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1.1病害分析①龟裂和网裂。根据对本路段的实地调查,出现龟裂和网裂的主要原因有两个方面:一是由于公路水损害造成路面基层强度偏低,重车作用下,基层断裂反射到面层形成开裂,恶性循环,基层强度逐渐降低,重车逐年增加,路表弯沉越来越大,最终导致路面被拉裂;二是沥青老化和疲劳开裂,主要表现在路面平整无显著变形,网裂较规则。②坑槽。产生的主要原因是面层出现网裂、龟裂后,由于水的侵入,使路面结构强度降低,大量车辆通过易形成唧浆,久之,重复作用,基层渐渐变薄,进而出现翻浆、坑槽等病害。③车辙和拥包。出现的主要原因是由于超载、超限车辆较多。据有关部门统计,超重车的压强在1.0~1.7MPa之间,远远超过设计压强0.7MPa,每逢夏季,路表温度较高,重车一旦通过明显出现一道车辙,若出现急刹车,往往造成路面推移而形成拥包;春融和秋雨季节,由于雨水的浸入,沥青混凝土变软,层间抗剪强度降低,重车通过时,也容易产生车辙和拥包。综上所述,本路段旧路病害严重,形成病害的主要原因是路面面层的老化和疲劳破坏,以及超载、超限车辆的大量通行,再加上过村路段排水设施不完善,水损对路面的破坏也较为严重,急需进行大中修。1.2旧路路基横断面本项目路基宽10.5m,路面宽8.5m,两侧各设1m土路肩。1.3旧路路面结构旧路于2001年进行了改建,现旧路路面结构为:4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+15cm二灰碎石+15cm石灰土稳定土。
2路基
2.1路基设计①路基设计原则及依据。该项目为二级公路标准,根据沿线地形、地貌、地质、水文、气象等自然条件,贯彻因地制宜、就地取材的原则,采取经济有效的病害防治措施。路基设计主要依据交通运输部颁发的有关标准、规范、规程等。②路基宽度。大中修后路基宽度与旧路一致。③路基高度。过村路段由于标高受限不能抬高,故破除新建。大修路面标高除过村段不抬高以外,其余路段路面抬高27cm左右;中修路面平均抬高4cm。④路拱坡度。现旧路路拱横坡为双向1.5%,土路肩横坡为3%,大修后与其一致。⑤路基取土和弃土。沿线不能利用的挖除旧路路面废料以及路基挖方,均应弃于指定的弃土场内或荒废的坑、塘内集中堆放并夯实,以防水土流失及对沿线造成危害。取土采用集中取土方式,尽量寻找荒地或旱地作为项目取土场。2.2路基、路面排水设计路基、路面排水依据《公路排水设计规范》(JTJ018-97)进行设计[1]。①路基排水措施。本设计本着尽量节约投资的原则,对沿线梯形土边沟,能利用的利用,能疏通的尽量疏通,完全填死路段则重新开挖,将水排到附近沟渠或涵洞。对过村路段,重新设置0.5m×0.6m的M7.5浆砌片石矩形边沟并全部盖板。在平交处设置边沟涵以保证边沟纵向排水畅通。②路面排水措施。路面水直接通过路面横坡排至两侧边沟。超高侧路面水则经过对面路面横坡流至边沟。
3路面
3.1路面设计原则及依据根据交通量、公路等级对路面的使用要求,结合沿线的气候、水文、地质及当地筑路材料的分布、典型路面结构情况,进行路面综合设计。路面设计年限按12a计,设计弯沉值30.9(0.01mm)。路面厚度计算中以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标,以容许拉应力进行验算。路面设计依据部颁规范《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)和《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)。3.2路面结构设计根据对京赞线的现场调查,该公路大修方案确定如下:K0+000~K0+800段、K1+600~K2+650段、K2+800~K3+800段、K4+650~K7+300段、K7+500~K13+500段、K14+400~K21+800段及K22+800~K24+826段共20.926km为一般野外段,路面结构均采用:18cm旧路冷再生+18cm水泥稳定碎石+5cm中粒式沥青混凝土(AC-20C)+4cm细粒式橡胶粉改性沥青混凝土〔ARHM13(w)〕;K0+800~K1+600段、K2+650~K2+800段、K3+800~K4+650段、K7+300~K7+500段、K13+500~K14+400段及K21+800~K22+800段共3.9km为过村路段,由于过村路段标高受限不能抬高,故将旧路破除新建,其路面结构为20cm砂砾垫层+2×18cm水泥稳定碎石+5cm中粒式沥青混凝土(AC-20C)+4cm细粒式橡胶粉改性沥青混凝土〔ARHM13(w)〕。