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第四节

公路路面排水的施工

公路工程投入运营后,路面排水将成为公路工程维护和保养中的一项重要工作,也是确保公路使用功能和使用寿命的重要措施。公路路面排水主要包括路面表面排水和路面结构排水两项。

一、公路路面表面排水

高速公路和一级公路路面排水属于地表排水范围。路面地表排水不同于路基地表排水。路面排水设施由路面表面排水设施和路面结构内部排水组成,前者包括路肩排水设施和中央分隔带排水设施;后者则包括路面结构的选择、盲沟、集水管沟者。

(一)路面表面排水设计原则

路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路表面的降水排走,避免造成路面积水而影响行车安全。路面表面排水设计应遵循以下原则。

(1)降落在公路路面上的雨水,应通过路面横向路拱坡度向两侧排流,避免行车道路面范围内出现积水。

(2)在路线纵坡比较平缓、汇水量不大、路堤较低、边坡坡面不会受到冲刷的情况下,一般公路填土可采用在路堤边坡上横向漫流的方式,及时排除路面表面水。

(3)在路堤较高、边坡坡面未做防护而易遭受路面表面水冲刷,或者坡面虽已采取防护措施,但仍有可能受到冲刷时,应沿路肩外侧边缘设置拦水带,汇集路面表面水,然后通过泄水孔和急流槽排离路堤。

(4)设置拦水带汇集路面表面水时,拦水带过水断面内的水面,在高速公路和一级公路上不得漫过右侧车道外边缘,在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道的中心线。

(5)高速公路和一级公路必须采取以上措施排泄路面汇集的水流。

(6)高路堤坡面汇水面积比较大,应结合坡面防护措施,采用护坡道分级截水、汇集、排除,采取格室植草、枝状骨架排水等综合治理。

(二)路肩排水设施

1.路肩排水的组成

高速公路和一级公路的路肩由硬路肩、土路肩两部分组成。路面汇集的路面水通过硬路肩排水设施,由拦水带拦截路面表面水,通过间隔一定距离设置一个泄水口(俗称水簸箕),将水汇入边坡急流槽,引入路堤坡脚的排水沟内,最终排泄至附近的天然河流中。50~75m宽的土路肩汇集的水一般直接漫流至边坡,然后汇至坡脚排水沟后排除。

一般公路的路基宽度不大,填土高度在8m以下的路堤,往往直接将路面水漫流到边坡坡面进行排泄。对于多雨地区的高路堤,应参照高速公路设置拦水带、急流槽排泄路面上的汇水。一般公路由于受到建设资金的限制,即使路面是高级路面,传统的做法也是采用土路肩,这是一种不合理的路肩结构,最好把路肩结构等同于路面结构。

当一般公路采用土路肩结构时,如果超高路段路肩也设超高,横坡与路面超高值一致,土路肩汇集的水会渗入路面基层或路床,一方面下渗水停留在基层中而软化路基,另一方面过量的下渗水会在平曲线的中点附近区域形成汇水漏斗,水流若从道路中央路表面或内侧土路肩渗出,很容易引起路面产生早期损坏。

拦水带可由沥青混凝土现场浇筑,或者由水泥混凝土预制块铺筑而成。拦水带的断面尺寸可参考图3-24。

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图3-24 拦水带断面示意图(尺寸单位:cm)

拦水带的顶面应略高于过水断面的设计水面高(水深)。在矮路堤不设防撞防护栏的路段上,拦水带的外露面高度不宜超过10cm,其迎车面坡度不宜陡于1∶2。设置拦水带汇集路面表面水时,拦水带过水断面内的水面,在高速公路和一级公路上不得漫过右侧车道外边缘,在一般公路上不得漫过右侧车道的中心线。

拦水带的泄水口可设置成开口(喇叭口)式。设在纵坡坡段上的泄水孔,宜做成不对称的喇叭口,并在硬路肩的外侧设置逐渐变宽的低凹区,如图3-25所示,低凹区的铺面类型应与路肩相同。设在平坡或缓坡坡段上时,泄水口可做成对称式。

