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关键词:公路路线;平面;纵断面;设计
前言
公路的作用就是方面人们通行的,其路线的设计也就关系到人们的人身安全,所以对于公路路线的设计要谨慎,并且全方面的思考所能涉及到的问题,下面主要介绍公路路线平面设计、纵横断面设计、平纵面线性组合设计。
1、公路路线的平面设计
关于平面线形设计问题!通常而言直线很难和自然景观进行协调,且不易与地形变化进行配合,因此直线在公路中的使用就会受到一定程度的限制,相比于直线来说,曲线则较为灵活,它的几何形态能够和地形进行良好的配合进而组构顺适以及圆滑的线形,在公路设计中被频繁使用,所以,在平面线形设计过程中关于直线以及曲线的选择要结合具体地形以及实际地物情况进行,坚持一切从实际出发,合理组合以及运用,设计前准备工作。
2、公路的纵横断面设计
2.1纵断面设计
(1)公路的纵断面是指沿着道路的中线竖着剖开以后再展开,它是对设计路线的纵向坡度和中线地面高低起伏的反映,是道路设计的重要内容。纵坡设计要综合考虑各方面的因素和要求,首先必须符合《公路工程技术标准》的相关规定;其次要综合考虑沿线自然地形、地质、水文、气候等因素;最后还要从经济角度出发,尽量考虑填挖均衡。以降低工程造价,适当考虑农业机械、民间运输工具的需要。路线的各坡段纵坡设计时,各级公路的最大纵坡值、陡坡限制坡长和最小坡长限制值一般不要轻易采用,以便为日后提高公路等级和公路的改建、补修留下设计余地。通过纵断面可以计算道路的土石方开挖量,计算工程的造价。将道路的纵断面和平面图结合在一起,就能完整的表达出道路的空间位置。
(2)在平原微丘区设计高等级公路的纵坡,必须“精打细算”,平原微丘区的高等级公路多为填方,而填方又多要借土,借土又常要占用耕地,另外,平原微丘区的纵断面与丘陵区的纵断面不同,丘陵区的纵断有填有挖,纵坡设计线位上下一下,对工程影响不大,多挖了可减少填方,多填了可减少挖方。而在平原微丘区,路基宽30m的公路,如纵坡设计线高0.1m,一公里增加的填方量约为2000-3000m3,填方借土数量增多,相应地也将增加占用耕地的数量。
平原微丘区的地质一般多为软土地带,如纵坡设计不当,有时还将增加桥梁的长度,所以,在平原微丘区设计纵坡前,应将桥、涵、通道、立交、路基设计水位、通处下挖深度等标高都标注在纵断面图上,作为纵坡设计的“控制点”,然后才开始纵坡设计,一般应反复试坡多次,使纵断面达到最佳线位,这样设计的纵坡方案可达到经济、合理的要求。
(3)小于0.3%纵坡的设计问题。为保证挖路段、设置边沟的填方路段和横向排水不畅路段的排水,为防止积水渗入路基而影响其稳定性,应采用不小于0.3%的纵坡。当纵坡小于0.3%,将造成路面排水不良,雨天行车溅水成雾,影响行车安全。同时,在路面上积水到一定厚度后,高速行车时,在车轮与路面间产生“水膜”现象,使轮胎与路面间的摩阻力大大降低,汽车移到紧急情况需急刹车,往往刹不住,甚至刹车过急,引起车辆“飘移、甩尾、侧翻“等,常酿成严重交通事故,所以,一般要求公路的纵坡要大于0.3%,但必须设计小于0.3%的纵坡时,应将路面的横坡调大,同时边沟应作单独的纵向排水设计,防止路面积水。
(4)关于竖曲线半径的选择。凹凸竖曲线半径的求得是不一样的,对于凸形竖曲线来说,主要是为了保证必要的视距;对凹形竖曲线来说,主要是保证汽车前灯照射范围满足要求以及使离心力所引起的超载限制在汽车弹簧所能承受的范围之内。依据上述条件求得的半径都是极限半径,设计中只有在极端困难时才能用,一般应选用比《公路工程技术标准》(刀01一88)中的一般最小值大的竖曲线半径。
2.2横断面设计
公路的横断面由横断面设计线和地面线组成,设计的时候应该根据车流量的大小和公路的等级来确定公路的路幅。对于路基的横断面应该根据相应的设计规范,如《公路工程技术标准》等来确定。并且应该根据当地的规划做相应的调整,做到在满通通行能力和规划要求的前提下,尽可能的减少投资,节约用地,使其设计的公路能够发挥最大的社会效益和经济效益。
3、公路平纵面线形组合问题