在基层顶做沥青透层油和乳化沥青封层,在面层之间喷洒黏层油。3.3路面结构层材料组成及技术要求①沥青材料。面层沥青质量应符合《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中A级石油沥青的技术要求,标号为70号;在面层与基层之间作沥青透层油和乳化沥青封层[2]。②沥青面层的级配范围。路面面层沥青混合料的级配范围应满足《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中的要求,如表1所示[2]。③路面基层混合料的级配范围及强度要求。路面基层混合料的级配范围、基层的抗压强度应满足《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中的要求,如表2所示[2]。水泥稳定碎石水泥的剂量为3%~5.5%,施工前须作实验以进一步确定最佳含灰量,7d无侧限基层抗压强度为3.5MPa,压实度≥98%;冷再生基层7d无侧限抗压强度为3MPa,压实度≥95%。④黏层、透层、下封层。在面层之间必须喷洒黏层油,黏层油采用快裂乳化沥青,规格PC-3,用量0.6~1.0L/m2。应采用沥青洒布车喷洒,并选择合适的喷嘴,洒布速度和喷洒量保持稳定。在基层顶面必须喷洒透层油,透层油采用慢裂乳化沥青,规格PC-2,用量1.0~2.0L/m2,应在基层碾压成型后表面稍变干燥,但尚未硬化的情况下喷洒,应采用沥青洒布车一次喷洒均匀。下封层应采用稀浆封层法施工,稀浆封层采用乳化沥青作结合料,采用ES-2型,厚度6mm,且做到完全泌水。应选择坚硬、耐磨、洁净的集料,矿料级配范围应满足《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中的要求。3.4全深式路面就地冷再生①本项目冷再生基层,采用全深式就地冷再生,利用无机结合料水泥作为再生结合料,掺入量暂定为5%(体积)。②冷再生基层实施前应铺筑试验路段,确定工艺参数。③无机结合料稳定冷再生混合料,按照现行《公路路面基层施工技术规范》水泥稳定土混合料设计方法进行混合料设计[3]。④冷再生施工速度宜为4~10m/min,碾压完成并经检验压实度合格后的路段应立即进行养生。养生可采用湿砂、覆盖、洒水等方法。3.5施工要求施工中严格按照现行的《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)、《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)、《废轮胎橡胶沥青及混合料技术标准》(DB13/T1013-2009)等有关规程、规范中所规定的施工工艺及质量检查验收标准进行施工。下承层路面应保持干净、干燥,清扫时避免用水冲洗。橡胶粉改性沥青混合料摊铺的最低气温不低于15℃,每天施工开始阶段宜采用较高温度的混合料。
4结语
关键词高速公路排水设计
1概述
高速公路排水设计对于高速公路路基的稳定性及路面的使用寿命有着显著的影响。高速公路排水设计应包含以下两个方面的内容:其一是要考虑如何减少地下水、农田排灌水对路基稳定性及强度的影响,一般称之为第一类排水;其二是要考虑如何将路表水迅速排出路基之外,最大限度地减少雨水对路基、路面质量的影响,减少因路表水排水不畅或路表水下渗对路基、路面结构和使用性能产生的损害,这称为第二类排水。
第一类排水设计通常采用适当提高路基最小填土高度或在路基底部设置隔水垫层等办法。施工期间一般都考虑在施工前开挖临时排水边沟,排除施工期地表水并降低地下水,同时在路基底部掺加低剂量石灰处理,设置40cm厚的稳定层等。采用这一系列措施可起到事半功倍的效果。
第二类排水设计一般包括:
(1)通过路面横坡、边沟、边沟急流槽等,将路表水迅速排出路基以外;
(2)设计中央分隔带纵向碎石盲沟、软式透水管及横向排水管,将施工期进入中央分隔带的雨水及运营期中央分隔带的下渗水迅速排出路基之外;
(3)设计泄水孔以迅速排除桥面水;
(4)设计中采用沥青封层、土路肩纵横向碎石盲沟或排水管,将渗入路面面层的水引出路基之外。
