滬寧高速公路排水與防護設計

1　概況??

　　滬寧高速公路(江蘇段)地處長江下游，西段以微丘地形為主，東段位于長江三角洲平原，北靠長江，南鄰太湖流域，地勢平坦開闊，河網密集，第四系地層厚度大，屬河湖堆積地貌，地下水位高，氣候多雨潮濕。因此，必須采取有效的排水與防護措施，及時排除公路范圍內的水，并防止雨水浸入，以確保路基路面穩定和高速行車安全。?
　　滬寧高速公路的排水系統是由路基排水、路面排水及中央分隔帶排水三個部分組成的綜合排水系統，路基防護措施是根據沿線不同的土質巖性、水文地質條件、坡度、高度和當地材料因地制宜地選擇的。現將其介紹如下，以供同行參考。??

2　路基排水??

　　進行路基排水設計的目的就是將影響路基強度及穩定性的地下水及地面水及時排出公路范圍。路基排水設施主要由排水墊層、邊溝、排水溝、截水溝、盲溝、滲溝、涵洞等組成，并與原有溝渠、河流等相連。設計應遵循塘路分家、路田分家的原則，使高速公路排水系統自成體系。?
2.1　地面排水?
　　路基地面排水主要是通過全線貫通的邊溝來進行的，一般采用0.6m×0.6m的梯形邊溝，邊坡1:1，以25cm厚的7.5號漿砌片石鋪砌，邊溝縱坡一般不小于0.3%，坡長小于300m，邊溝水均應引離路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑內，但不排入魚塘內，當邊溝與涵洞、通道發生交叉時，一般將邊溝水直接排入涵洞，或在灌溉涵、通道處讓路基邊溝向兩側排走或設邊溝倒虹吸涵通過。?
　　在挖方地段，還應設置0.4m×0.4m的梯形平臺截水溝，并在坡頂外側設0.6m×0.6m的矩形地面截水溝，以排除坡面水。截水溝均以25cm厚的7.5號漿砌片石鋪砌。?
2.2　地下排水?
　　地下水帶來的危害往往很大。過去的地下水會使得路基泡軟、坍塌，并嚴重影響路面結構的安全，在平原微丘區修建高速公路尤須重視地下排水設計。?
2.2.1　軟基處理段
　　滬寧高速公路丹陽以東廣泛分布著淤泥質軟土層，地下水含量較大，為保證軟土段路基的穩定，迅速排除地下水至關重要。為此，設計采取：板+砂墊層+超載預壓的深層。塑料排水實踐證明這些措施可有效地處理及砂墊層+超載預壓的淺層排水處理等措施 。排除軟土段地下水。值得注意的是為確保軟土段地下水迅速由砂墊層排入邊溝，需在砂墊層與邊溝相接的斜面上做15cm厚的級配碎石(粒徑2～4cm)反濾層，在砂墊層底部位置預留截面為5cm×5cm、縱向間距為10m的泄水孔，且泄水孔出口應高于邊溝底30cm。?
2.2.2　低矮路堤?
　　滬寧高速公路丹陽段有很多路段處于水稻田的低矮路堤(路基邊緣設計標高與原地面標高之差小于1.55m)，為及時排除地下水，確保路基不處于過濕狀態，設計采取護坡道下挖和邊溝加深的措施，護坡道高程(m)=設計高程(m)-1.8m，實際使用效果良好，但應注意邊溝出水口不應低于常水位標高或利用的排水溝渠的底面標高。?
2.2.3　挖方路段
　　滬寧高速公路鎮江、南京段處于丘陵區，路基基本設計成路塹形式，對于水稻田地段的土質挖方段，尤其是邊溝長、溝底坡度緩的地段，采用滲溝隔斷地下水向路基滲流的路徑(如圖1所示)；對于石方挖方段，可結合取土，盡量使路兩側邊溝挖深、挖寬，以利截流地下水和降低路基中地下水位。a型邊溝因下部的矩形斷面較小，易為泥砂填塞，影響排水，一般僅僅在地形限制的情況下使用；b型邊溝的寬度及深度可視地下水位及地形情況取用。無論采用何種形式邊溝，都應注意控制最小縱坡及最大溝深，以保證邊溝出水口不低于常水位標高或被利用的排水溝渠的底面標高。?

2.2.4填挖交接段?
　　對于路塹和路堤交接處，如路塹地下水位較高，為防止路塹下含水層中的水沿路基縱向流入路堤，使路堤濕化、坍塌，設計增設了橫向滲溝。??

3　路面排水??