平面与纵面线形的协调组合对司机的视线会产生诱导,并且还能够保持视觉的连续性。保持竖曲线半径和平曲线半径大小的的均衡是线形设计的重要环节,即平曲线半径大时,竖曲线半径也要相应的大,均衡对视觉可获得美学上的满足,当平面和纵面都对司机吸引力一样时,司机的注意力就集中,汽车驾驶员和乘客对线形就会产生一种心旷神怡的感受。平曲线和竖曲线达到均衡以后,不但线形顺滑优美,而且视觉良好,行车安全舒适。平、纵曲线均衡,主要应做到以下几点:
(1)平曲线与竖曲线对应、平曲线应包竖曲线(即平包竖)能获得行驶安全及平顺优美的线形,根据透视图的分析研究,得出如下结论:平竖曲线顶点重合,为理想及满意情况;平竖曲线顶点错开1/4,为较满意情况;平竖曲线顶点错开1/2,为很差情况。配合得好的线形是竖曲线起迄点最好分别放在两个缓和曲线中间,其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上,也不要放在圆弧段之内。若做不到竖曲线与平曲线较好的配合,且两者半径都小于某限度时,宁可把平竖曲线错开相当距离,使平曲线位于直线坡段上或竖曲线位于直线上。
(2)平竖曲线半径大小要均衡。研究认为:当平曲线半径在1000m以下时,竖曲线半径宜为平曲线半径的15-20倍,此时可获得视觉与工程费用经济的平衡,平纵半径的均衡指标可参考一些规范。随着平曲线半径的增大,竖曲线半径的增大培率是逐渐扩大的。对于一般公路的视觉分析得出,平竖曲线的半径均在下表所列数值以下时,最好避免这两种线形重合,或把急弯与陡坡线形错开。
(3)要选择合宜的合成坡度。山区纵坡大的路段插入小半径曲线,合成坡度过磊,对行车安全不利,车辆易出事故。平原区,纵坡很小,平曲线变坡点附近的合成坡度过小,排水不利,妨碍高速行车,故一般不应小于0.5%,考虑行车安全,在冬季路面有积雪、结冰的地区,和自然横坡较陡峻的傍山路段,合成纵坡必须小于8%。
结束语
公路设计直接关系到公路建设的投资、施工难度、行车安全、运营成本等多方面的内容,路线的平面设计和纵横断面设计又是公路设计中的重要内容。只有多方面考虑、不断积极经验、严重遵守设计标准里面的强制性条文,才能设计出经济、合理的公路,才能促进社会主义现代化的健康发展,实现区域经济的共同协调发展。
汽车在弯道行驶的时候,会受到离心力的影响,因此在做平曲线设计的时候,应该考虑平曲线超高。即将弯道外侧的车道抬高,使内侧车道与外侧车道行车同坡度的单向坡。车辆因此能够获得一个指向内侧的横向分力,能减少横向力的作用,从而克服离心力,确保车辆在弯道上面的正常行驶和乘客的舒适度。
参考文献:
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[3]孙家驷.公路小桥涵勘测设计[M].重庆:重庆大学出版社,1990.
[4]中华人民共和国国家标准.道路交通标志和标线GB5768 1~3-2009[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.
【关键词】路基;路面;排水设计
近年来,我国高速公路建设日益加快,因为路基路面排水设计不当造成病害的工程也越来多,所以加强公路路基排水设计具有越来越重要的地位,因为这对公路的使用性能和寿命具有重要的影响。
一、路基路面排水设计的一般原则
1.路基排水设计的一般原则
①排水设计要充分的利用地形优势和自然水系,因地制宜的进行全面的规划,因势利导并且注重经济进行综合治理,一般情况下在地面和地下设置排水沟渠,沟渠线路不要太长,这样就不至于水流汇集,可以使得水流及时的疏散。
②设置各种路基排水,一定要和农田水利相配合,如果必要的时候还要增加涵管孔径,这样可以不仅防止农业用水对路基稳定性的影响,还可以让农田排灌更加有利,一般来讲,路基边沟不能用于农田灌溉的渠道,如果两者必须合并,则应加大边沟的断面,并给予加固,最后防止水流危害路基的现象发生。
③在进行设计钱必须将重要路段的地质条件和水源进行深入的调查研究,重要路段还要对排水系统进行全面的规划,桥涵的布置还要和路基排水相配合,各种排水沟渠的平面布置和竖向布置要相配合,只有做到分期修建和综合治理,如果遇到排水不畅或者遇到不良地段的,就要加强路基防护并加固路基,必要的时候要进行特殊的设计。
