高速公路排水系统及环保设计

马增兴

摘要：水是影响路基强度和稳定性的重要因素，排水设计对于保障公路结构物的使用寿命和行车的通畅、安全具有十分重要的作用，因此环保型排水系统目前是我国高速公路排水设计的发展方向。为了提升高速公路排水系统设计的环保性，在综合分析高速公路排水系统及设计原则的基础上，总结了开展高速公路排水系统环保设计的必要性，并以实际工程项目为例，结合该高速公路的实际水文地质条件，提出了高速公路生态排水系统的部分结构形式，充分体现出了高速公路排水系统的环保特色。实践结果表明，对高速公路排水系统进行环保设计，不仅满足公路排水的基本要求，同时满足生态环保要求，具有生态效益、景观效益、经济效益的长期效果。

关键词：高速公路；排水系统；环保；设计

中图分类号：U417.3    文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）02-0087-04

0 引言

随着交通运输需求的不断增长，我国高速公路不断暴露出排水问题［1］。高速公路排水系统的好坏直接影响路基、路面和边坡等结构的质量，进而影响高速公路的使用性能［2］。排水系统作为保障高速公路正常使用的基础，国外在排水系统环保方面的研究起步较早，而我国则是1997年才颁布《公路排水设计规范》（JTJ 018—97），该规范对公路排水设计做出了的规定［3］。近年来，国家重点关注排水系统对环境的污染问题。如何使高速公路排水系统与周围景观协调，最大限度地实现环境保护的功能，是我国高速公路排水设计的发展方向［4］。因此，在进行高速公路排水系统设计时，要综合考虑沿线地形地貌、水文地质、降雨量等自然因素，利用新理念和新技术实现排水系统的环境保护和景观绿化一体化［5］。本文在现行高速公路排水系统设计原则的基础上，将生态排水技术成功地应用到溧高高速公路排水系统设计中，满足了高速公路排水要求，达到了生态与周围环境协调一致的环保效益，并且对未来高速公路排水系统的设计具有良好的指导作用。

1 高速公路排水系统

水是危害高速公路的主要因素之一，它会直接或间接影响道路的湿度从而影响道路的使用质量与行车安全［6］。随着公路建设的发展，特别是高等级公路的建设，水对公路的影响日显突出，高速公路排水系统的功能是迅速排除路面水、路面结构层间水，防止地下水对路基稳定性及强度的影响，减少排水过程中对路基、路面结构的不利影响［7］。因此，排水设施是高速公路必不可少的重要组成部分，对高速公路的正常使用尤为关键。在高速公路设计中，必须重视排水工程，排水系统主要包括边沟、截水沟、排水沟、集水沟、集水井等排水结构物，为保证高速公路的使用性能，应当根据项目特点，合理选择排水设计方案，保证高速公路建设质量［8］。

2 高速公路排水系统设计原则

高速公路排水系统设计中通常遵循“截、引、排”的原则，最大限度地发挥排水结构的功能和作用［9］。首先，对地表水的有效拦截是前提，将水快速排出路基范围；其次，综合考虑各种排水设施之间的互相连接，对水进行有效的引流，防止水分下渗后损害路基结构；最后，将路基范围内的水排出，形成一个功能齐全的高速公路排水系统［10］。设计排水系统时应注意以下内容：①排水设施在实现其功能时，不应造成壅水或阻水，不应产生冲刷流速。②要综合考虑项目的沿线地形、水文地质、气象条件及桥涵位置等。③注意搜集项目当地的自然水系、天然河沟、人工排水、水土保持、河川治理等设施的信息，实现高速公路排水系统的合理配置和互相补充，全面规划排水设计范围。④保证排水结构的使用年限及其使用期限内的使用性能，并采用科学、合理的加固防渗防护措施。⑤避免圬工砌体对生态环境造成破坏，建设生态环保型公路排水系统，实现公路排水生态化。⑥合理选择排水系统的断面形式、尺寸，满足排水能力要求。