　　路面排水設計是高速公路路面設計的重要組成部分。一方面，由降雨形成的路面水膜影響車輪與路表面的接觸，車輛高速行駛時，易使車輪產生液面滑移(即“水漂”)，且高速行駛的車輛尾部易形成水霧，影響駕駛員的視線，易發生交通事故，影響高速行車安全；另一方面，路面水若不能及時排除，還會透過路面面層滲入到基層，這樣易使基層軟化、沖刷和唧漿，影響路面的整體強度，最終導致路面過早破壞。滬寧高速公路地處長江下游，降雨量較大，因此尤需重視路面排水設計。?
3.1　一般路段的路面排水
　　一般路段是指不設超高的路段。路面排水根據路線縱坡采用分散漫流式和集中截流式2種形式。當路線縱坡＜0.3%時，路面排水采用分散漫流式，路緣石采用水泥混凝土的平緣石，路面水沿縱坡和橫坡經路堤邊坡排入邊溝；當路線縱坡≥0.3%時，路面排水采用集中截流式，在硬路肩邊緣土路肩范圍內設置瀝青混凝土攔水緣石，匯集路面水，每隔一定距離經泄水口流入邊坡急流槽，排至路基邊溝。急流槽設置間距見表1。

表1

3.2　超高路段的路面排水
　　設置了超高的路段，路面水易浸占超高側行車道，并穿過凸形中央分隔帶緊急開口進入另一側行車道，從而影響行車安全，故應及時排除超高側匯集的路面水。滬寧高速公路在超高側行車方向左側路緣帶設置了縱向排水溝，并每隔一定距離設置了集水井及橫向排水管，這樣超高側路面水沿縱坡及橫坡流入邊坡急流槽，再排入路基邊溝。急流槽設置間距見表2?

表2?

3.3　中央分隔帶排水
　　滬寧高速公路中央分隔帶采用凸形，雖然大部分降水通過凸形中央分隔帶可自排到路面上，但仍有少部分水會滲入到中央分隔帶內，必須引起重視。滬寧高速公路在中央分隔帶范圍內的路基及路面結構層上涂雙層瀝青。以阻止滲入到中央分隔帶回填土中的雨水進一步滲入路面結構層及路基，并在中央分隔帶底部設縱向碎石盲溝(碎石粒徑不大于4cm，含泥量不大于3%)，并在路兩側每隔100m左右交錯設置了直徑為5cm的橫向硬塑管，使雨水排出路基范圍。硬塑管進口處用土工布包裹，碎石盲溝上鋪土工布以便與回填土隔離。?
　　設計中應注意如下兩點：①因中央分隔帶中需設置通信、監控用人井，這些人井會隔斷縱向碎石盲溝，為不影響中央分隔帶的排水，應將人井前的橫向排水管移至人井壁，并在迎水側的人井壁涂瀝青以防雨水滲入人井中；②遇到橋梁、通道等構造物的兩端各增設一道橫向排水管，以防止碎石盲溝中的水沿縱坡匯集于構造物臺背，使臺背填土淘空，造成橋頭跳車。?
3.4　路面結構排水防滲措施?
　　滬寧高速公路面層為三層不同類型的瀝青混凝土，基層與底層均為半剛性材料，由于無論何種類型的瀝青混凝土面層總會透水，且半剛性基層的反射裂縫將加大瀝青混凝土面層的漏水，如不及時將水排除，水將浸入到半剛性基層，并嚴重影響其穩定性，從而影響路面的整體強度，因此，滬寧高速公路在基層頂面設置了瀝青封層，在減少半剛性基層的反射裂縫對瀝青混凝土面層的影響，并阻止透過瀝青混凝土面層的水進一步浸入基層。?
　　為排除瀝青封層上的積水，滬寧高速公路在土路肩內設置了外包土工布的縱、橫向排水盲溝(盲溝內填料為：在5～6cm厚的斷面處用1～2cm碎石，在15cm厚的斷面處用2～4cm的碎石)，如圖5所示。a型適用于路線縱坡＜0.3%路段，b型適用于路線縱坡≥0.3%路段。橫向盲溝的間距按表3采用。

表3

4　路堤邊坡防護??

4.1　一般土質路堤
　　滬寧高速公路路堤填料主要為具有不同含水量的粘性土，由于填土比較高，故須重視邊坡防護，而坡面的防護型式應結合路面排水作綜合考慮。滬寧高速公路規定，采用分散漫流式路面排水的路段，邊坡采用厚25cm 7.5級漿砌片石襯砌拱防護(下墊10cm砂墊層，拱內植草，下同)以防止邊坡沖刷，當路堤高度＜6m采用單層襯砌拱防護，?6m的則采用雙層襯砌拱防護；路面排水采用集中截流式的路段，路基邊坡一般采用植草防護。為防止高路堤邊坡受沖刷，要求路堤高度為4～6m的采用單層襯砌拱防護，＞6m的則采用雙層襯砌拱防護，且宜將雙層襯砌拱防護的上、下兩層襯砌拱錯開布置。?
4.2　粉土路堤
　　滬寧高速公路丹陽段有14km粉土路段。由于該土質邊坡極易被雨水沖刷，為探索其較有效的防護方式，以確保路基路面的穩定，在這一路段共進行了滿鋪漿砌片石護坡、現澆水泥混凝土薄板護坡、法式嵌鎖型混凝土預制塊干砌護坡和日式長方形混凝土預制塊干砌護坡等4種防護型式的試驗，各種防護形式的試鋪長度
均為50m。試驗結果見表4。?