④进行路基排水一定要防止附近的山坡水土流失,不要轻易的对自然沟渠合并或者将水流性质改变,最好不要破坏天然水系,要布设人工沟渠的时候要尽量的选择有利的地质条件,如果遇到重点的路段,比如土质松软或者纵坡较陡的地段的排水沟渠,采取一定的防护和加固措施等是必要的。
2.路面排水设计的一般原则
①在冬季或者多雨的季节,常会有雨水或者融化的雪水降落到路面上,这就需要设置路面横坡使得水向两侧排流,最大程度的避免行车道内有积水的发生。
②一般来讲,路线是纵坡平缓的设计,就不会聚集很多的水,在路堤较低的地方,如果边坡的坡面不会收到冲刷的危害,可以采用横向漫流的方式进行路面积水的排放。
③如果遇到路堤较多而且边坡没有防护措施,很可能就会遭受到路面表面的水流冲刷的路段,或者坡面采取了一定的措施,但是还是会受到冲刷,那么就要在路面的边缘部分设置拦水带了,这样可以将路面的水汇集起来,然后统一通过泄水口或者急流槽排离路堤。关于拦水带的设置也有一定的规定,一般而言,在高速公路或者一级公路上不能有漫过右车道外边缘的现象,而在二级或者三级公路上最多不能漫过右侧车道的中心线。
二、排水系统综合设计
路基的各个组成部分,为完成各自的排水任务,需采用不同的排水设备,而要完成整个的排水任务,将全部地面水有效地拦截,汇集,引导和渲泄到路基范围之外,就必须将各种排水设备组成一个完整的综合排水系统,使各处的水均能顺畅地排出。
在布置路基路面排水系统时,要着重分析和研究水对路基不同部位的危害程度,依据轻重缓急采取不同的措施,只有将每项排水设备的位置、构造考虑成熟和周全之后,才能最大程度的排除掉水对路基的危害。在布置时使之大体符合这些要求,起到预期的作用。排水系统综合设计必须满足如下基本要求:
①路基排水,必须与农田排灌和水土保持工作结合起来考虑。如地形平坦,灌溉渠道较多的地段,路线通过时可能或多或少地破坏原有的农田灌溉系统;路线穿过梯田,可能切断位于路基下侧梯田的水渠。对此,应采取相应的措施,如增设涵管、渡槽等,以保证农田正常排灌的需要,各种排水沟渠也可同时作为灌溉渠道,两者应有机地结合。在汇水面积较大,植被稀少,易受到冲刷的坡面上,宜采用多道小断面截水沟来拦截并排除坡面水,以免水量过于集中而造成冲刷;也可结合水土保持措施,采取分散径流,降低流速,节节拦蓄的方针,使泥不下山,水不出沟,既防止了坡面的冲刷,有利于农业,又保证了路基边坡的稳定性。总之因地制宜和综合治理,是路基排水综合设计的基本要求之一。
②当遇到明显的天然沟槽,就需要依据沟槽来进行涵洞的设置,不要勉强对沟槽进行合并,如果沟槽不明显,可以稍加调节并进行疏导,因势利导,在不改变大的流向的同时配以防护加固工程,进行分流和束流。
③地面沟渠宜大体沿等高线布置。可提高截流效果,减少工程量。尽可能使沟渠垂直于流水方向,且应力求短捷,水流通畅。沟渠转弯处应以圆曲线相接,以减少水流的阻力。
④路基排水系统的布置与桥涵布置相结合。桥涵是渲泄水流的主要构造,在布置桥涵时应考虑到路基排水的需要。桥涵的位置和密度应结合截水沟、边沟或排水沟等沟渠对出水口位置的要求,桥涵的孔径大小应能满足排水量的需要。在布置路基排水系统时,同时也应结合桥涵的布置情况,确定各沟渠排引的方向及出水口的位置。
⑤收集现有资料,进行总体规划。路基排水综合设计,必须做好收集既有的工程地质和水文地质等有关资料,并通过野外调查及坑深和钻探测试,收集相关数据,做出总体规划,提出总体布置方案,逐段逐项进行细部设计计算,并进行效益分析和经济核算。对于排水系统中各沟渠排引方向及出水口位置的具体布置,可按下列步骤进行:
a.在横向和纵向排水沟渠之间的山坡上,根据面积大小和地形,确定是否需要设置支沟和各种排水沟渠,以构成排水网络。
b.在路基两侧设置边沟,排水沟等,或利用取土坑排水,保证路基经常干燥。选定桥涵的位置,并使这些沟渠同桥涵联成网。
c.地下排水系统是否设置需要综合的进行考虑和设计,如果遇到特殊的地段和路段时候更需要区别的进行对待,当然如果水流较小的时候,在进行排水设计时就可以简单一些,大小工程在横断面图和工程数量表上都要有注明,具体由施工单位掌握,如果遇到地质条件复杂或者有严重病害的路段发生时,如有需要则应单独的进行排水设计,确定各项排水设备的平面位置、方向和纵坡等。