综上所述,笔者结合扬州西北绕城高速公路在设计以及施工中出现的问题谈一点自己的体会。
2边沟排水设计
边沟设计在高速公路排水设计中占有很大的比重,设计人员都给予高度重视,但在设计过程中往往会忽视一些施工中的问题,如边沟的尺寸不考虑具体情况,死搬硬套有关规范、规定;又如施工单位大都未能按有关设计要求将原地表土、河塘清淤土等弃土运送至取土坑内用于复垦还田,而是弃放于路线两侧河塘中,造成部分河塘无法将路基水排入。另外由于沿线农田为分户承包,当地乡镇为了减少地方矛盾的产生,常常要求增加、改移和调整小型构造物设置位置。还有一点就是设计中没有充分考虑利用高速公路施工中超宽填土土方等。
2.1边沟尺寸选定
边沟的排水能力主要取决于以下几个设计参数:边沟底流水坡度、边沟截面尺寸、形状、边沟的表面粗糙程度。
依据江苏省高速公路设计及公路排水设计规范要求,高速公路的边沟一般采用边坡为1∶1的梯形明沟,因此,可采用《公路设计手册路基》中梯形断面沟渠的水力计算公式计算梯形排水边沟的排水能力:
Q=WC
式中:Q—流量;
W—边沟断面面积;
C—流速(谢才)系数;
R—水力半径;
i—边沟沟底纵坡。
根据高速公路所处地理位置,采用扬州市历史最大小时降雨量,以流入边沟的水不溢出边沟为限,并假设扬州西北绕城高速公路的路基平均填土高度为3.5m,由此,汇水带宽约为23m,则可依据不同的边沟沟底坡度、不同的边沟底宽(或边沟截面积)的排水能力,计算出所能承受的路面排水最大长度。扬州西北绕城高速公路一般每公里设置三道涵洞,即300m左右有一道涵洞,也就是说路面排水长度一般在100m~200m之间。
通过分析、计算确定,扬州西北绕城高速公路边沟采用50cm的梯形边沟即可满足路基排水需要。
2.2边沟设计的原则
(1)一般路段的路基边沟设计原则:以填筑式边沟为主,尽量减少路基边沟积水现象的发生。这主要是吸取已建成的高速公路中的教训:1部分路段在汛期内路基水不能及时排除。2地方群众干扰路基水排入灌溉涵洞内。
(2)路基边沟纵坡的要求:根据交通部部颁《公路路基排水设计规范》要求,采用浆砌片石修筑的边沟为满足排水需要,边沟纵坡应不小于0.12%,由于本项目位于丘陵岗区和冲积平原区,原地形既有较大起伏又有部分平坦地段,本着既要解决路基排水问题,又要经济合理的原则,确定路基排水边沟沟底纵坡一般情况下不小于0.15%。
(3)对于边沟水进入涵洞及跨越通道等情况的处理:沿线设置的涵洞有排涵、灌涵和灌排两用涵。对于需排入排涵的边沟,其边沟底标高不低于涵洞中心的标高;需排入灌涵的边沟,其沟底标高不低于涵顶标高;而对于灌排两用的涵洞应按灌涵要求设置,特殊情况时可适当降低。为防止冲刷涵洞,原则上采用边沟急流槽连接边沟和涵洞洞口。一般情况下边沟尽量少穿越通道,当排水需通过通道排入涵洞时,应优先采用边沟盖板涵,特殊情况下可采用边沟倒虹吸穿越通道。
(4)对边沟标高及纵坡方向的问题:根据路线纵断面和沿线自然地形情况综合确定,通常以沿线自然地形为主确定排水方向。边沟底标高控制应以该段路肩边缘最低点标高以下大于1.7m为宜,原因是考虑到路线中央分隔带横向排水管不能因边沟积水而引起倒灌。对于个别特殊路段不能满足1.7m要求的,可放宽至1.4~1.5m,若另一侧边沟较低时应优先采用单侧布设横向排水管。
(5)对于挖方段边沟:考虑到中央分隔带横向排水管排水要求,边沟底标高不低于路肩标高1.2m,同时要求边沟纵坡不小于0.5%。施工期要求各施工单位必须首先在挖方段边坡顶开挖截水沟以防止路基外侧水进入路基,并且应做好挖方段本身临时排水沟的设置工作。
3中央分隔带排水设计
高速公路中央分隔带排水设计主要为排除中央分隔带内积水,可分为施工期间和道路营运期下渗水的排除。
施工期间排水量取决于最大瞬时降雨量及中央分隔带的汇水面积。一般情况下,由于高速公路中央分隔带内设置有通讯、监控用管线的人手孔,因此,中央分隔带排水长度应为两个人手孔之间的间距,一般路段的最大间距为180m。
扬州市历年最大瞬时降雨量为28.8mm/10min,根据本次设计中央分隔带宽为2m,计算出中央分隔带施工期需要的最大排水能力为:
Q=Aγ=2×180×0.0028.8=1.0368m3/S
式中:A—中央分隔带汇水面积;
γ—最大瞬时降雨量
横向排水管的排水能力按长管自由出流的流量计算公式进行计算:
式中:K—流量模数,与管道断面形状、尺寸和粗糙度有关;
H—水头高度;
L—横向排水管长度
