山区公路排水设计分析

上海千年城市规划工程设计股份有限公司，上海 201108

1 工程概况

西藏山区某公路工程位于昌都市，全线地貌可划分为高山峡谷地貌和高原台地地貌两大二级地貌单元。公路路线全长约为55.3km，道路等级为一级公路，路基宽度为24.5m，按照双向四车道的标准进行设计，设计行车速度为80km/h。该工程所在区域内沟谷纵横、山高水急、江河密布，大部分河流水位随季节变化而变化。项目组为了保障路基安全稳定，对该项目排水进行了重点研究设计，首先根据勘察报告对项目区域内水系进行了总体分析，进而制订了排水系统设计方案。此次排水系统设计包括路基排水设计和路面排水设计，其中路基排水分为地表排水和地下排水，路面排水分为路面表面排水和路面内部排水。

2 路基排水设计

2.1 路基地表排水

路基排水的主要目的是保证路基的稳定。此次路基排水设计主要是通过截水沟、急流槽、边沟和排水沟等设施，将路基范围内的水排进天然河沟，形成完善的路基排水系统。

（1）排水沟。一般将排水沟设置在填方边坡坡脚外侧，把路基范围内的水流引到就近的桥涵或路基范围外的地方。该工程设计参照当地习惯采用矩形排水沟的形式，为了节约造价和进行合理设计，按照《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）（以下简称《设计规范》）中的规定，通过水文、水力计算并结合当地经验最终确定了排水沟尺寸。其中，水文计算为设计径流量的计算；水力计算是根据设计径流量确定断面尺寸和检验水流速。

以排水沟尺寸计算为例，其计算过程具体如下。

第一，水文计算。①汇水面积和径流系数。假设路面长度为L，边坡高度为H，那么汇水区域在路堤坡面（包括护坡道）上的面积为f1=2L+1.5LH；汇水区域在土路肩上的面积为f2=0.75L；汇水区域在沥青路面上的面积为f3=11.5L；汇水区域在中央分隔带上的面积为f4=L。根据《设计规范》，护坡道的径流系数取ψ1=0.53，土路肩径流系数取ψ2=0.6，沥青混凝土径流系数取ψ3=0.95，边坡坡面起伏草地径流系数取ψ4=0.55。因此，总的汇水面积为F=f1+f2+f3+f4=(1.5H+14.25)÷L，汇水区的径流系数为ψ=(0.83H+12.03)L÷F。②汇流历时。假设汇流历时10min。③降雨强度。通过查阅相关资料，取路界内坡面排水重现期为15年，降雨历时为10min。依据《设计规范》降雨强度等值线图和有关转换系数，求得Q15,10=1.36mm/min（为15年重现期10min降雨强度）。④设计径流量与计算流量。设计径流量Q设计=16.67ψqF=(18.7H+272.62)L×10-6m3/s。

表1 各种尺寸排水沟设计流量一览表

根据计算结果，结合桥涵排水构造物的设置间距、地形地物、自然沟渠的分布、当地的使用经验等情况，最后推荐尺寸为0.6m×0.6m的矩形混凝土排水沟，沟身用30cm厚M10浆砌片石砌筑。

（2）边沟。挖方路基或者低填方路段设置矩形边沟，以此排除路基范围内的少量雨水。根据相关规范确定边沟尺寸，通过计算决定采用盖板边沟，尺寸为0.6m×0.6m，沟身采用30cm厚M10浆砌片石砌筑。当连续挖方长度较长或设置有中央分隔带横向排水管时，需要增大边沟尺寸，要求边沟最小纵坡不小于0.3%。

（3）截水沟。截水沟设计主要包括边坡平台截水沟和山坡坡顶截水沟。由于项目位于山岭地区，为了保证边坡的安全，边坡均分级设置，第一级边坡为8m，第二级边坡为10m。边坡分级处均设置2m的边坡平台，为了保护边坡不出现水毁，在边坡平台上设置L型平台截水沟，尺寸为0.4m×0.4m，采用30cm厚M10浆砌片石铺砌。此外，在挖方较大的路段，为了防止坡顶雨水垂直流下冲刷边坡，在边坡坡顶以外不小于5m处设置矩形截水沟，尺寸为0.5m×0.5m，沟身采用30cm厚M10浆砌片石砌筑，最终将水引入天然冲沟或排水沟。

（4）急流槽。由于项目位于山区，填挖方都很大，造成水流速度较快，为了保障边坡与排水设施的稳定，此次设计共采用两种急流槽。一种为0.6m×0.5m的现浇混凝土急流槽，当路基边沟与排水沟相接处坡度大于1∶5以及排水沟水进入沿线人工河流或自然河流时，设置0.6m×0.5m的现浇混凝土急流槽；另一种为0.5m×0.5m的现浇混凝土急流槽，设置于道路超高路段横向排水管出口，将超高处雨水排入排水沟。

（5）中央分隔带排水。为了防止中央分隔带积水渗入道路面层和基层，需要及时排出中央分隔带过多的积水，该工程中央分隔带排水设计如下：在中央分隔带填土与路面机构层接触处设置防渗土工布，中央分隔带底基层附近设碎石渗沟，渗沟截面尺寸为0.25m×0.2m，渗沟内加设Φ100mm纵向塑料滤水管，分隔带内渗水汇集后通过Φ110mmHDPE横向塑料排水管排入路基边沟或通过填方坡面引入路基排水沟。

（6）超高段排水。为了有效排出超高段雨水，在中央分隔带旁路缘带附近设置纵向集水沟，是尺寸为0.5m×0.5m的盖板集水沟，沟身采用C25水泥预制，盖板采用C25混凝土预制，经集水井、横向排水管（采用Φ30cm钢筋混凝土预制圆管）流经急流槽或挖方边沟排出。超高路段中央分隔带底基层附近碎石渗沟内汇水则通过集水井收集后，再通过横向排水管将水排至边沟或由边坡急流槽引离路基。

2.2 路基地下排水

当挖方路段地下水发育时，地下水会对排水设施和路面结构造成损坏，因此对于该项目地下水发育路段，在边沟下设置尺寸为0.6m×1m的梯形碎石渗沟，出口设置于挖方路基以外的填方路段，最终将渗沟水引入路基排水沟。

3 路面排水设计

3.1 路面表面排水

结合路基防护形式，一般填方路面水直接沿坡面漫流或通过骨架导流槽引入排水沟排出；挖方路段由路拱自然漫流至边沟排出。

3.2 路面内部排水

当路基两侧存有积水时，积水有可能渗透到路面结构层内，破坏路面结构或者路基，此次路面结构层外侧土路肩采用C25现浇混凝土硬化设计，路面结构层渗水沿底基层级配碎石缝隙排到边部天然砂砾培土肩，最后通过Φ50mm泄水孔排出。

4 结束语

综上所述，进行山区公路设计时一定要把排水设计作为一个重要的研究点，根据每个项目所处地理环境气候和周边桥涵水系等资料，因地制宜，做好项目的排水设计的总体规划设计，保证公路排水系统设计完善，运营通畅，从而保障公路项目的质量、使用寿命和行车安全。