关键词 二三级公路;路基路面;水损害;防控措施
中图分类号U41 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)33-0167-02
路基路面为公路重要组成部分,其中路基是按照道路路线位置及一定技术要求所修筑的一带状构造物,其承受着路面所传来的荷载,因此应要有足够的稳定性、强度及耐久性。
1 二三级公路路基路面稳定性与强度损害因素分析
1.1公路路基损害因素
路基强度及稳定性受多种因素影响,诸如温度、土质及水等客观因素,同时其也受路基路面设计、行车荷载作用、施工与养护方法等人为因素。而其中水是影响其稳定性与强度的重要因素,路基许多病害都由水损害所造成。若土粒被水膜包围而分散过远,土中水分过大则会使水膜越厚,造成水分不得排除,因此降低了土密度,在压实工作中若不能及时对土的含水量进行检查并对出现的问题采取及时有效的措施,则会对公路路基稳定性与强度造成严重影响。引起路基湿度发生变化的水源通常有以下几种:首先是雨水的渗入;其次是边沟水以及排水不良时产生的以毛细水形式渗入的地表积水;最后是借助毛细作用而上升到路基内部的地下水。
1.2公路路面损害因素
沥青混凝土路面作为一种路永结合料而被广泛应用于城乡公路,从高速公路到二三级公路均被普遍运用。公路路面其多为热拌沥青碎石路面,而沥青碎石属嵌挤型结构。公路路面若以粘结为辅、嵌挤为主,则会造成路面空隙率大、易透水,石料同沥青间的粘结力降低。在沥青老化后路面的结构则易疏松产生水损害,致使路面剥落、裂缝、车辙、沉陷及拥包等。
2 路基抗水损害防治措施
2.1设计方面
应做好地质勘察工作,对公路所经过的水文、地形地貌等相关地质条件进行细致探查,对特殊路基段更要提供详尽设计资料,对于地表不良的路段,在设计时可考虑掺水泥、白灰或考虑换土等。在设计时按路基设计规范要求应确保路基的最小填筑高度不因地面、地下及毛细水与冻胀作用而影响其稳定性。若其填筑高度受限制致使其达不到规范要求时,可采取换填石渣、砂砾等透水性材料来设置隔离层或是修筑地下渗透沟来避免地下及地表积水浸入路基而影响路基的稳定性与强度。同时应明确路基填料的质量标准要求,通常在各级公路的工程施工图设计中,都明确给出不同填高内的路基填料最大粒径要求及最小强度值。而最为重要的是需完善路基排水设计。在县级以上的公路设计中,应遵循整体规划、因地制宜及综合考虑的原则对路基的纵横向排水进行设计,避免路基两侧长期积水,使得路基承载力下降而发生沉降变形,具体见下图。在设计中也应考虑积极采取综合防护形式,采用硬防护同植物防护相结合的形式来对地基进行切实有效地综合防护。
2.2施工方面
首先应搞好施工组织设计,对施工段先后顺序合理安排,同时明确构造物与路基间的衔接关系,优先安排高填方段施工。在施工过程中应依据现场具体情况,合理调配设备及人员。要做好施工前的各项准备,施工前认真研读设计文件,对各路段地质及挖、填情况进行详细了解。对重要地段应进行重点勘察一旦发现设计文件有误应及时上报使其得到妥善处理。其次应清除地表的不良土质,并加强地基的压实处理。在填筑路基前应疏通路基两侧的纵横向排水,以防路基受水浸泡。对填料用土也应严格选取,在确定前应对土质、标准击实及CBR值等进行试验研究分析。同时在路基填筑前还应依据设计开展施工放样,路基坡脚的放样一定要准确,保证其宽度符合设计要求。最后在路堑施工中应保证排水畅通,在进行上坡施工时,要确保坡体稳定性,避免超挖或欠挖现象的发生。此外,在路基施工中还应按照设计要求做好施工场地附近临时排水,以保证路基处于坚固、干燥与稳定的状态。在施工过程中或施工结束时,应及时采取一定措施对路基进行防护与养生。
3 路面抗水损害防治措施
