试述公路路面排水设计
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【摘要】水是危害公路使用的主要自然因素。从已建成的高速公路的使用情况来看,路面所出现的各种病害大多都与水的侵蚀有关,水已经成为高速公路路面早期损坏、使用寿命降低的主要自然因素之一。因此要最大限度地减少雨水对路面质量的影响，减少因路表水排水不畅或路表水下渗对路面结构和使用性能产生的损害。
【关键词】路面排水 设计
一、 路面表面水的危害
在我国许多地区, 由于雨季降雨量较大、持续时间较长,在高速公路上很容易形成路面表面和中央分隔带表面积水,这些表面积水如果得不到及时排出,不仅影响沥青砼路面结构的稳定性,而且造成一定的行车安全隐患. 路面表面水的危害具体分析如下:
1. 路面表面积水若不迅速及时排出, 在路面上很快形成水膜,行车时将产生水雾,严重影响司机驾驶视线，大大降低了路面的抗滑性能, 给司机及乘客带来较大的精神压力,严重影响车辆高速、安全、舒适行驶。
2. 沥青混合料级配设计时,如果施工时沥青混合料压实度达不到要求,将造成部分空隙率大;另一方面, 沥青砼路面容易产生基层反射裂缝和温缩、疲劳裂缝等,会导致部分路面表面水由空隙和裂缝下渗至路面结构层层间和滞留在沥青砼空隙内,形成层间自由水,使混合料内部总是被水浸泡, 水份浸入沥青与集料的界面,以水膜或水气的形式存在,影响沥青与集料的粘附性,在交通荷载和温度胀缩的反复作用下,产生水动力,使沥青与集料开始剥离,渐渐地集料开始松散、掉粒、导致沥青混合料不再成为一个整体, 集料在荷载作用下对基层表面产生撞击, 基层的粉质部分以及土质部分变成为稀浆, 通过路面的缝隙向上挤出,沥青路面便出现唧浆、面层出现局部网裂, 最后形成坑槽。
3. 因降雨、绿化浇灌使中央分隔带内多余的表面积水不能迅速及时地排出, 一方面将在中央分隔带表面形成漫流,容易造成路面表面积水。另一方面,部分表面水通过中央分隔带内填土进行下渗,下渗水一部分向两侧渗入路面结构层内, 另一部分渗入路基. 路面基层和路基在渗水的长期浸泡下,从湿润到软化,从局部到成片, 久而久之, 在车辆荷载的反复作用下, 导致路基沉陷, 路面基层失去支撑作用,直接影响路基、路面的稳定性.因此,路面表面水的及时排出,对减少沥青砼路面的早期破坏,增强路基、路面的稳定性, 延长路面的使用寿命都将起到十分重要的作用.
二、 设计思路
1. 进行公路排水设计的目的是将影响路面强度稳定性的地下水及地面水及时排出公路范围,提高路面的使用寿命,确保高速公路行车的舒适性,减少养护工作量及费用。
2. 路面结构的排水设计是一个复杂的系统工程,设计系统地从路表排水设计、沥青混凝土路面结构的选型及抗渗性设计和路面结构内部防排水系统设计等方面综合考虑,目的是形成一个完善的综合排水系统。
3. 根据现场调查分析,原公路的路表排水较完善,但路面结构内部排水不畅,中央分隔带没有排水设施,超高路段采用漫流方式,同时由于路面接缝填缝料的剥落,致使雨水从中央分隔带和接缝处下渗到路基无法排出,基层的抗冲刷能力不足,致使原水泥混凝土路面出现大量唧泥、脱空、断板等破损。
4. 针对以上情况,设计采用“封排结合”的原则,采用密级配沥青混合料与防水层防止路表水下渗,并设置路面内部排水系统排除路面内部自由水来达到排水的目的。封是指通过沥青混凝土路面结构类型的选择,提高沥青路面的抗渗性,使沥青混凝土结构层的透水性降至最低;排是指通过路表排水设计迅速将路表水排出范围。
