要采用非對稱的方式設置，急流槽在不同路線縱坡下的間距也不同（見表1）。

由于溧高高速公路地處平原地形，路線縱坡較小，如果設置路肩攔水帶，會導致縱向排水不暢，路面水排出時間較長。路面水的長時間停留，不僅會對路面造成損害，同時在行車道上形成一層水膜，影響行車安全。因此，要根據溧高高速的實際地形情況，對其進行優化設計。在低填方路段，做好邊坡防護，在邊坡上種植各種適合的花草樹木，采取分散漫流的方式通過邊坡將路面水直接漫流至邊溝，使路域景觀效果更接近自然景觀。分散漫流排水方式如圖1所示。

在高填方路段，不再采用路肩設置攔水帶方式，而是設置淺碟形集水槽，使路肩外空間更大，方便在邊坡實施綠化。淺碟形集水槽排水方式如圖2所示。

4.3 路基邊溝排水

為了將路面、邊坡上的水快速排出，防止地面水影響路基，保證路基強度，將邊溝設置在挖方路基的路肩外側，其走向與路中線平行，減少匯水面積和降低匯水流量。在設計邊溝時，不允許其他溝渠的水流排入，同時注重景觀設計與周圍環境的相互協調。要根據排水量選定邊溝橫斷面形式及尺寸。邊溝橫斷面形式主要分為三角形、梯形、矩形和淺碟形，每種形式的邊溝有各自的優勢和應用范圍（見表2）。

根據溧高高速公路的地理環境、降雨量等實際情況，采取環保排水新理念，選用淺碟形斷面形式邊溝（如圖3）。在不積水的情況下，邊溝縱坡與路線縱坡一致，對于匯水面積小的部分路段，使用土質邊溝，使邊溝綠化效果自然地融入周圍自然環境。

4.4 中央分隔帶排水

中央分隔帶對高速公路系統起到分離往返車流的重要作用，同時中央分隔帶的植樹綠化可以達到美化環境、強化環保措施的效果。通常情況下，中央分隔帶內預埋各種管道、人井，給水源提供滲入路基的途徑，因此中央分隔帶設計應綜合考慮當地氣候、綠化效果、施工難度后，選擇不同的排水方案。中央分隔帶包括凸起式、齊平式和淺碟式3種，每種形式有各自的優點和缺點（見表3）。

溧高高速公路在中央分隔帶上植草、種花進行綠化，可以減緩駕駛員的視覺疲勞。由于該路段所在地區降雨量大，為增強中央分隔帶的排水效果，保證水源無法進入路基和路面，最后綜合考慮選用凸起式的中央分隔帶。為保證植樹的成活率，中央分隔帶的填土要達到一定的厚度，同時在填土底部中線兩側各設置一條縱向碎石盲溝，盲溝內鋪設直徑為15 cm的PVC管，起到匯集水源的作用，并每隔40 m的間距在左右各設置一根橫向排水管，使水源通過PVC管匯集到橫向排水管，最終排出路基邊坡之外，排水示意圖如圖4所示。采用凸起式中央分隔帶方式，綠化空間大、綠化方式靈活，可以搭配各種花木，還能起到視線誘導作用。

4.5 截水溝

截水溝又稱天溝，一般設置在山坡路堤上方的適當地點，減少水對坡面的沖刷，保證水順利排入附近水系。截水溝應沿等高線布置，長度一般在200～500 m，截水溝使用矩形混凝土邊溝。截水溝的出口要特別注意沖刷問題。

對于溧高高速公路而言，年均降雨量為1 149.7 mm，經計算后決定采用矩形斷面截水溝，尺寸為60 cm×60 cm。截水溝底用C20現澆水泥混凝土，截水溝兩側墻體磚砌并用水泥抹面。截水溝坡面進行植物綠化，達到保護環境的目的。截水溝出水口走向盡量外移，減少對路基邊坡的沖刷，截水溝設計如圖5所示。

4.6 服務區排水設置

為滿足高速公路使用者的需求，高速公路要設置相關的配套設施。服務區需要為出行人員提供住宿（含停車）、餐飲、加油、汽車修理等服務，提供這些服務的過程中勢必產生大量的生活污水，如不采取合理的技術進行處理，將對周圍環境產生不利影響。

溧高高速公路的服務區在排水設計中，基于實際考察和數據統計，采取增設污水處理設備、雨水徑流收集和中水回收再利用等多種技術措施，取得了良好的效果。

（1）增設污水處理設備。廚房含油脂污水經過除油處置，再排至污水管道。衛生間污水經過化糞池處理，再排至污水管道。洗車污水經隔油沉淀池處理，再排至污水管道。多種污水匯集，通過一體化污水處理設備進行水質處理，降低污染物濃度；污水處理流程如圖6所示。

（2）雨水徑流收集。高速公路路面的污染物成分復雜，污染物通常是通過車輛攜帶進入服務區。遇下雨天氣時，雨水會對路面的污染物進行沖刷，進而對周邊環境造成污染。通過增加下凹式綠地面積或者透水鋪裝路面等方法，可以有效收集初期徑流雨水，降低污染物對環境的破壞。

（3）中水回收再利用。采取污水再生利用措施，可降低水資源的浪費，實現了高速公路服務區的節能環保性。因此，在場區建設獨立的中水管網系統，將污水凈化處理為中水，回用于景觀綠地的噴灌用水，構建高度循環的給排水系統，充分體現出高速公路的環保特色。

5 結論

高速公路排水是一項系統性工程，在設計排水系統時，要結合具體項目的實際情況，使高速公路排水系統更加完善。隨著環境污染的日益嚴峻和環保理念的深入人心，環保型排水系統將是今后高速公路排水設計的重點。結合溧高高速公路排水系統設計過程，得出以下結論：①在高速公路排水系統設計時，各排水設施要在滿足排水功能的同時，更好地與周圍環境景觀達成協調性。②基于環境保護設計理念，路面表面、路基邊溝、中央分隔帶、截水溝、服務區等排水設計要充分體現環保效益的長期效果。③在排水系統設計中，污水凈化回收再利用是國家發展的方向，既符合環保設計理念，又可以有效緩解水資源緊缺問題。④未來高速公路的發展，必然是以節能環保為主，因此應用節能環保理念是今后高速公路排水系統設計的重點方向，達到減少污染物排放，降低高速公路排水系統對周邊環境影響的目的。

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