1. 研究目的与意义
随着我国经济的迅猛发展,我国道路建设中高速公路的比例越来越高。为了延长高速公路的使用寿命,需要对高速公路路基排水系统进行设计。路基路面的病害有多种,形成病害的因素也很多,但水的作用是主要因素之一,因此路基路面的设计、施工和养护中,必须十分重视路基路面的排水工程,降低水对道路的危害。在交通量增加、车速提高和重型货车轴载增加的情况下路基路面的强度与稳定性与水的关系更加密切。
根据水源的不同,影响路基路面的水流可分为地面水和地下水两大类,与此相适应的路基排水工程,则分为地面排水和地下排水。地面水包括大气降水(雨和雪)以及海、河、湖、水渠及水库水。地面水对路基产生冲刷和渗透,冲刷可能导致路基整体稳定性受损害,形成水毁现象。渗入路基土体的水分,使土体过湿而降低路基强度。
所以我们需要把降落在路界范围内的地表水有效的汇集并迅速排除出路界,同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外,以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。并将公路地下水引排到公路的下侧方,避免公路路基和路面结构遭受地表水和地下水的浸湿、冲刷等破坏作用。2. 国内外研究现状分析
世界各国对公路排水设计都极为重视,并制定了专用的规范和指南,介绍了道路工程及有关排水结构的各种形式及其设置排水设施的依据和方法,如前联邦德国的《公路排水设施指南》(1987)、日本的《道路排水工程指南》(1987)、英国的《路边地面排水沟槽水力设计》(1989)和《地面排水沟槽出口设计》(1996)、法国的《道路排水技术指南》(2006)等,用以指导工程技术人员进行排水设施的设计与施工,日本在《日本高速公路设计要领》中将排水设计作为一项重要的设计内容加以详细介绍。
美国在20世纪60年代末和70年代初通过调查和经验总结,认识到了路面内部排水的重要性,在1973年便由联邦公路局组织制订了路面结构内部排水设计指南,以引导和推动公路部门采用路面内部排水措施。到1996年,经过20余年的使用经验和研究成果的积累,又进一步在AASHTO路面结构设计指南中,将排除渗入路面结构内水分所需的时间和一年内路面结构处于水饱和状态的时间比例作为指标,在路面设计中作为一项设计因素予以考虑。目前,在美国,路面结构内部排水系统已成为一项常用的措施,一些州的路面通用结构断面中也做了相应的规定。
而在我国的公路建设中,由于种种原因,对排水系统设计的认识有一个反复的发展过程。1992年罗旺华等从水文,水力角度出发,通过模型足尺实验,提出了以拦水带直式泄水口、格栅构成的路面集中排水设计方案,1997年同济大学在总结国内外经验的基础上主编了我国第一部公路排水设计规范《公路排水设计规范》(JTJO18一97),1998年在上海铺筑了95m长的多空隙沥青稳定碎石基层内部排水系统试验路,对路面结构排水进行了初步研究。直到《公路排水设计规范》发布后,我们才对排水系统设计有了比较统一的认识。但是,由于我国幅员辽阔,各个地区的气候、环境及工程地质条件差异很大,《规范》只能对排水设计做宏观的规定,具体应用到工程实际中,还需要根据具体情况对排水系统进行实际分析设计。由于工程人员的经验不足及对实际地质条件了解不够,又硬搬《规范》,从而造成路面结构层发生大面积早期破坏,这样的例子屡见不鲜。(限于篇幅,详细见文献综述)3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
高速公路路基排水设计主要考虑到公路使用寿命和公路稳定性两个因素,这两个因素对公路的寿命影响非常显著。在考虑公路使用寿命方面,要设计将公路路面上的雨水迅速地引导出路基外,以避免公路路面的水渗透到公路结构内部进行长期浸泡,损害了工程土体,减少了公路的使用寿命。在考虑公路稳定性方面,要尽量避免农田排水和地下水对公路的浸泡,减少其对公路造成的损害。要保证上述两个因素的积极实现,具体可以设置路面边沟、路面横坡、横向排水管、泄水孔和碎石导水沟等都可以达到有效将水导出路基外的效果。
工作计划:
4. 研究创新点
在高速公路路基排水系统设计时,有以下几点特色:
1. 各种路基排水沟渠的设置要尽量少占农田,并且与水利规划和土地使用规划等相配合进行综合规划。尽量不要利用边沟作农业灌溉用,但是不得已时,应该采取加固措施以防水流危害路基。
2. 排水设计应经济适用。排水沟渠应该选择在地形地质较好的地区范围内通过,以节约加固工程量。对于排水困难和地质不良地段应进行特殊设计。
