立交桥下穿引道排水系统研究

王玮

（上海吴淞市政建设有限公司，上海 200000）

1 引言

随着我国经济发展的步伐加快，铁路、公路运输能力不断提高，路网建设要求形成规模，现有的平交道口己很不适应经济发展的需要，在我国铁路运输大提速的工程中，铁路与公路有许多的平交道口，从安全运输、提高效率的要求出发，铁路部门需要以立体交叉形式来满足，下穿桥以其更为经济的造价、同样实用的功能服务于社会，所以在我国大多数城市中被广泛采用。据统计，下穿桥约占我国己建城市立交桥总数的75%以上。但是，这些已建的下穿桥有80%的存在不同程度的问题，如路基沉陷、冲刷、坍塌、翻浆。水是造成或加速下穿道路以及其他道路破坏的主要自然因素，在公路排水方面，尽管我国已经取得了很多成果，但是，近年来，由于水毁造成的公路损坏问题尤为突出，全国每年公路水毁的直接经济损失达数十亿元。特别是黄河冲(淤)积地区，水的危害更大，往往2到3年后下穿道路的部分路段就要重建。立交排水愈来愈受到有关工程技术人员的重视。

路基排水系统应集拦截、汇集、拦蓄、输送、排放地表水或地下水的排水设施和构造物于一体，将可能危害路基稳定的地面水和地下水通过适当的排水设施，迅速排出至路基范围以外，将路基工作区内的土基含水量降低到规定的范围内，确保路基强度、边坡稳定及行车安全。对下穿桥的排水，除了设置完善的排水系统设施外，还需从路面的材料选择和材料组织设计以及路面结构等方面研究排水问题，总结出一套下穿道路设计的准则和方法，为施工单位修建下穿桥的道路时，在如何防止雨水及地下水对道路的破坏方面提供理论依据与技术指导，以改善行车环境，延长道路使用寿命，从而节约建设资金。

2 进水口的不同设计的介绍

2.1 开口式进水口

开口式进水口又称缘石开洞进水口，即在缘石或拦水带竖面上开口，让边沟内水流侧向流入，是下穿道路和其他公路路面排水广泛采用的形式之一，其优点是结构简单，不妨碍交通。由于是侧面拦截水流，开口式排水沟中的水流方向总是与入口处平面的法向垂直，所以排水效果较差。

2.2 格栅式进水口

格栅式进水口又叫雨蓖子入水口，通常是在下穿公路上开口，以格栅覆盖，使边沟内水流向下流入，由于这种开口方式能直接拦截水流，截流效果较好，但是易遭泥沙、垃圾堵塞，失去截流作用。这类进水口分纵格型和横格型，纵格型开孔方向与下穿公路的路面水流方向一致，所以，模拟试验证明同样的尺度和开孔率，纵格型比横格型的截流效果要好，水流速度较大时，两者差别尤其明显。只有在纵坡平缓时两者截流效果才基本相同。

2.3 组合式进水口

组合式进水口是由开口式和格栅式组合成的进水口。下穿道路使用这种组合式入水口能有效的排出路面积水，在格栅式被堵塞时，侧面开口式入水口仍能起截流作用，防止入水口堵塞造成路面严重积水。

3 地下排水系统的结构形式

普通道路的地下排水系统通常有暗沟、渗井和渗沟。下穿道路属于挖方路段，所以传统的暗沟无法将地下水排出路界;渗井的作用是将路面水通过渗井渗入地下排出，而下穿道路的地下排水系统的主要作用是降低地下水位，因而下穿道路的地下排水系统不采用渗井，而是采用渗沟来降低地下水位。

下穿桥的地下排水系统主要是由引道下相互连通的纵向和横向盲沟管组成。地道箱体两侧的盲沟系统经连通管穿过箱体后串通，一并进入地道泵站。盲沟系统通常呈“井”字型布置，根据渗流半径确定盲沟管的铺设间距。渗沟系统设计的优良与否，直接决定着下穿桥的使用寿命。

按构造的不同，渗沟大致有三种形式，如下图所示。I式为填石渗沟，也称盲沟;II式下部设排水管;III式下部设石砌排水空洞，三种形式均由排水层(石缝或管、洞)、反滤层和封闭层所组成。

4 渗井的水力学模型

4.1 普通完全井

设潜水含水层的厚度为H，井内外初始水面原为地下水的天然水面，由于井中抽水(类似于渗沟排水)，井中水面面下降(类似于渗沟周围局部地下水位下降)，可造成四周地下水向井集流(向渗沟汇集)，若含水层体积很大，尽管井中抽去一定流量仍可保持含水层厚度H恒定不变，当抽水一段时间后，将近似地形成一个对称于井轴的浸润曲线，流向井的过水断面是一系列圆柱面，其径向各断面的渗流情况相同，除井周围附近的区域外，浸润曲线的曲率很小，可看作恒定渐变渗流，可应用裘皮幼公式计算断面平均流速。示意图如上图所示。

4.2 自流完全井

设承压含水层(又称自流含水层)的厚度为t，井穿过上部不透水层，井底直达下部不透水层表面，水由高度为t的井壁周围(滤水管)渗入井中，这就是自流完全并。抽水前，井中初始水深H为此承压含水层的总水头，井中水面即地下水天然水头面，它高于t，有时甚至可高出地面。当抽水时，井中水深由H降至h，井外承压含水层各处的测管水头线将近似地形成一个对称于井轴线的漏斗形水头降落曲面。地下水向井汇集的过水断面是一系列高度为t的圆筒面，径向各断面的渗流情况相同，除井周围附近区域外，测管水头线的曲率很小，可看作恒定渐变渗流。示意图如下图所示。

5 渗沟设计的埋置深度

渗沟的设计深度采用公式(见下图)：h=z+p+ε+d+h0+h1

6 总结

本文题对下穿公路的路面排水设施进行了新的设计，通过水利计算和试验，改变了以往在下穿道路沿线布设边沟的设计方法，而是根据下穿公路的路面宽度和长度在下穿公路的最低点处设置数量不等的进水口。实践证明本文的设计方案成功的解决了下穿公路雨天积水的弊病。

[1]成永旭，刘国臣.高速公路下穿桥顶进施工，山西建筑，2004年

[2]傅智.水泥混凝土路面施工技术，同济大学出版社，2004.年