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图3-25 非对称水簸箕平面布置图(尺寸单位:cm)

1—水流方向;2—硬路肩边缘线;3—低凹区;4—拦水带坝;5—路堤边坡坡顶;6—急流槽

急流槽用于排出路肩的集水,其纵坡坡度与所在的路基边坡应一致,槽身的横断面做成槽形,多数由水泥混凝土预制构件拼装而成。进水口也做成喇叭口式的簸箕形,出水口处应设置消能设施。为便于进水口的汇水和泄水,在进口处可设置低凹区。

急流槽设置在计算路面表面水流量与路肩过水断面容许过水量相等的地方;或者在路线凹形竖曲线底部及构造物附近,并考虑地形、边坡状态与其他排水设施的连接,选取设置的最佳位置。一般路段急流槽设置间距以20~50m为宜,最大间距不宜超过100m。

当硬路肩汇水量较大时,或硬路肩宽度狭窄,或爬坡车道占用了路肩过水断面等,使得流水断面不足时,可在土路肩内侧边缘上设置路肩排水沟。路肩排水沟可采用“U”形水泥混凝土预制构件,也可采用8cm管径的PVC管,类似渗沟结构砌筑,沟底纵坡与路线纵坡一致,并且不小于0.30%。

2.路肩排水的施工

在路肩排水的施工过程中应注意以下几个方面。

(1)路肩的压实质量 无论是土路肩还是硬路肩,如果压实度不符合要求,在使用过程中将产生工后沉降,从而形成局部积水。一旦出现这种质量缺陷,修补异常困难。因此,路肩压实度等级应等同于路面相应层位的等级与要求。高等级公路路肩结构与路面结构相同时,路肩与路面各结构层连成整体,应同时进行施工。高速公路和一级公路土路肩按路床压实度要求进行碾压,并尽快植草防护。

一般公路如果采用土路肩结构,除压实要求达到路面等级外,还应在选择填料上得到保证。路肩填料应尽可能选用粗粒土,如砾石、碎石、碎砖等,禁止使用膨胀黏性土、盐渍土。

(2)平整度与横坡控制 路肩平整度和路拱横坡直接影响到排水的效果,关系到将来是否出现积水现象,因此应从路床开始层层予以保证,使这两项指标达到设计要求。水泥混凝土路肩尽量与行车道连成整体同时进行施工,如果为沥青类结构或土路肩时,混合料摊铺、整平、初压等一系列工序,均应及时用3m直尺按土路肩20mm、硬路肩10mm的标准检查,出现异常立即进行调整。

(3)测量放线的准确性 为了保证路肩边线的直顺度,路肩边缘打桩、水准测量、挂线都是不可缺少的工序。在急流槽进水口段的水簸箕段,拦水带边缘曲线必须圆滑,水簸箕的曲面必须平顺。

(4)急流槽的基底及两侧回填 路堤急流槽是以人工填土为基础。泄水槽基底往往被冲刷掏空,其主要原因是拦水带没有发挥作用,消力池埋深不够,急流槽两侧回填土夯实不密实。在施工中除按设计进行外,必须保证拦水带路缘石与急流槽间的过渡段圆顺连接,确保无空隙。

急流槽的基底必须是密实的压实土,槽两侧回填土要求以人工夯实,且比急流槽顶高出5~10cm。急流槽出水口处设置跌水,消力池埋置深度在冲刷线以下0.5m。

(5)沥青混凝土拦水带的制作 沥青混凝土拦水带可以使用自动化缘石机或带缘石成型附件的沥青摊铺机现场滑模制作。在制作成型的过程中沥青混合料温度应在110℃以上。

(三)中央分隔带排水

1.中央分隔带排水的组成

中央分隔带的排水方式与分隔带宽度、构造、绿化和交通安全设施的形式,以及分隔带表面处理方案等方面有关。中央分隔带排水设施由纵向排水明沟或暗沟、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管组成。