对于路面首先应选用高粘度沥青材料与优质集料。通常认为酸性石料适宜在高速公路的沥青路面中直接运用,目前,其正向改性沥青方向发展利用。然后是需运用抗剥离措施。现在主要采用磨细的干燥生石灰或消石灰及水泥来作为填料一部分,也或是在沥青中掺入一定量的抗剥离剂。再然后是需减少路面离析。运用合理集料类径、适宜沥青面层压实厚度、合理沥青面层配类型,同时对混合料级配实施合理的优化设计,并运用性能较为优良的机械设备进行施工。接着需运用压实度双控指标来提高路面的压实度。路面压实度将直接影响路面现场空隙率,而其过大则会引发水损害。最后,最为主要的是需进行路面排水设计施工。通常其排水有两种形式,一为集中排水,另一个为分散排水。集中排水要求在硬路肩外侧设置水泥混凝土预制块或现浇沥青混凝土的拦水带,以其与硬路肩路面构成三角形的集水槽流水,每隔20m~50m间距设一泄水口与路堤边坡急流槽衔接将雨水排到坡脚排水沟中。而分散排水则要求路线的纵坡小于长路段的0.3%,除加固路基边坡及硬化路肩外,还应防止边坡上部植草生长而挡住横向的排水出路继而造成路表积水,对其进行改良可将路肩硬化并设置路肩排水沟,增大沟坡排水。
参考文献
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关键词:公路;路基设计;路面设计;排水设计
中图分类号:U213.1 文献标识码:A 文章编号:
一、工程概况
某公路建设项目,采用双向四车道,建设标准为一级公路,设计速度采用80km/h,路基宽度采用21.5m,其中硬化土路肩0.4m、路缘石0.1m,硬路肩2.0m、行车道2×3.75m、中间带宽1.5m,其中左侧路缘带0.5m,中央分隔带宽0.5m,采用混凝土护栏。通过针对该公路的路基、路面及其排水设计进行深入探讨。
二、公路路基设计
(1)路基的设计原则。对于公路路基设计原则应当根据沿线地形、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,设计完善的排水设施和防护工程,采取经济有效的病害防治措施。
(2)路基标准横断面。通过结合《公路工程技术标准》的规定,本项目采用双向四车道一级公路标准,设计速度为80km/h,路基宽度为21.5m,行车道宽4×3.75m。路基中心设0.5m分隔带,分隔带两侧为0.5m路缘带,分隔带采用混凝土护栏。其中土路肩横坡为3.0%。
(3)路基设计标高。道路高程设计线为道路中线。本项目的公路用地范围,由于项目地处城镇密集区,土地资源较为紧张,公路用地范围采用路堤两侧边沟外边缘外侧1.0m以内为公路用地范围,埋设公路界碑。路基高度的设计,使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度,同时要考虑地下水、毛细水和冰冻的作用,不致影响路基的强度和稳定性。同时路基高度还受到旧路高程、路线交叉、桥涵等构造物高度要求的限制。除满足以上要求外,路基高度还应该尽可能满足路基压实度要求的最小高度的要求。本项目路基的设计压实度及填料的最小强度(CBR)值要求如表1所示。
表1 公路路基压实度及其填料设计要求
(4)路基各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值。路面设计采用标准轴载为双轮组单轴100kN(BZZ-100),设计年限内一个车道上累计当量轴次269.6万次。设计基准期:沥青混凝土路面为15年。路基各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值采取上面层弯沉值≤30.3mm;下面层弯沉值≤33.1mm;基层弯沉值≤41.5mm;底基层弯沉值≤95.6mm;土基弯沉值≤291.1mm。
三、路基防护设计
本设计一般路段采用亚粘土、亚砂土填筑路堤,内边坡坡率采用1:1.5;外边坡率采用1:1。同时根据本公路所处的地质资料,沿线土质大部分为低液限粘土和低液限粉土,路基边坡容易受到雨水的冲蚀。一般路基采用植灌木和乔木进行绿化;当路基高度大于3.0m时,采用浆砌片石网格防护。
四、节约用地的措施
本公路项目所经过的地段位于平原区,公路沿线地形平坦,没有突起的土坎可作为取土场地。全线路基大部分为填方,对土源的需求量较大。根据外业调查结果,结合地方实际情况,初步提出以下两个方案:一是沿线两侧挖沟渠、鱼塘集中取土;结合地方经济发展和水利工程建设,同地方政府签订协议,开挖鱼塘和沟渠,尽量深挖窄取。此方案占地少,是较理想的取土方案。取土场也可和高速公路主线取土场相结合。二是在取土场取土。在路线两侧选择一些高地或非耕地或经济效益较低的土地作为取土场,取土时先将表层30cm种植土推至旁边堆放,取完后将表土推回,平整后复耕,取土深度控制在1.5m以内。