由以往高速公路设计经验可知,高速公路横向排水管长为15m左右,横向排水管坡度为2%,采用以上公式计算出施工期最大瞬时降雨量时所需要的横向排水管管径为255mm。如果按有关排水设计规范要求50m设置一道横向排水管,即排水长度缩短为50m,则需要的横向排水管管径为75mm。
但在实际施工过程中存在许多问题,如中央分隔带是在基层施工后进行开挖施工的,开挖的边沟表面粗糙,沥青不易粘结牢固,不能形成均匀、无破损的防渗层。土工布因有接缝,不能形成整体而达到完全不透水的程度。因此,当盲沟积水时侧面仍将无法阻止水渗入路基。
由于施工质量不易控制,造成横向排水管标高误差或产生淤塞,从而使上游横向排水管排水不畅,大量的水流向最低处,而最低处的横向排水管由于设计时包裹无纺土工布或产生淤塞,使排水能力严重不足,从而导致下游中央分隔带积水严重,有的下雨后几天中央分隔带仍有积水,使路基长时间浸泡,影响了路基、路面的强度。
由于通讯、监控管线人手孔的设(下转第9页)(上接第13页)置阻断了中央分隔带排水,造成中央分隔带积水或积水渗入人手孔。
为了解决这些问题,采用以下办法处理:对于设计底坡小于0.3%的,采用锯齿形纵向矩形碎石盲沟,并于盲沟底部设置软式透水管和每隔30~50m设置集水槽汇集中央分隔带雨水或渗水;根据以上计算,中央分隔带每隔30~50m设置一道横向排水管,将盲沟中的水排出路基以外;在中央分隔带内设置2cm厚水泥砂浆层、沥青防渗层及土工布防渗层,防止中央分隔带中水从侧面向路基渗透。
4路面渗水的排水设计
沿路面边缘设置由透水性填料集水沟、横向出水管和过滤织物(土工布)组成的路面边缘排水系统。
通过设置沥青封层、土路肩纵横向碎石盲沟和排水管,将渗入路面面层的水引出路基之外。由于通过沥青面层下渗的水量有限,考虑到排水路径的限制,因此,设计中采用每10m左右设置一道Ф5cm横向排水管以确保路面下渗水的排除。
参考文献
1.前言
成安渝高速公路四川段起于成都绕城高速公路与成洛路交汇处,途经成都市龙泉驿区和资阳市境内的简阳市、乐至县、安岳县进入重庆境内。其中朝阳水库水源保护区位于K116+920至K119+200段,线路上跨朝阳水库。水源保护区内线路总长2280m,其中路基段长2028.8m;桥梁段长251.2m,有两座桥梁上跨朝阳水库。
朝阳水库水源保护区属于Ⅱ级水源保护区,因此要求水源保护区范围内的高速公路路面水不能直接经边沟直接排入周边[1-3],需要对路面水进行收集处理。为此本文针对水源保护区的地形地貌特点,提出优化方案,并对优化方案进行对比,给出最终的推荐方案。
2.水源保护区排水原方案
2.1水源保护区路面排水系统
当前水源保护区排水系统组成如图1所示,设有路面排水系统和坡面排水系统。其中,路面排水系统,通过路面边沟引入蒸发池;坡面排水系统通过坡面边沟把坡面汇水引入涵洞。
图1 水源保护区排水系统
由于水源保护区,所在区域,夏秋多雨,冬季多雾,蒸发较慢,同时暴雨时降雨强度大,降雨量大,为此设置的蒸发池,难以保证雨水不溢流,而一旦溢流会污染周围环境。
2.2水源保护区桥梁排水系统
水源保护区段有两座桥梁,分别上跨朝阳水库(如图2)。其中朝阳水库1#桥为中桥,长度为110.6m;朝阳水库2#桥为大桥,长度为140.6m。两桥相距仅约100m,通过库区内的小岛联接,岛上设置蒸发池汇集2#桥桥面水。当前,桥梁上部采用集中式排水,路面水引入附近蒸发池。
图2 朝阳水库水源保护区桥梁及蒸发池位置
为防止路面水进入库区,污染饮用水,当前,在水源保护区内设置了十处蒸发池,汇聚路面水,蒸发池对称设置在道路边坡两侧,每个蒸发池体积为252.67m3。
3.水源保护区常用雨水处理措施
当高速公路穿越水源保护区,为防止路面水以及具有污染性的运输品因泄漏等污染水源,需要采取措施,对路面雨水进行处理,防止路面水流入水源保护区,当前常用的保护措施有以下几种:
3.1蒸发池
为汇聚地表水,修筑具有集水功能的水池。蒸发池内的水主要通过蒸发和渗漏使之消散。通常蒸发池的形式如图3所示。正常情况下,由于蒸发池内的水无法流出,因此其集水能力不能超过设计容量。根据规范,蒸发池设计容量在200 m3-300 m3。
图3 蒸发池示意图
2.雨水处理池
雨水处理池(如图4)包括水生物滤池和应急处理池。通过路面水和坡面水两套排水系统进行分别排水,其中,坡面水直接向区域内的沟渠排放,路面水则经雨水处理站处理后排放。
图4 雨水处理站平面示意图
(1)初期雨水处理
初期雨水处理采用,进水格栅沉淀植物吸收过滤渗滤补充地下水的处理工艺流程。