2.中央分隔带排水的施工

中央分隔带各组成部分在施工中应注意以下几个方面。

当中央分隔带的宽度小于3m,并且表面采用铺面封面时,如采用防撞墙作为中间带,在不设超高的路段上,防撞墙两边的左侧路缘带采用与行车道相同的结构层状、路拱横坡。在设超高的路段上,可在分隔带上侧边缘处设置缘石和泄水口,或者在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口,如图3-26所示,以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。

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图3-26 超高段纵向排水沟(尺寸单位:cm)

1—中央分隔带范围;2—中央防撞墙;3—排水坡;4—缝隙式圆形集气管;5—碟形式混凝土浅沟

雨水口、集水井、横向排水管在上侧行车道路床验收合格后路面施工前完成,并与路堤急流槽相配套。纵向明沟则可先按临时排水沟设置,待行车道路面完工后再安装混凝土预制集水管或浇灌碟形混凝土浅口。集水管基础可铺10cm厚碎石垫层和防渗土工膜,用人工进行精平,砂浆座浆后安装混凝土预制件。

当分隔带宽度大于3m,或小于3m但未采用铺面封闭而采用绿化时,应通过内倾的横向坡度使表面水流向分隔带中央低凹处,并通过纵坡排泄到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。分隔带的横向坡度不得陡于1∶6;分隔带的纵向排水坡度,在过水断面无铺面时,不得缓于0.25%,有铺面时不得缓于0.12%。当水流速度超过地面上的最大允许流速时,应在过水断面宽度范围内对地面土进行冲刷处理,做成三角形或U形断面的水沟。防冲刷层可采用石灰稳定土或水泥稳定土,或采用浆砌片石铺筑,层厚一般为10~15cm。

多雨地区表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带,多数采用分隔带种植草皮、低矮灌木。为排除渗入分隔带内的表面水,可设置纵向排水渗沟,如图3-27所示,并隔一定间距通过横向排水渗沟内的水排引出路界,与路堤急流槽相连。

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图3-27 中央分隔带下设置排水渗沟示意

1—中央分隔带;2—路面;3—路床顶面;4—隔渗层;5—反滤层;6—渗沟;7—横向排水管

渗沟由泄水管、反滤层、防渗层组成。泄水管采用直径70~150mm的PVC塑料管,类似于地下渗沟,泄水管壁上交错钻孔,周围用渗水土工布进行包裹,以免渗入水携带的细粒将渗沟堵塞。渗管外的回填料多采用碎石、粗砂,使其起到反滤作用。与路面结构的交界处,应铺设涂双层沥青的土工布隔渗层。

集水管、中央分隔带中心的排水渗沟施工质量应按表3-6控制。施工分隔带排水渗沟时,还应与电力、电讯、供水等管沟密切结合,防止出现冲突或干扰。施工前各标段之间要相互配合,统筹安排。

表3-6 管道基础及管节安装允许偏差

二、公路路面结构排水

在新建的水泥混凝土路面上需要设置各种纵、横接缝,而在路面使用期间又会出现各种缝隙、松散、坑槽等病害。降落在路面表面的雨水,会通过路面接缝或裂缝、松散等病害处,以及面层空隙下渗到路面结构内部。地下水位升高时,地下水会通过毛细管上升进入路面结构下部。此外,道路两侧有临时滞水时,水分也有可能侧向渗入路面结构内部。

被围封在路面结构内的水分,会软化各种结构层材料和土基,使其强度下降和变形增加,从而使路面结构的承载力降低,严重影响路面使用功能、行车安全和使用寿命。更为严重的是,由于路面是层状结构,层间结合处容易出现空隙,进入空隙内部的自由水在行车荷载的作用下,会成为高孔隙水压力和高流速的水流,冲刷层间材料,并从缝隙处向上喷射出浆体(称为唧泥),促使沥青混凝土面层出现剥落和松散,或使水泥混凝土面层出现错台和板底脱空等病害,从而使整个路面结构的使用功能迅速变差。