三、 路面排水
1. 中央分隔带排水
公路中央分隔带表面没有采用防水封层，而是采用回填种植土填平绿化，这样，雨水将不可避免地沿回填土下渗，若这些水份没有通道排除。必然下渗或侧渗到路面、路基结构层，造成路面强度降低，因此，必须设置中央分隔带内渗水的排出系统。
2. 路面内部排水
降落在水泥混凝土路面表面的水，会通过路面接缝或裂缝等病害处或者面层孔隙下渗到路面结构内部。此外，道路两侧有滞水时，水分也有可能侧向渗人路面结构内部。进入路面结构内的自由水。可通过向路基下部渗流而逐渐排走。渗流的速度随路基土的渗透性和地下水位的高度而异，可利用达西渗流定律，对不同渗透性的路基土的排水时间进行分析。
3. 超高段路面表面排水
路面汇水都是在路面表面从中间向两侧排出. 而对于超高路段,由于高速公路不允许上侧半幅路面的表面水横向漫流过下侧半幅路面,因此上侧半幅路面的表面水将汇积在中央分隔带,积水量大时, 水面会漫过路缘石和中央分隔带,侵入下侧半幅路面,从而影响到行车的通畅和安全。排水方案一般采用集中排出和分散集中排出两种方式.
1) 集中排出方式是在上侧路缘带内每隔一定距离设置格栅式泄水口,泄水口处设置集水井,集水井之间采用纵向暗管连接, 另每隔一定距离设置检查井兼暗管的出水口,在检查井处设横向排水管将汇水排出。
2) 分散集中排出方式是在上侧路缘带内设置纵向缝隙管或碟形浅沟,上侧半幅路面的表面水漫流至纵向缝隙管或碟形浅沟内，每隔一定距离设置集水井和横向排水管将路面水排出。
四、 沥青混凝土路面结构的选型及抗渗性设计
1. 上面层
随着交通量的不断增长,特别是重交通和超重交通的日益增长,对路面材料性能提出更高要求,因此设计上面层采用改性沥青具有很好的抗滑阻力,结构嵌挤密实,抗车辙变形能力强、疲劳耐久性好、透水性小、水稳性好、抗裂性能强的改性沥青混凝土材料。
2. 下面层
采用密实嵌挤型改性沥青混凝土作为本次旧路改造工程路面结构设计的下面层。它具有良好的高温弹性及很强的低温延展性、粘结性、水稳定性及防渗性,能有效防止表层水的渗透。
3. 下封层与粘结层
下封层的作用是防止进入沥青混凝土路面的水下渗侵入到基层中。聚脂长丝单面烧毛土工布在浸渍沥青后可以有效地防止地表水侵入基层,遏制了水损害。而且还可以有效地防止基层反射裂缝,延长路面使用寿命。另外,由于上、下面层为两种不同类型的材料,其粘结面的强度比材料本身要低很多,大大影响了路面结构的整体性。
4. 集料与填料
沥青混凝土集料也是影响沥青混凝土的抗渗性能的主要原因之一。试验证明,石质坚硬、表面粗糙、耐磨、抗冲击性好,形状接近立方体,有良好的嵌挤能力的破碎集料对沥青混凝土的抗渗性能和耐久性能有很大的提高。为此本设计上面层采用优质玄武岩碎石,下面层采用石灰岩碎石,细集料采用专用的细料破碎机生产的机制砂,填料则采用石灰岩磨细的矿粉。
结论
公路路面排水系统的不完善，是影响高速公路行车安全、造成公路早期破坏的主要原因之一。作为高速公路的设计与施工，完善的路面排水系统的设计与施工是必不可少的，在设计、施工中应引起足够的重视.在设计阶段,应根据详细的水文地质资料,通过理论计算,结合工程项目的实际情况,采用经济、合理、美观、方便施工的排水方案，从而达到最好的使用效果。
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