(2)后期雨水排放,下雨后期雨水经过配水井进入排水管就近低处排放。
(3)突发事故的应急处理
为防止在水源保护区路段因车祸造成的大量油品、有毒化学品泄漏流入水库,设计中在每个路面雨水处理站设置突发事故应急池一座,用以截流突发事故时泄漏的有害物质。应急池采用钢筋混凝土构造,并对池体内部做了重防腐处理,当池内储存有毒物质、强酸强碱或被污染的雨水时,可以避免污水通过渗透污染周围的环境和水体。水源保护区路段全线采用电子监控系统,可以随时监测到路面上发生的突发事故。
(4)雨水处理站容积设计
降雨初期将地面污染物带走的雨水被认为是初期雨水,而初期雨水量分为可溶性污染物和细小颗粒带走的初期雨水,以及将不可溶性及难移动的污染物带走的初期雨水。我国目前尚没有这方面的统计资料及设计规范。美国设计规范规定:降雨量达到8-16mm时为初期雨水量;而澳大利亚环保部门的环评报告中的统计数据说明,当降雨量达到15mm时即可将道路表面油渍冲洗干净;根据国内外相关研究及经验,在此采用15mm的降雨量作为初期雨量,对水生物滤池进行设计[5]。应急池仍按设计30分钟内降雨40mm确定。为此优化后的水生物滤池及应急处理池容积如表1。
5.结论
水源保护区的雨水处理措施有多种方式,设计时要根据建设项目的地形地貌、气候环境、可能的运输危险物、建设费用等进行综合考虑,选择可行有效的方式进行处理,并确保建成后项目能够正常作用。
参考文献:
[1] 中华人民共和国行业标准.JTG/T D33-2012 公路排水设计规范.北京:人民交通出版社,2012.
[2]罗幸平,冯忠居,余国红等,高等级公路生态排水设计[J].公路交通科技,2006.
[3] 陈会东.高速公路穿越饮用水源保护区的防护措施探讨[J]. 绿色科技,2011(11):131-132.
关键词:高速公路;排水设计;路基
Abstract: with the speeding up of China's highway construction, engineering damage caused by improper design of subgrade drainage increases day by day, directly cause the loss of state property. Therefore, the importance of highway subgrade drainage design has become more and more prominent, to ensure performance and service life of highway is very important.
Key words: highway; subgrade drainage design;
中图分类号:U416.1 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
一、高速公路排水设计概述
高速公路排水设计对于高速公路路基的稳定性及路面的使用寿命有着显著的影响。高速公路排水设计应包含以下两个方面的内容:其一是要考虑如何减少地下水、农田排灌水对路基稳定性及强度的影响,一般称之为第一类排水;其二是要考虑如何将路表水迅速排出路基之外,最大限度地减少雨水对路基、路面质量的影响,减少因路表水排水不畅或路表水下渗对路基、路面结构和使用性能产生的损害,这称为第二类排水。
第一类排水设计通常采用适当提高路基最小填土高度或在路基底部设置隔水垫层等办法。施工期间一般都考虑在施工前开挖临时排水边沟,排除施工期地表水并降低地下水,同时在路基底部掺加低剂量石灰处理,设置40cm厚的稳定层等。采用这一系列措施可起到事半功倍的效果。
第二类排水设计一般包括:
(1)通过路面横坡、边沟、边沟急流槽等,将路表水迅速排出路基以外;
(2)设计中央分隔带纵向碎石盲沟、软式透水管及横向排水管,将施工期进入中央分隔带的雨水及运营期中央分隔带的下渗水迅速排出路基之外;
(3)设计泄水孔以迅速排除桥面水;
(4)设计中采用沥青封层、土路肩纵横向碎石盲沟或排水管,将渗入路面面层的水引出路基之外。
综上所述,作者结合高速公路在设计以及施工中出现的问题谈一点自己的体会。
二、高速公路边沟排水设计