3 开展高速公路排水系统环保设计的必要性

高速公路是一条带状物，沿线排水设施的设置是否合理，会对地表径流会产生一定的影响，从而引起原有自然环境的改变。随着国民环保意识的增强，高速公路的排水问题日益得到重视［11］。为满足环保要求，在排水系统设计中应引入可持续发展思想，实现排水系统与环境的可持续发展，使自然生态环境和人类活动达到良性循环。因此，高速公路排水系统环保设计已成为绿色交通发展的重要任务［12］。

4 高速公路排水系统环保设计案例分析

高速公路排水系统的排水设施除了要满足排水需求，还要充分考虑对公路周边环境的保护功能，最大限度地减小排水系统对周边生态的破坏。本文以溧高高速公路为例，对其排水系统的设计进行说明。

4.1 工程案例

溧高高速公路是一条代表21世纪高速公路建设水平的生态、环保、旅游、景观高速公路，该高速公路路线是江苏高速公路网规划的重要组成部分，起自溧阳，至广德高速公路南渡樞纽，向西经溧阳强埠、汤桥、高淳桠溪、溧水和凤，止于高淳至芜湖高速公路和凤枢纽，全长33.983 km。全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计时速为120 km/h，设置服务区1处。溧高高速公路跨越多条高速公路和河流，途经桠溪国际慢城旅游观光景区、溧阳市西部自然生态区等众多旅游景区。

溧高高速公路处于中强地震活动区，属于第四纪活动断裂；地形平缓开阔，无坍塌、滑坡等不良地质现象。溧阳市和高淳区寒暑显著，全年平均气温为17.5 ℃，降雨量大，年均降雨量为1 149.7 mm。该高速公路项目分布于冲积平原，沿线河流有芜申运河、大溪河、周城河。近地地表水以水库形式保存，分别为龙墩、跃进、尚义三号、圩庄和丁村水库。全线路段土壤主要为青泥土、黄泥土、黄土、夜潮土和马肝土等。

4.2 路面表面排水

通常情况下，对路线纵坡超过0.3%的路段进行路面表面排水设计时，可以在路肩处设置拦水带、出水口和急流槽，实现集中截流排水，将拦截汇集的路面水集中排放到路堤坡脚外。泄水口要采用非对称的方式设置，急流槽在不同路线纵坡下的间距也不同（见表1）。

由于溧高高速公路地处平原地形，路线纵坡较小，如果设置路肩拦水带，会导致纵向排水不畅，路面水排出时间较长。路面水的长时间停留，不仅会对路面造成损害，同时在行车道上形成一层水膜，影响行车安全。因此，要根据溧高高速的实际地形情况，对其进行优化设计。在低填方路段，做好边坡防护，在边坡上种植各种适合的花草树木，采取分散漫流的方式通过边坡将路面水直接漫流至边沟，使路域景观效果更接近自然景观。分散漫流排水方式如图1所示。

在高填方路段，不再采用路肩设置拦水带方式，而是设置浅碟形集水槽，使路肩外空间更大，方便在边坡实施绿化。浅碟形集水槽排水方式如图2所示。

4.3 路基边沟排水

为了将路面、边坡上的水快速排出，防止地面水影响路基，保证路基强度，将边沟设置在挖方路基的路肩外侧，其走向与路中线平行，减少汇水面积和降低汇水流量。在设计边沟时，不允许其他沟渠的水流排入，同时注重景观设计与周围环境的相互协调。要根据排水量选定边沟横断面形式及尺寸。边沟横断面形式主要分为三角形、梯形、矩形和浅碟形，每种形式的边沟有各自的优势和应用范围（见表2）。

根据溧高高速公路的地理环境、降雨量等实际情况，采取环保排水新理念，选用浅碟形断面形式边沟（如图3）。在不积水的情况下，边沟纵坡与路线纵坡一致，对于汇水面积小的部分路段，使用土质边沟，使边沟绿化效果自然地融入周围自然环境。

4.4 中央分隔带排水

中央分隔带对高速公路系统起到分离往返车流的重要作用，同时中央分隔带的植树绿化可以达到美化环境、强化环保措施的效果。通常情况下，中央分隔带内预埋各种管道、人井，给水源提供渗入路基的途径，因此中央分隔带设计应综合考虑当地气候、绿化效果、施工难度后，选择不同的排水方案。中央分隔带包括凸起式、齐平式和浅碟式3种，每种形式有各自的优点和缺点（见表3）。

