中央分隔带地下排水设计

中央分隔带地下排水设计 摘要: 为了消除地下水对路基路面结构性能的不利影响，本文阐述了公路地下排水设计，布设地下排水系统，根据中央分隔带降水入渗规律介绍了地下排水设计的指标和流程；结合地下排水设施布设方案介绍了中央分隔带的防渗措施。关键词：中央分隔带 地下排水设计 防渗随着公路等级越来越高，路线穿越低洼平坦地带以及复杂地形条件下的高填深挖已不可避免。而低洼平坦地带和挖方路段的水文地质条件通常比较复杂，丰富的地下水及其频繁活动对公路设施造成了极大的危害。另一方面，高速公路、一级公路在我国公路总里程中所占的比重也越来越大。考虑到行车安全、道路美学、环境保护和长期规划等因素，高速公路、一级公路一般都设有中央分隔带。对于表面绿化的中央分隔带（3m），如果降落在分隔带内的雨水不能快速排出，则会向两侧迁移，影响路基路面的结构性能。因此，为了消除地下水对路基路面结构性能的不利影响，必须进行公路地下排水设计，布设地下排水系统。根据排水设施布设的位置及其具体目标的不同，公路地下排水系统可以分为3个子系统：路基地下排水系统、边坡地下排水系统和中央分隔带地下排水系统，这3个系统即自成体系又相互协调，可以最大限度地发挥地下排水设施的功效。本文主要介绍中央分隔带地下排水设计。根据铺面特征，中央分隔带可以分为2类：封闭式和非封闭式。对于宽度超过3m的非封闭式中央分隔带，为了控制入渗水对路基路面结构性能的影响，通常需进行地下排水设计。本文根据中央分隔带降水入渗规律介绍了地下排水设计的指标和流程；结合地下排水设施布设方案介绍了中央分隔带的防渗措施。1 、中央分隔带降水入渗规律分析中央分隔带内的回填土表面与空气直接接触，地表以下则无地下水补给来源，在蒸发、根系吸收、排水设施排水等因素的作用下，在下一次降水发生之前通常处于非饱和状态。因此，中央分隔带内的降水入渗属于非饱和渗流。中央分隔带降水入渗影响因素有： 土壤类型渗透系数大的土壤下渗速率较大，产流历时较长，产流时下渗深度和累计下渗量均较大；渗透系数小的土壤，则相反。 土壤初始含水量土壤初始含水量较小，则下渗速率较大，产流历时较长，产流时下渗深度和累计下渗量均较大；土壤初始含水量较大时，则相反。 降雨强度降雨强度较大，则产流历时较短，产流时下渗深度和累计下渗量均较小；降雨强度较小，则相反。2、 中央分隔带地下排水设计指标和流程降水发生后，随着入渗深度的逐渐增大，入渗能力却逐渐减小，当入渗时间大于产流时刻时，中央分隔带地表开始集水。随着集水深度的增大并最终超过分隔带两侧的路缘石，中央分隔带内的降水开始漫流进入两侧路幅，增大了路面地表排水设施的负担。另一方面，进入中央分隔带内的入渗水开始向两侧迁移进入路基路面结构层，影响其结构性能。针对降水的入渗迁移规律，中央分隔带地下排水设计应采用以下2个指标： 产流量：用于估算进入两侧路幅的地表径流量，以适当增大相应地表排水设施的泄水能力。对于给定宽度的中央分隔带而言，产流量主要取决于3个因素：降雨强度、回填土类型和渗沟排水能力。 排水渗沟的排水时间：用于控制中央分隔带内重力作用下的自由水存在的时间，以减小入渗水向两侧路基路面结构层的迁移量。对于给定宽度的中央分隔带而言，排水渗沟的排水时间主要取决于回填土类型和渗沟排水能力。根据降水的入渗规律和地下排水设计指标，无封闭式中央分隔带地下排水设计应采用如下流程： 根据排水设计的临界条件判断是否需要进行分隔带内排水设计，如果需要，则先计算产流时刻，并以产流时刻作为降雨历时求算该地区某重现期下的降雨强度。假设中央分隔带受该降雨强度的持续作用，当入渗锋面抵达渗沟时，入渗面积急剧减小，地表产流量达到最大值，后面的设计均基于此假设。 选择排水设施的类型并进行平面布设。由于植被对回填土的深度有一定的要求，因此渗沟通常设置于中央分隔带的底部。对于实际降水过程，渗沟设于底部还可以增大中央分隔带回填土的蓄水量，减小产流量。 降水停止后，为了减小入渗水向两侧路基路面的迁移量，应尽快将回填土内的自由水排除，因此可以根据要求的排水时间确定渗沟排水能力，而排水能力取决于渗沟进水截面周长和渗沟内透水管的截面积。 由渗沟排水能力和降雨强度计算产流量。 进行渗沟反滤和分隔带防渗设计。3、 中央分隔带地下排水设计的临界条件无封闭中央分隔带通常应考虑进行地下排水设计，但当出现下述2种情况之一时，可以不进行地下排水设计： 由式求得的产流入渗深度如果大于中央分隔带内的回填土厚度，并且当地地下水位较低，土基透水性能良好时，则中央分隔带可以不设排水渗沟，让水分直接渗入土基排走，仅需对填土与结构层界面进行防渗处理。