五、公路路面设计
根据交通量、道路等级对路面的使用要求,结合沿线气候、水文、地质及当地筑路材料的分布、施工经验等情况,本着因地制宜、就地取材、方便施工、利于养护的原则,进行路面综合设计。对本公路路面结构组合及厚度计算,根据本路交通量、路基设计、筑路
材料等具体情况,结合省内外高等级公路建设的成功经验,按当量轴次计算得到的路面结构见表2所示。
表2路面设计汇总
(1)路面面层结构组合及面层级配类型选定。根据要求,路面上面层选用AC-13C型细粒式沥青混凝土,采用SBS(Ⅰ-C)型成品改性沥青,上面层粗集料选用高强抗滑石料安山岩,细集料均采用石灰岩机制砂,以改善混合料使用性能。下面层选用AC-20C型中粒式沥青混凝土,采用70号A级石油沥青,下面层石料选用石灰岩。两层油面间设SBR改性乳化沥青粘层,下层油面底面设SBR乳化沥青下封层。下封层下设透层,透层采用具有良好渗透性能的中凝液体石油沥青AL(M)-1。
(2)基层选定。根据本路材料供应的特点,基层结构类型主要为二灰碎石,二灰碎石的早期强度低,施工拌和碾压成型时间一般不受控制,基层选用与旧路结构层结合紧密的二灰碎石。
(3)底基层选定。路面底基层选定的原则是在满足技术指标要求的前提下就砾料缺乏,因此,在本路段设计中底基层采用稳定土类。由于本路段土质主要为低液限粘土和低液限粉土,底基层类型选用石灰土。
(4)本路段内路面结构厚度按照当量轴次进行计算,相差较少,因此分段采用不同路面厚度的意义不大。整个路段采用同一路面结构,如表3所示。
(5)其他部位路面结构。二级公路或城市道路加铺转角部分:3cmAC-13C细粒式沥青混凝土,8cmAC-20C中粒式沥青混凝土,18cm二灰碎石,15cm12%石灰土。其他等级公路或乡村道路加铺转角部分:上面层3cmAC-13C细粒式沥青混凝土,基层为15cm12%石灰土。
六、路基路面排水设计
路基排水应全面规划,合理布局,少占农田,并结合当地的水文地质、气象条件,与排灌系统相协调,重视环境保护,防止水土流失和水源污染。由于路线所处平原区地形自然坡度比较小,结合沿线自然河流沟渠,能排沟排水不畅的地段采用设置蒸发池等措施。路面排水设计应根据该地区降水量、地形、地质等因素,结合路基排水设计,合理布置路面排水设施,确保排水畅通和路基、路面稳定和行车安全。
路面表面排水,综合考虑建设期及运营期内路面水对路基边坡的冲刷影响,全路段采用集中排水方案(泄水槽)。一般路段设置泄水槽,为排除路面积水而设,一般每40m设一处,采用现浇混凝土。在全线桥梁两侧沿路线方向5~10m范围设置急流槽,防止桥头两侧路面水冲刷桥台构造物。本项目起点临近冀州市区,两侧建筑密集,过村镇路段采用石砌边沟街道化治理。
关键词:高速公路;路基;路面;排水设计
中图分类号:U41文献标识码:A
近几年来,随着我国经济建设的快速发展,道路建设中高速公路的比例越来越高。为了确保道路能满足车辆运行的要求,降低运输的成本,提高运营的安全性及舒适性,延长道路的使用年限,这就需要路基、路面有更高的承载力、耐久稳定性、表面防滑性和平整度性,良好的路面设计对公路排水性能和使用寿命起着非常重要的作用。
危害公路的主要自然因素是水,也是造成高速公路路面损坏的主要原因。从已经建成高速公路的经验及教训看,沥青路面的各种疾病,比如剥落、龟裂、坑槽,松散、错台、断裂等与雨水密切相关。由于水的作用加剧了路面结构的破坏,降低了公路的使用寿命。因此,如何避免地下水和地表水进入到路面结构,并有效地让水及时排出路面结构,已经成为沥青混凝土路面公路结构设计过程中的重点。
1 高速公路路基路面排水设计的内容与原则
1.1 高速公路路基路面排水设计的内容
高速公路排水设计对路基稳定性和路面的使用寿命有非常显著的影响,一般包括以下两个方面:第一,要考虑减少农田排灌水和地下水对路基稳定性及公路强度的影响,这种方法俗称路基排水;第二,要考虑将路表面的水迅速排出路基外,最大限度地减少雨水对路面和路基的影响,减少因为路表面排水不畅及路表水渗入路基后,对路面造成破坏,对使用性能造成损害,这种排水称为第二类排水。