边沟设计在高速公路排水设计中占有很大的比重,设计人员都给予高度重视,但在设计过程中往往会忽视一些施工中的问题,如边沟的尺寸不考虑具体情况,死搬硬套有关规范、规定;又如施工单位大都未能按有关设计要求将原地表土、河塘清淤土等弃土运送至取土坑内用于复垦还田,而是弃放于路线两侧河塘中,造成部分河塘无法将路基水排入。另外由于沿线农田为分户承包,当地乡镇为了减少地方矛盾的产生,常常要求增加、改移和调整小型构造物设置位置。还有一点就是设计中没有充分考虑利用高速公路施工中超宽填土土方等。
2.1边沟尺寸选定
边沟的排水能力主要取决于以下几个设计参数:边沟底流水坡度、边沟截面尺寸、形状、边沟的表面粗糙程度。
依据江苏省高速公路设计及公路排水设计规范要求,高速公路的边沟一般采用边坡为1∶1的梯形明沟,因此,可采用《公路设计手册路基》中梯形断面沟渠的水力计算公式计算梯形排水边沟的排水能力:
Q=WC
式中:Q—流量;
W—边沟断面面积;
C—流速(谢才)系数;
R—水力半径;
i—边沟沟底纵坡。
根据高速公路所处地理位置,采用当地历史最大小时降雨量,以流入边沟的水不溢出边沟为限,并假设高速公路的路基平均填土高度为3.5m,由此,汇水带宽约为23m,则可依据不同的边沟沟底坡度、不同的边沟底宽(或边沟截面积)的排水能力,计算出所能承受的路面排水最大长度。高速公路一般每公里设置三道涵洞,即300m左右有一道涵洞,也就是说路面排水长度一般在100m~200m之间。
通过分析、计算确定,高速公路边沟采用50cm的梯形边沟即可满足路基排水需要。
2.2边沟设计的原则
(1)一般路段的路基边沟设计原则:以填筑式边沟为主,尽量减少路基边沟积水现象的发生。这主要是吸取已建成的高速公路中的教训:1部分路段在汛期内路基水不能及时排除。2地方群众干扰路基水排入灌溉涵洞内。
(2)路基边沟纵坡的要求:根据交通部部颁《公路路基排水设计规范》要求,采用浆砌片石修筑的边沟为满足排水需要,边沟纵坡应不小于0.12%,由于本项目位于丘陵岗区和冲积平原区,原地形既有较大起伏又有部分平坦地段,本着既要解决路基排水问题,又要经济合理的原则,确定路基排水边沟沟底纵坡一般情况下不小于0.15.
(3)对于边沟水进入涵洞及跨越通道等情况的处理:沿线设置的涵洞有排涵、灌涵和灌排两用涵。对于需排入排涵的边沟,其边沟底标高不低于涵洞中心的标高;需排入灌涵的边沟,其沟底标高不低于涵顶标高;而对于灌排两用的涵洞应按灌涵要求设置,特殊情况时可适当降低。为防止冲刷涵洞,原则上采用边沟急流槽连接边沟和涵洞洞口。一般情况下边沟尽量少穿越通道,当排水需通过通道排入涵洞时,应优先采用边沟盖板涵,特殊情况下可采用边沟倒虹吸穿越通道。
(4)对边沟标高及纵坡方向的问题:根据路线纵断面和沿线自然地形情况综合确定,通常以沿线自然地形为主确定排水方向。边沟底标高控制应以该段路肩边缘最低点标高以下大于1.7m为宜,原因是考虑到路线中央分隔带横向排水管不能因边沟积水而引起倒灌。对于个别特殊路段不能满足1.7m要求的,可放宽至1.4~1.5m,若另一侧边沟较低时应优先采用单侧布设横向排水管。
(5)对于挖方段边沟:考虑到中央分隔带横向排水管排水要求,边沟底标高不低于路肩标高1.2m,同时要求边沟纵坡不小于0.5%。施工期要求各施工单位必须首先在挖方段边坡顶开挖截水沟以防止路基外侧水进入路基,并且应做好挖方段本身临时排水沟的设置工作。
三、高速公路中央分隔带排水设计
高速公路中央分隔带排水设计主要为排除中央分隔带内积水,可分为施工期间和道路营运期下渗水的排除。
施工期间排水量取决于最大瞬时降雨量及中央分隔带的汇水面积。一般情况下,由于高速公路中央分隔带内设置有通讯、监控用管线的人手孔,因此,中央分隔带排水长度应为两个人手孔之间的间距,一般路段的最大间距为180m.
假定当地历年最大瞬时降雨量为28.8mm/10min,根据本次设计中央分隔带宽为2m,计算出中央分隔带施工期需要的最大排水能力为:
Q=Aγ=2×180×0.0028.8=1.0368m3/S
式中:A—中央分隔带汇水面积;
γ—最大瞬时降雨量
横向排水管的排水能力按长管自由出流的流量计算公式进行计算:
式中:K—流量模数,与管道断面形状、尺寸和粗糙度有关;
H—水头高度;
L—横向排水管长度
由以往高速公路设计经验可知,高速公路横向排水管长为15m左右,横向排水管坡度为2%,采用以上公式计算出施工期最大瞬时降雨量时所需要的横向排水管管径为255mm.如果按有关排水设计规范要求50m设置一道横向排水管,即排水长度缩短为50m,则需要的横向排水管管径为75mm.