大量的路面损坏状况调查和路面试验表明,进入路面结构内的自由水是造成或加速路面损坏的首要原因。如果在路面内部设置完善的排水系统,将积滞在路面结构内的水分迅速排出,不仅有利于改善路面的使用功能,而且可大大提高其使用效果。由此可见,路面结构排水是路面排水的重要组成部分。

(一)路面结构排水的一般要求

为提高路面抵抗水毁的能力,可以从以下两个方面考虑:一方面从路面结构入手,选择水温稳定性好、抗冲刷能力强的结构,如贫混凝土基层、水泥碎石基层,设计防冻隔离层,路肩与行车道相同结构;另一方面从“堵”和“排”入手,提高表面层的抗渗能力,将路表面的水及时排泄,同时把渗入结构内部的水迅速排出路面结构体外,后者就是路面结构内部排水。路面结构内部排水设施,主要采用两种方案:边缘排水方案和透水层排水方案。

1.设置路面内部排水的条件

当遇到以下情况时宜设置路面内部排水系统。

(1)年降水量在600mm以上的湿润和多雨地区,路基由透水性较差的细粒土(渗透系数不大于10 -5 cm/s)组成的高速公路、一级公路或重要的二级公路。

(2)如果路基两侧有滞水,又不能在规定时间内排除,有可能渗入路面结构内时。

(3)季节性冰冻地区,由粉性土填筑的路基,且处于潮湿、过湿地段。

(4)现有路面进行改建或改善工程,需要排除积滞在路面结构内的水分。

(5)行车道与路肩采用不同的结构形式时,为防止接缝处水的渗入。

2.路面内部排水的基本要求

基本要求包括以下方面。

(1)路面内部排水系统中各项排水设施的泄水能力,均应大于渗入路面结构内的水量,且下游排水设施的泄水能力应超过上游排水设施的泄水能力。

(2)渗水在路面结构内的最大渗流时间,在冰冻地区不应超过1h,其他地区不应超过2~4h。渗水在路面结构内的渗流路径长度不宜超过45~60m。

(3)各项排水设施不应被渗流从路面结构、路基或路肩中央带来的细料堵塞,以保证系统的排水效率不随时间推移而很快丧失。

(二)路面边缘排水方案

沿路面外侧边缘设置类似于地下排水设施中的渗沟,即纵向集水沟或集水管,如图3-28所示。渗入路面结构的水分,先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层,横向流入由透水性材料组成的纵向集水沟,并汇流入沟中的带孔集水管内,再由间隔一定距离布设的横向出水管排引出路基。透水性材料可由多孔隙贫混凝土、水泥处治、沥青处治或未处治的开级配碎石或砾石集料组成。这种方案常用于基层透水性小的水泥混凝土路面,特别适用于改善排水状况不良的旧水泥混凝土路面。

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图3-28 边缘排水系统布置示意

下渗的路表面水如果积聚在基层顶面与面板底面的脱空处,在行车荷载的反复作用下,易导致唧泥和错台等损坏。对于排水状况不良的旧水泥混凝土路面,采用边缘排水设施方案,可以在不扰动原路面结构的情况下改善其排水状况,从而改善原路面的使用性能和增加使用寿命。

非冰冻地区,新建路面基层、垫层不透水时,集水沟和管的底面通常与基层底面齐平或略低些;在改建路面时,为减少路面开挖量,集水沟可浅一些,但集水管中心应低于基层顶面。冰冻地区,集水管应尽量可能设在冰冻深度线以下,集水沟底面的最小宽度,应方便于施工。新建路面时,集水沟底面宽度应不小于25~30cm;改建路面时,应能保证集水管两侧各有至少5cm宽的透水填料。透水填料的底面和外侧围以反滤织物,以防止垫层、基层和路肩内的细粒土侵入而堵塞空隙或管孔。集水沟和集水管的纵向坡度应与路线纵坡相同,但不得小于0.25%。