表4

　　由試驗分析：混凝土預制塊干砌護坡具有施工速度快的優點，但預制塊間的縫隙滲水，易使邊坡局部淘空，使其喪失防護作用；現澆混凝土薄板護坡表現了良好的使用性能，在揚(州)～江(都)一級公路已成功應用，但高速公路規范無此防護形式，且薄板難以避免裂縫，隨時間推移及風化的砂巖是否繼續擴展也難預料，故存在隱患不宜大規模采用；滿鋪漿砌片石護坡造價雖高，但防護性能好、外表美觀，高等級公路使用有成熟的經驗。因此，滬寧高速公路最終選用了此種方法。為防止砌體萬一沉降開裂導致雨水沖刷，將傳統的10cm砂礫墊層改為一層有紡土工布。實踐證明，這種防護方法能有效地防止雨水對粉土邊坡的沖刷，而確保路基的穩定。?
4.3　石質路堤
　　滬寧高速公路南京段地處寧鎮山脈丘陵地帶，部分路堤填料為風化的泥質頁巖、弱風化的灰巖等。針對不同的填料，路堤邊坡采用了不同的防護方式。?
　　由于風化的泥質頁巖水穩定性差，為防止邊坡沖刷，采用厚30cm 7.5級滿鋪漿砌片石護坡防護；弱風化的石灰巖中，已風化部分水穩性差，未風化部分比較堅硬，刷坡困難，故邊坡采用了7.5級漿砌片石矮擋墻臺階式護坡(臺階設外傾4%泄水孔，階內設碎石反濾層)，為增強美觀，臺階頂面填土20cm，做成2%向外傾斜的橫坡并植草防護。風化砂巖則水穩性較好，因此，邊坡采用20cm×20cm的20級混凝土空心六角形預制塊防護(空間填土植草，下同)。?
　　從實踐應用，該防護能有效地防止雨水浸入，確保填石路堤的穩定。?
4.4　橋頭路堤
　　滬寧高速公路橋頭填土普遍較高，路堤如得不到防護，則邊坡易被沖刷，甚至淘空導致臺后填料流失，危及橋臺，影響行車安全和舒適。為此，要求橋臺外10m長的橋頭路堤采用厚30cm 7.5級滿鋪漿砌片石護坡(下墊10cm砂墊層，下同)，橋頭設人行踏步，兼作橋頭排水急流槽，以確保路堤不受沖刷。?
4.5　浸水路堤
　　滬寧高速公路沿線區域河網密布，路段多為壓河、塘的浸水路堤。為確保路基穩定，邊坡采用厚30cm 7.5級滿鋪漿砌片石護坡，其高度應在設計洪水位以上
0.5m。?

5　路塹邊坡防護??

　　土質挖方段的路塹，上邊坡主要采用25cm 7.5級漿砌片石襯砌拱或20cm×20cm的20級混凝土空心六角形預制塊防護；石質挖方段主要采用護面墻或漿砌片石護面防護，上邊坡應分級防護，護面墻每5m高為一級，設置2m寬平臺及40cm×40cm的平臺截水溝，挖深不足5m的設置漿砌片石護面，坡頂用寬0.25m漿砌片石鋪砌，其外側再用原土夯實，以免邊坡水流沖刷，滲入墻后引起破壞。護面墻及漿砌片石護面縱向每隔10m設置一道2cm寬的沉降縫，并用瀝青麻絮填塞縫隙，且上、下、左、右每隔2m交錯設置10cm×10cm的泄水孔，孔后設反濾層。?

6　土路肩及護坡道防護??

　　滬寧高速公路路基邊坡原設計砌石防護(含滿鋪漿砌片石、漿砌片石襯砌拱、空心六角形混凝土預制塊)，其漿砌片石壓頂伸入土路肩內0.25m，由于難以保證路基邊緣線完全符合設計線形，造成彎彎曲曲而影響美觀。為此，將全線砌石防護段邊坡壓頂改澆為4cm 20級細石子混凝土。為保證線形順適，必須采用兩側立模進行現澆。同時，為防止土路肩滲水而危及路基路面，對其裸露土部分也采用40cm 20級細石子混凝土進行硬化處理。實踐證明，這一處理效果很好。?
　　滬寧高速公路的護坡道主要采用植草防護。??

7　結束語?

　　排水與防護設計是高速公路設計的重要內容之一，應根據公路等級、降雨強度、地下水、地形、地質、土類、材料來源等情況綜合考慮，合理布局，因地制宜地選擇經濟、合理、美觀、實用的工程措施，確保高速公路的穩定和高速行車的安全，同時達到與周圍環境協調、美化高速公路的效果。我國高速公路建設方興未艾，但由于實踐時間短，高速公路的排水與防護還沒有成熟的經驗，尚需建設、設計、科研、施工、監理等方面共同努力，在實踐中不斷探索、總結，以提高我國高速公路的建設質量。