但在实际施工过程中存在许多问题,如中央分隔带是在基层施工后进行开挖施工的,开挖的边沟表面粗糙,沥青不易粘结牢固,不能形成均匀、无破损的防渗层。土工布因有接缝,不能形成整体而达到完全不透水的程度。因此,当盲沟积水时侧面仍将无法阻止水渗入路基。
由于施工质量不易控制,造成横向排水管标高误差或产生淤塞,从而使上游横向排水管排水不畅,大量的水流向最低处,而最低处的横向排水管由于设计时包裹无纺土工布或产生淤塞,使排水能力严重不足,从而导致下游中央分隔带积水严重,有的下雨后几天中央分隔带仍有积水,使路基长时间浸泡,影响了路基、路面的强度。
由于通讯、监控管线人手孔的设置阻断了中央分隔带排水,造成中央分隔带积水或积水渗入人手孔。
为了解决这些问题,采用以下办法处理:对于设计底坡小于0.3%的,采用锯齿形纵向矩形碎石盲沟,并于盲沟底部设置软式透水管和每隔30~50m设置集水槽汇集中央分隔带雨水或渗水;根据以上计算,中央分隔带每隔30~50m设置一道横向排水管,将盲沟中的水排出路基以外;在中央分隔带内设置2cm厚水泥砂浆层、沥青防渗层及土工布防渗层,防止中央分隔带中水从侧面向路基渗透。
四、高速公路路面渗水的排水设计
沿路面边缘设置由透水性填料集水沟、横向出水管和过滤织物(土工布)组成的路面边缘排水系统。
通过设置沥青封层、土路肩纵横向碎石盲沟和排水管,将渗入路面面层的水引出路基之外。由于通过沥青面层下渗的水量有限,考虑到排水路径的限制,因此,设计中采用每10m左右设置一道Ф5cm横向排水管以确保路面下渗水的排除。
参考文献:
[1]杜云,夏丽燕,郭兆军。沈大高速公路路基路面排水设计浅析[J].辽宁交通科技,2004,(11)
[2]陈昕。高速公路排水设计浅谈[J].河南科技,2005,(02)
关键词:公路设计遵循的原则
中图分类号: S611 文献标识码: A
工程概况:根据现状调查,原有公路为黄土路,路面宽为3.0m,路面现状情况较差。受地形限制,公路线性较差,道路的纵坡较大。又因地处山区,每逢雨天时,道路泥泞,通车困难,致使村民出行不便。
1、道路平面设计应遵循以下原则
(1)道路平面线形与地形、地质、水文、周边建筑物等结合,并符合道路的技术标准;
(2)根据道路等级合理设置交叉口、沿线建筑物出入口、交通设施等;
(3)路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时,路线要改变方向和发生转折。
2、道路平面设计方案
(1)道路等级的确定
参照《公路路线设计规范》(JTG D20-2006),确定本项目道路为四级公路。
(2)设计行车速度的确定
“设计车速”是在气候正常,交通密度小,汽车运行只受道路本身条件(几何要素、路面、附属设施等)的影响时,一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。依据《公路工程技术标准JTGB01-2003》,从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,本项目道路主路宜采用设计车速为30km/h。
(3)选线设计
根据昭君文化博览园的道路规划详图进行平面定线。
(4)平曲线要素值的确定
根据《公路工程技术标准JTGB01-2003》的规定,本项目道路平面设计标准见表1-1。
表1-1主路平面设计标准
指标名称 单位 指标值
1 公路等级 公路 四级
2 计算行车速度 km/h 30
3 圆曲线一般最小半径 m 65
4 圆曲线一般最小半径 m 25
5 缓和曲线最小长度 m 25
3、纵断面及竖曲线设计
(1)纵断面设计原则
①参照城市规划路网纵坡并适应临街建筑立面布置及沿路地面水的排除。
②道路最低点设计标高距地下水位高度大于路基中湿状态的临界高度,以保证路基处于中湿或干燥状态。
③道路纵断面设计尽量减小填挖方、节约投资、注意环境保护,同时在增加工程费用不多的前提下,采用较平顺的纵断面线形。
④纵坡宜平缓均衡,与平面线形组合协调。
(2)纵断面设计
道路全线共十一个纵坡,坡长最长为283m,最短为100m,坡度最大为9.971%、最小为1.238%。
4、横断面设计
(1)横断面设计的原则
①设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件,并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况,进行精心设计,既要坚实稳定,又要经济合理。
②路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外,还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物,采用经济有效的病害防治措施。
③还应结合路线和路面进行设计。
④沿河及受水浸水淹路段,应注意路基不被洪水淹没或冲毁。
⑥路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。
(2)道路宽度的确定