第一类排水设计采取的办法有:在路基底部设置隔水垫层,提高路基最小填土高度等。第二类排水设计采取的办法有:通过路面横坡,边沟,边沟急流槽,将路面的水迅速排出路基以外;在中央分隔带设置纵向碎石盲沟、横向排水管将水引走;设计泄水孔,以迅速排除桥面水;使用沥青封层、排水管、土路肩纵横向碎石盲沟等,将水引走。
1.2 高速公路路基路面排水设计的原则
1.1 首先,排水设施应结合当地的条件,合理布局,并充分利用有利的地形及自然水系,做到水流不过于集中排放,能就近分流,及时得到疏散。
1.2 设计前进行调查研究,查明水源与地质条件,对于重点路段,要进行排水系统的整体规划,路基排水要与桥涵布置相配合,地下排水应与地面排水相配合,各种排水沟渠的平面布置与竖向布置也要配合好。
1.3 路基排水应防止附近山坡的水土流失,做到尽量不破坏天然的水系,不轻易合并自然沟溪及改变水流的性质,人工沟渠布设时尽量选择有利地质的条件,减少排水沟渠的防护及加固工程量。
1.4 为减少水对路面的破坏,要尽量控制水进入路面结构,提供良好的排水措施,迅速排除路面结构内的水,也可建筑有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。
1.5 排水系统要自成体系,并与当地的农田水利相配合,不影响灌溉沟渠。在避免冲毁农田或危害其他水利设施的同时,更要注意防范农业用水时对路基的影响。两者合并使用时,边沟的断面应尽量加大,并加以加固。
1.6 在满足排水主功能前提下,路基排水应节约用地,结合当地水文条件和道路等级等,选择合适的排水设施,并与周围自然景观协调一致,营造道路与自然环境的和谐,提高经济效益。
2.1 高速公路路基排水设计的措施
2.1 路基地下
路基地下排水的主要设施有:渗沟、渗井、盲沟、仰斜式排水孔等,由于地下水排水量不大,是以渗流方式汇集成水流,在设计时,对流量较大的地下水可设置涵洞、暗沟;对流量较小的地下水,可纵向设置渗沟、横向设置盲沟;对挖方段边坡上地下水,可设置仰斜式排水孔排水。
2.2 边坡
数值分析表明,当开挖和填筑高度较大,且边坡为土质时,雨水对边坡冲刷比较大,在这种情况下,如无好的坡面排水措施,会引起边坡坍塌滑移。所以,对交通繁忙或重载交通量较大的路基,除严格执行相关标准进行填料、填筑压实和设置路堤边坡坡度外,还要采取相应措施防止边坡浅部变形。这关系到车辆的运行安全问题,必须引起高速重视,采取有效措施,以确保边坡的长期稳定。
2.3 边沟
在高速公路排水设计时,边沟设计中占非常大的比重,设计人员都非常重视,其设计的原则是:平坦路段的路堤以填筑式边沟为主,这样可减少路基边沟积水现象。路堤边沟的纵坡采用浆砌片石修筑,边沟纵坡应不小于0.12%。具体设计时结合当地的降雨情况,本着既解决路基排水又经济的原则,排水边沟沟底纵坡一般情况下不小于0.3%,一般结合沿线自然地形确定排水的方向。如果路堤边沟需排入排涵,则沟底标高不能低于涵洞进口标高;对排入灌涵的边沟,沟底标高不低于涵顶的标高;对灌排两用的涵洞,应该按灌涵要求设置,在某些特殊情况下,可适当降低。为了防止冲刷涵洞,宜采用急流槽连接边沟和涵洞洞口。
2.4 截水沟
截水沟,亦称天沟。当路堤边坡上方或路堑流入路基的地表径流量比较大时,应设置拦截地表径流的截水沟。在设计前,设计人员应进行实地调查,了解地形、水文、地质、植被等情况,找出设置截水沟的适宜位置,并对排水出口的引伸范围做出合理的布局。一般截水沟设在路堑坡顶5米或者路堤坡脚2米以外。截水沟的截面一般为梯形,大小视汇水流量来确定。截水沟的长度以200米到500米为宜。超过500米时,要在其适当位置增设泄水口,并采用急流槽、跌水井等排水构造物进行引排。路基范围内的地下水排除,可设盲沟、渗井等方法。要注意地表水不能引入地下水的处理设施中,而地下水可引入地表水的处理设施中。
2.5 排水沟