(2) 对于蒸发量较大的干旱少雨地区，即使产流入渗深度达不到上述要求，如果回填土和路基土的透水性能都比较好，那么对于分隔带宽度小于3m的情况，也可以考虑不设防排水设施。4、排水设施的类型及其布设非封闭式中央分隔带地下排水系统典型布设方案由以下5部分组成： 横向渗沟：当中央分隔带较宽（大于8m）时，为快速排出入渗水，设置横向渗沟用于汇集入渗水，并排入纵向渗沟； 纵向渗沟：汇集入渗水，并将其排入集水井； 集水井：汇集中央分隔带内的降水； 横向排水管：排出集水井内的水； 防渗层：防止中央分隔带内的入渗水向两侧迁移。中央分隔带地下排水设施中，横向排水管的设置受地形影响最大。对于填方路段，路基填土高度一般再1.5m以上，中央分隔带横向排水管的埋置基本不受影响。但是对于挖方路段，边沟底面标高可能高于横向排水管出水口标高，为了防止边沟内的水倒流进入中央分隔带内，横向排水管的埋设应进行以下处理： 因为中央分隔带内纵向排水渗沟的纵坡和边沟纵坡一般与路线纵坡一致，所以横向排水管埋设时应向纵坡下坡方向斜交，如此可以使得其出水口标高高于该处边沟沟底，交角大小视纵坡的大小而定。对于路线纵坡大于2的挖方路段，横向排水管出水口处的边沟无需特殊处理。 对于路线纵坡小于2的挖方路段，若斜交角度过大则会使得横向排水管过长，此时可以考虑局部加深出水口所在的那段边沟。(3) 对于较短的挖方路段（单向纵坡小于100m），可以将横向出水管设于填挖交界处。5、 防渗设计渗沟排水能力和回填土的透水性决定了渗入中央分隔带内的自由水不可能被迅速排除，而在排水期间，入渗水将会向两侧路基路面结构层迁移。因此，为了控制入渗水的迁移量必须在回填土与两侧路基路面结构层的界面处设置防渗层。工程上常用的防渗材料有3类：粘性土、沥青类产品和土工膜。合理设计的粘土防渗层具有良好的防渗性能，但其缺点是工程量大，工程质量不易保证。沥青类产品便于施工，造价低廉，但是存在抗拉强度低，易老化，易损坏漏水等缺点。随着高分子化学工业的发展，土工膜开始应用于工程防渗领域，并体现出诸多优点：整体性好，产品规格化；铺设简便，施工速度快；抗拉强度高，能适应较大变形；重量轻，运输方便；经过处理及加保护层后，抗老化及耐久性能较好。5.1土工膜的选择土工膜可以分为3大类：土工膜、加筋土工膜和复合土工膜。 土工膜土工膜以聚合物为原料，用吹塑法、挤塑法、辊轧法制成，吹塑膜厚度为0.20.5mm，挤塑膜厚度为0.254mm，辊轧膜厚度为0.252mm。 加筋土工膜为了提高土工膜的抗拉、抗顶破、抗撕裂的强度，在聚合物膜的内部加筋，加筋材料一般为锦纶丝布、锦纶帆布、丙纶针刺织物等。根据工程要求，可以一层、二层、三层加筋，成为一布二胶、二布三胶或三布四胶土工膜。 复合土工膜聚合物膜与针刺土工织物加热压合或用胶粘剂粘合称为复合土工膜。土工织物可以保护土工膜以防止其在运输、施工过程中被碎石等坚硬物体刺破，同时，土工织物还可以起排水层的作用，排出土工膜后面的渗透水合孔隙水。复合土工膜可以是一层膜加一层织物压合在一起，也可以是二层织物中间压合一层膜，具体采用哪种应视工程需要而定。复合土工膜的一个突出优点是即使聚合物膜发生破损，但是由于土工织物的水力阻力，仍能够限制大量漏水。土工膜选择的关键在于其能否满足工程要求，选择时应从以下3个方面进行考虑： 均匀性和防渗性能：一般来说，塑料制品尤其是热压塑料制品的质地比较均一，渗透系数也较合成橡胶小，工程中选用较多。涂塑制品的均匀性较差，选用时需慎重。橡胶制品也分为压制和涂刷两种，前者的性能要优于后者。 厚度：土工膜的厚度直接影响其工程性能。为了减小渗漏量，避免施工破损、水压击穿和不协调变形撕裂土工膜，要求土工膜具有一定的厚度。除了用耐水压力击破法来确定膜厚外，目前还没有其他确定膜厚的方法。根据水压大小计算的膜厚一般偏薄，实际使用时需取用较大的安全系数，常用的土工膜厚度一般不小于0.25mm。 抗刺破和耐水压能力：加筋和复合土工膜可以明显增大抗刺破和耐水压能力，重要工程可以优先选用。5.2土工膜防渗层结构土工膜是土工膜防渗层的主体，但是仅有土工膜还不能很好地实现其防渗功能。工程应用中，土工膜防渗层应包括：土工膜、保护层和支持层等部分。为了防止人畜破坏、冰冻损坏、紫外线辐射、风力掀动等，一般的土工膜防渗层必须在土工膜之上铺设保护层。常用的保护层材料有素土，砂砾石和预制块等，最常用的是素土。对于中央分隔带的防渗层而言，只要保证换填材料不会刺破土工膜，就无需特别设置保护层。支持层位于土工膜下方，其作用是保证土工膜受力均匀，避免因受局部集中应力的作用而损坏。对于中央分隔带的防渗层而言，由于土工膜的下方就是路基路面结构层，因此一般无需设置支持层，对于个别不平整部位可以用砂、沥青或沥青混凝土找平。土工膜埋设时最好设一个皱褶,以适应沉陷变形。