此公路的等级是乡村等外路,参照《公路工程技术标准JTGB01-2003》规定路面宽6.5m,路基宽7.5m。
(3)圆曲线加宽及其过渡
汽车行驶在曲线上,由于各轮迹半径不同,其中以后内轮轮迹半径最小,且偏向曲线内侧,故曲线内侧应增加路面宽度,以确保曲线上行车的顺适与安全。
参照《公路路线设计规范JTG D20-2006》规定,本公路圆曲线加宽值采用第1类加宽值。
加宽过渡段的设置,应采用在相应回旋线或超高、加宽过渡段全长范围内,按其长度成比例增加的方式。
(4)路拱的确定
路拱是为了利于路面横向排水,将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形。根据规范规定,水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的路拱横坡度1~2%。考虑到本道路的地形气候因素,因此取用2%的横坡度,土路肩的排水性远低于路面,所以其横坡度取用3%。
(5)超高的确定
超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力,而将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高,而在缓和曲线上则是逐渐变化的超高。因此,从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段,称作超高缓和段或超高过渡段。
根据规范规定,四级公路一般地区圆曲线部分最大超高值不大于8%。且考虑到超高横坡度与路线纵坡组合而成的坡度,即合成坡度,此公路的最大允许合成坡度不得大于10%。
(6)超高的过渡
根据《公路路线设计规范JTG D20-2006》的规定,对于无中间带公路,超高横坡度等于路拱坡度时,将外侧车到绕路中线旋转,直至超高横坡值;超高横坡度大于路拱坡度时,采用绕内测车道边缘旋转。
5、路基设计
(1)路基设计的基本原则
①路基应根据其使用要求和自然条件(包括地质、水文和材料情况等)并结合施工方法进行设计,既要有足够的强度和稳定性,又要经济合理。
②影响路基强度和稳定性的地面水和地下水,必须采取将其拦截或排出路基以外。
③修筑路基取土坑和弃土堆时,应尽量将取土坑、弃土堆平整成可耕地和减少弃土侵占耕地,防止水土流失和淤塞河道。
(2)路基宽度的确定
《公路工程技术标准JTG B01-2003》规定设计速度为30km/h时,路基宽度为7.5m,土路肩宽度取0.5m。
(3)路基高度的确定
路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。若路基高度低于按地下水位或地面积水位计算的临界高度,可视为矮路堤。使用边坡高度值作为划分高矮深浅的依据。填土高度小于1.0~1.5m,属于矮路堤;填土高度大于18m(土质)或20m(石质)的路堤属于高路堤;填土高度在1.5~1.8m范围内的为正常路堤。大于20m的路堑为深路堑。
(4)填方路基设计
①一般路基填方边坡设计
路基填方边坡坡度是根据路基填料种类,边坡高度和基底工程地质条件确定,一般路基(边坡高度小于20m)的边坡坡率是根据路基填土高度分段(自上而下):0~8m边坡坡率为1:1.5,8米处设宽2.0米平台,8~20m边坡坡率为1:1.75。
②陡坡路堤设计
陡坡路堤设计应结合地形、地质条件和边坡高度等因素进行综合考虑,当地面横坡陡于1:5时,对基底进行挖台阶处理,台阶宽度1~2m,并设2~4%向内倾斜的坡度。
(5)挖方路基设计
路堑边坡设计综合考虑岩性,构造裂隙产状与的路线关系,视岩体风化程度和开挖高度,并兼顾地貌、土石方平衡等因素确定。
(6)边坡设计
根据地貌现状和开挖深度,地下水位的情况,一般土质构造、岩石风化程度及边坡高度等因素分析确定,一般情况下采用1:0.25~1:0.5,本路段采用1:0.5的边坡。
6、路面结构设计
(1)路面结构类型选择
城市道路多采用沥青混凝土和水泥混凝土路面。水泥混凝土路面具有使用寿命长、形变小、造价比沥青路面略低的优点,但由于水泥混凝土路面属于刚性材料,面层有纵横接缝,有车辆行驶易颠簸、产生噪音、粉尘、污染环境的缺点。沥青路面有行车舒适,便于养护、耐磨性能好等优点,是水泥混凝土路面所不具备的。考虑到昭君文化博览园实际情况,设计道路路面结构采用水泥混凝土路面较为适当。
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)的相关规定,计算路面结构型式如下:
22cm厚C30水泥混凝土面层;
20cm厚 5%水泥稳定碎石基层。
结语:随着城镇化步伐的加快,很多地方地方都要修筑大量的低等级公路,还包括等外级公路。这些低等级公路在设计的时候往往遇到地形条件、拆迁等因素,某些设计参数达不到规范要求,特别是山岭重丘区,这个时候就需要参照一些适用于当山地或农村的规范综合考虑。
参考文献:
[1]《公路路线设计规范》JTG D20-2006中华人民共和国行业标准;
[2]《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2011中华人民共和国行业标准;