在整个公路综合排水系统中,排水沟具有重要的作用,它连接各种排水设施,将水引排到附近的水道或桥涵中,从而形成完整的排水系统。排水沟一般采用梯形横断面,尺寸根据设计的流量确定,其位置可根据需要或结合当地地形条件来确定。排水沟的长度不应超过500米,与各种水沟的连接应该顺畅。排水沟不仅负责排泄地表水径流,还有排除部分构造物中积水的作用,其设置合理与否决定着整个排水系统是否能够正常的发挥作用。
2.6 跌水与急流槽
某些高速公路要经过重丘及山岭地区,这些地方地形险峻,山高坡陡,排水沟渠的纵坡比较陡,为了接引水流,降低水的流速,消减能量,防止对路基与桥涵结构物造成危害,经常采用跌水和急流槽。跌水和急流槽既可以单独采用,也可以与其他排水构造物联合采用,形成一个完整的排水系统。
2.7 填方基底
填方基底地下水发育时,一般可在路堤底部填渗水材料,或者设置排泄地下水的砂石垫层,当路堤使用非渗水土填料时,可在路基填方基底部设置防止毛细水上升的隔水层,比如两布一膜复合土工膜。当使用非良质填料,如湿陷性黄土、盐渍岩土、膨胀性岩土等填筑路堤时,为防止毛细水上升影响路堤下部土体的强度及稳定性,必须在路堤的底部设置阻止毛细水上升的结构或构造,如三维复合防排水板。
3 高速公路路面排水设计的措施
3.1 中央分隔带排水
高速公路中央分隔带排水设计主要目的是排除中央分隔带内积水,其排水长度应为两个人手孔之间的间距,一般路段最大间距为180米。首先,设计底坡不低于0.3%的纵向梯形或者矩形盲沟,汇集了分隔带的降雨或渗水;其次,设计间距30到50米横向排水管,将盲沟中的水排出;再次,加设沥青防渗层和土工布衬垫,以防止水渗入路基两侧。设计过程中,设置凸形中央分隔带的公路的路基路面排水时,必须考虑中央分隔带的排水,即使大部分降水通过凸形中央分隔带可自动排到路面上,仍有小部分水会渗入到分隔带的回填土中,并进一步渗透到路基及路面结构层,影响他们的稳定性及强度。所以,凸形中央分隔带回填土的下面,应该设置排水暗沟或碎石盲沟。分隔带两侧每隔100米应交错设置直径20到60厘米的横向硬塑排水管,管底纵坡不小于1%。
3.2 超高段分隔带排水
超高部分道路排水设计的重点是偏高侧路面的水拦截问题,目前超高部分道路排水主要有四种方式:第一,中央分隔带预留排水孔;第二,在中央分隔带设置断口,第三,中央分隔带内设置排水沟;第四,中央分隔带设置成浅碟式。由于这种情况的绿化工程的要求相对较高,所以应将浅碟式排水槽优化成矩形排水槽,并将槽移到超高外侧分隔带的边缘,以便收集路表水,集水井也要移到排水槽的同侧,为绿化留出空间。
3.3路面结构排水
路面排水,包括集中排水及分散排水两种形式。集中排水是在路肩外侧边缘部分设置沥青拦水埂,或预制混凝土拦水带,设置有一定间距的泄水口和边坡急流槽,将水集中排至路基两侧的排水沟。分散排水是通过加固土路肩,采取漫流的方式排除路面水(如造价允许,此种方式不建议使用)。总之,路面排水应减少反射裂缝对混凝土表面的影响,要在公路基层下设置与中央分隔带排水设施相连的砂砾垫层,将渗入的水汇集到中央分隔带排水盲沟或暗沟,排到路基以外的地方。
3.4路面渗水的排水
沿路面边缘设置由横向出水管、透水性填料集水沟和过滤织物(土工布)组成的路面边缘排水系统。通过设置土路肩纵横向碎石盲沟、沥青封层和排水管,将渗入到路面面层的水引到路基之外。因为通过沥青面层下渗的水量有限,所以设计中采用每10米左右设置一道直径5厘米横向排水管的方法以确保路面下渗水的排除。
3.5路基路面综合排水设计
综合排水设计主要包括以下内容:地下排水与地面排水设施的协调配合,路基排水设施与路面排水设施及与桥涵等泄水结构物的合理布置,一般应结合路线的纵断面设计、平面设计和沿线地质、地形、水文条件进行。
结束语
总之,高速公路的路基路面设计中,水是影响公路质量一个重要因素。实践证明,如果我们设计工作未做好,就会导致路基及路面出现病害,给后来的维修及养护工作带来沉重的负担,也给国家带来很大的经济损失。所以,在高速公路设计过程中,我们一定要结合沿线的自然条件及实际情况,选择合适的排水方式,把公路排水系统变为一个有机的整体,以实现经济、合理、高效、美观的目的。
参考文献
[1]刘义富,梁小龙.高速公路路基路面排水设计浅析[J].公路交通科技,2010.12.