公路工程低路基防排水结构设计分析

文/章钰智、余登峰

1 前言

我国地域辽阔，不同的地区气候条件相差非常大，因此结合实际情况选择合适的公路施工方案尤为重要。在公路项目建设施工中，通过使用低路基的方式可以减少占地面积和开挖土方量，保证公路与自然协调共处。通过低路基的结构形式选择，可以解决地基强度问题，并且在公路项目范围内降雨量相差较大时，彻底解决漫流排水问题；特别是应用到戈壁等地，可以消除不良地质条件产生的侵蚀和影响。本文以某地区的高速公路项目为案例进行分析，重点了解低路基的防排水结构形式和最终的施工效果，对今后类似的低路基防排水施工的顺利进行起到积极的促进作用[1]。

2 项目区概况

某高速公路项目是当地主要交通基础设施，线路总长度为233.6km，在沿线分布着各种特殊地质条件。经过现场地质勘察发现，该区域内的地表水不发育；冬春时节是当地的枯水期，进入6月之后，因为冰川融化等影响，进入汛期；秋季环境温度下降速度非常快，河流径流也会大幅减少。另外，绿洲区对于低路基稳定性有着直接的影响，比如降水、地下水、灌溉等因素就会对其产生影响，而荒漠地带的低路基稳定性则会直接受到暴雨、洪水等方面的影响。因此，选择科学合理的防排水设计方案可以有效提升低路基性能，满足公路运行的标准，达到交通安全性的要求。

3 防排水结构形式

经过现场的勘察可以确定，该项目的两侧分布着绿洲，需要对于沿线区域内的跨路基横向水、地下水、地表径流等进行拦截处理，有效疏排水资源，防止给公路项目带来不利影响。综合分析目前的绿洲区的特点，应该采取符合实际需要的防排水基础设施。绿洲区低路基要想减少降水、地下水等方面的影响，可以选择使用边沟、排水通道等方式处理；而荒漠区则需要选择消除洪水影响的措施，一般采用涵洞等设施，以达到防排水的效果。

3.1 边沟及急流槽

边沟的作用就是将路表、路肩等位置的水进行汇集，一般设置于路肩的外侧空间；此外，通常填方都是设置在坡脚的外侧，其结构形式主要是三角形、矩形等。低路基结构部分的填筑高度在3.5m 左右，其排水能力的计算和路面排水长度存在着直接联系。经过分析，本次公路路面的路面排水长度为100～200m，由此确定采用底部宽度50cm 的梯形断面排水沟，以此满足路表水排除处理的需要。在该项目内，边沟还可以排出急流槽、路堤等边坡水流，避免绿洲区给边坡造成侵蚀和影响。急流槽主要是在路堤和路堑比较陡的情况下设置，设定为排水基础设施，一般由进口、槽身、出口等部分构成。在表面有大量水汇集的情况下，急流槽稳定性难以达到使用要求，因此需要在槽底布置加固底座、消力池、陶瓷急流槽等设施，以满足排水的需要，达到急流槽运行稳定性的标准，不会出现冲毁等严重问题[2]。

3.2 截水沟

截水沟一般情况下是布置于路堑坡顶外侧、山坡等地带，其使用目的是将坡面处集聚的水直接截流，防止给路基结构带来严重的冲击影响。一般情况下，截水沟是根据水流方向保持垂直设计，与地形等高线处于平行的位置上。在坡面比较陡的情况下，边坡平台的位置上需要设置截水沟；在水流相对较大的情况下，需要设置比较多的截水沟，以满足实际应用的标准。本次项目施工地带应用的是梯形截水沟等形式，一般选择使用厚度为20～30cm 的浆砌片石砌筑，避免降雨集中的情况下导致严重冲刷影响，确保公路边坡运行更加稳定；在挖方量比较大的情况下，截水沟通常会和边沟、截流槽联合行动。另外，如果施工地带存在盐渍土，则需布置截水盲沟，以提升路基稳定性标准。