沿纵向集水管,间隔适当距离设置不带孔的横向出水管,将汇集的水排引至路基外,集水管上游起端与横向通气管相接,下游终端与横向出水管相接。中间段的出水口采用单根或一对出水管,如图3-27所示。集水管与出水管端头要用半径不小于30cm的弯管联结。埋设出水管和通气管所挖的沟需回填低透水性材料。出水管和通气管的外露端头用镀锌铁丝网或格栅罩住,以防止杂物进入。出水口的下方应铺设混凝土防溅垫板或对泄水道坡面进行浆砌抹面,以防止冲刷路基坡面和植物生长。出水水流尽可能排引至涵洞、边沟或排水沟中。

(三)路面透水层排水方案

采用高透水性结构层做透水基层,渗入路面结构内的水分,先通过竖向渗流进入透水层,然后横向渗流进入纵向集水沟或集水管,再由横向出水管引至路基。直接设置在面层下的透水基层,由于自由水进入透水层的渗流路径短,在高透水性材料中渗流的速率快,排水效果较好。在高速公路和一级公路新建路面时可采用此方案。透水性基层多采用孔隙贫混凝土、断级配碎石结构。

为防止下渗水入侵土基,通常在透水基层底面铺设防渗土工膜。设纵向集水沟的透水基层排水系统如图3-29所示。

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图3-29 设纵向集水沟的透水基层排水系统

透水基层可修筑成全宽式,渗入基层内的水分横向排流到路基边坡坡面外,如图3-30所示。但是,这种方案存在排出的水流易冲刷路基坡面,或者透水层外侧坡面的孔隙被植物或其他杂物堵塞的弊病。较好的方案是设置由纵向集水沟、管及横向出水管组成的排水系统,如图3-28所示。

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图3-30 全宽式透水基层示意

透水基层的厚度按所需排放的水量和透水基层的渗透性而确定,通常控制在7.5~15cm范围内,其最小厚度不得少于6cm。透水基层的宽度,在上侧方向应超出面层边缘至少30cm,而在下侧方向到达集水沟的外缘,并应超出面层边缘30~90cm。纵向集水沟和集水管设置在路面横坡的下方。当行车道路面为双向坡路拱时,在路面两侧都应设置纵向集水管。集水沟的内侧边缘通常位于行车道面层边缘处,但有时为了避免集水管被面层施工机械压裂,或避免路面受集水沟沉降变形的影响,可将集水沟内侧边缘向外移出60~90cm。路肩面层采用水泥混凝土时,集水沟内侧边缘可外移到路肩面层边缘处。

邻近透水基层底面的其他基层、垫层或路基含有细粒土时,应在其间设置由密级配集料组成的反滤层或者反滤土工布织物,以阻截下卧层中的细粒土进入,保护透水基层免受其污染而堵塞。集水沟的周边也应设置反滤土工布织物,以防止路肩、路面垫层或路基中的细粒土进入。

自由水在透水层内的渗流长度一般不宜超过45~60m。在一些特殊地段,如连续长纵坡坡段、曲线超高过渡段和凹形竖曲线段等,排水层内渗流的水有可能被堵封或者渗流路径迂回过长。因此,在这些特殊地段应增设横向排水管,使渗流路径较短且顺畅。

为拦截地下水、临时滞水或泉水进入路面结构,或者迅速排除因负温作用而积聚在路基上层的自由水,可直接在路基顶面设置由开级配粒料组成的全宽式透水性排水垫层,并酌情配置反滤层或反滤织物、纵向集水沟、集水管、出水管等组成排水系统,如图3-31所示。

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图3-31 透水层排水系统示意 Vu8/Ohk3RWo9TGK+vr14N/4XfWVtXe4ztp6tcpGo8Fz5Gpp4jStelukV30u2F/uy

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