溧高高速公路在中央分隔带上植草、种花进行绿化，可以减缓驾驶员的视觉疲劳。由于该路段所在地区降雨量大，为增强中央分隔带的排水效果，保证水源无法进入路基和路面，最后综合考虑选用凸起式的中央分隔带。为保证植树的成活率，中央分隔带的填土要达到一定的厚度，同时在填土底部中线两侧各设置一条纵向碎石盲沟，盲沟内铺设直径为15 cm的PVC管，起到汇集水源的作用，并每隔40 m的间距在左右各设置一根横向排水管，使水源通过PVC管汇集到横向排水管，最终排出路基边坡之外，排水示意图如图4所示。采用凸起式中央分隔带方式，绿化空间大、绿化方式灵活，可以搭配各种花木，还能起到视线诱导作用。

4.5 截水沟

截水沟又称天沟，一般设置在山坡路堤上方的适当地点，减少水对坡面的冲刷，保证水顺利排入附近水系。截水沟应沿等高线布置，长度一般在200～500 m，截水沟使用矩形混凝土边沟。截水沟的出口要特别注意冲刷问题。

对于溧高高速公路而言，年均降雨量为1 149.7 mm，经计算后决定采用矩形断面截水沟，尺寸为60 cm×60 cm。截水沟底用C20现浇水泥混凝土，截水沟两侧墙体砖砌并用水泥抹面。截水沟坡面进行植物绿化，达到保护环境的目的。截水沟出水口走向尽量外移，减少对路基边坡的冲刷，截水沟设计如图5所示。

4.6 服务区排水设置

为满足高速公路使用者的需求，高速公路要设置相关的配套设施。服务区需要为出行人员提供住宿（含停车）、餐饮、加油、汽车修理等服务，提供这些服务的过程中势必产生大量的生活污水，如不采取合理的技术进行处理，将对周围环境产生不利影响。

溧高高速公路的服务区在排水设计中，基于实际考察和数据统计，采取增设污水处理设备、雨水径流收集和中水回收再利用等多种技术措施，取得了良好的效果。

（1）增设污水处理设备。厨房含油脂污水经过除油处置，再排至污水管道。卫生间污水经过化粪池处理，再排至污水管道。洗车污水经隔油沉淀池处理，再排至污水管道。多种污水汇集，通过一体化污水处理设备进行水质处理，降低污染物浓度；污水处理流程如图6所示。

（2）雨水径流收集。高速公路路面的污染物成分复杂，污染物通常是通过车辆携带进入服务区。遇下雨天气时，雨水会对路面的污染物进行冲刷，进而对周边环境造成污染。通过增加下凹式绿地面积或者透水铺装路面等方法，可以有效收集初期径流雨水，降低污染物对环境的破坏。

（3）中水回收再利用。采取污水再生利用措施，可降低水资源的浪费，实现了高速公路服务区的节能环保性。因此，在场区建设独立的中水管网系统，将污水净化处理为中水，回用于景观绿地的喷灌用水，构建高度循环的给排水系统，充分体现出高速公路的环保特色。

5 结论

高速公路排水是一项系统性工程，在设计排水系统时，要结合具体项目的实际情况，使高速公路排水系统更加完善。随着环境污染的日益严峻和环保理念的深入人心，环保型排水系统将是今后高速公路排水设计的重点。结合溧高高速公路排水系统设计过程，得出以下结论：①在高速公路排水系统设计时，各排水设施要在满足排水功能的同时，更好地与周围环境景观达成协调性。②基于环境保护设计理念，路面表面、路基边沟、中央分隔带、截水沟、服务区等排水设计要充分体现环保效益的长期效果。③在排水系统设计中，污水净化回收再利用是国家发展的方向，既符合环保设计理念，又可以有效缓解水资源紧缺问题。④未来高速公路的发展，必然是以节能环保为主，因此应用节能环保理念是今后高速公路排水系统设计的重点方向，达到减少污染物排放，降低高速公路排水系统对周边环境影响的目的。

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