3.3 路基隔断层

该高速公路所在地区分布着比较多的盐渍土地质条件，且项目路基部分全部采用盐渍土进行填筑作业施工，在运营阶段极易存在冻胀、混凝土侵蚀等质量问题。因此，需要设置路基隔断层，同时路基按照规定高度铺设相应厚度的材料，将毛细水隔绝在路基外部，进而避免水分、盐分等进入路基表面，且不会发生盐胀的问题。隔断层的作用尤为明显，按照公路运行的标准选择合适的隔断层施工材料，以达到隔断的效果。结合这一地区内高速公路经验总结分析发现，在零填方的路段应该布置厚度为30cm 的隔水层结构，挖方路段则应该布置20～30cm 厚隔水层；对于路基有潮湿性问题的情况，在路床下部应根据平均稠度确定具体的技术参数，保证最终的隔水层结构达到性能的标准要求[3]。另外，在隔断层设计上，也要按照工程的需求，对路基的形式进行确定，使其达到隔断效果。

3.4 通道排水

高速公路在建设施工后，会使公路两侧的自然环境处于隔断的状态，因此要优先选择使用上跨桥、下通道等结构形式将两侧的自然环境联系起来，以保证生态性合格。对于地形变化比较起伏的地带，一般会优先选择上跨桥的结构形式；如果是平原地带或者地势较为平缓，则应该使用下挖通道的方式，这样可以有效降低路基的高度，达到运行要求。但是应用下挖通道后，在暴风雪、融雪洪水等自然条件的影响下，会导致这一区域内给水非常严重，进而给两侧区域内的农业生产以及人们的日常生活带来非常不利的影响。因此，我们要结合实际情况选择合适的通道排水技术措施，满足运行的标准。该高速公路所设施的通道排水设施如下所示：两侧入口部位上需要设置挡雨棚结构，同时还要按照要求设置截水沟、排水沟等基础设施；如果土层结构的渗透性非常好，那么在通道最低的位置需要设置渗水井；利用管道、水泵等方式并采取人工干预的方法把积水抽出去，排放到低洼的路段中；通道内部需要布置排水沟形式，保证积水可以及时排出[4]。

3.5 涵洞

涵洞为埋设到路堤中间需要横穿路堤结构的建筑物形式，其需要把地形较高的一侧的洪水直接排放到地形较低的一侧空间中，可以当作是农业灌溉的方式，也可以应用为通道的形式。目前应用的涵洞的主要形式由箱涵、拱涵、盖板涵、圆管涵等，这些都会在该高速公路所在地区内使用，最为普遍应用的是盖板涵与箱涵。盖板涵的主要施工材料是天然石材，这种材料简单易得，结构硬度比较高，施工操作也非常方便，维修效果非常好，但是力学性能很差，通常只能在跨径在2m 以下、流量不足10m3/s 的情况下应用。箱涵的主要施工材料是钢筋混凝土，结构性能比较好，抗变形能力高，结构强度也非常好，使用范围较广，但是总体来说施工成本较高，难度也很大。为了满足低路基排水性能的使用标准，本次高速公路选择使用多孔低矮箱涵的结构形式，保证排水的效果符合工程需要。从实际情况出发，在高速公路选择涵洞时，需要考虑到水流量数据，保证其使用性能符合要求[5]。经过设计人员综合分析，该项目中采用的是双孔与三孔箱涵，设计方案如下图1 所示。

图1 常用箱涵典型设计断面

在涵洞设计过程中，需要分析低路基排水防水以及排水量，从而使整个涵洞设计的通水率满足应用要求。

4 结语

综上所述，对于特殊地形条件下的公路低路基设计施工，施工人员需要引起足够的重视。一般情况下，选择使用底部宽度为50cm 的体型断面边沟结构就能够满足排水的要求，同时还能预防盐渍侵蚀的影响；截水沟一般都会选择使用梯形的形式，以此有效提高排水能力，避免降雨量大给路基带来严重的冲击影响；另外，隔水层结构的选择也非常重要，其目的是保证路基结构性能，所以施工材料选择尤为关键；此外，通道排水部分的设计也很关键，一般会采用挡雨棚、渗水井等方式，同时还要布置管道与水泵抽水；对于涵洞来说，优先选择混凝土的双孔或三孔涵洞，能够达到结构性能的标准要求。