道路排水设计与施工

道路排水设计与施工
一、道路反滤、排水发展过程及应用现状
道路排水包括路面排水和路基排水，路面排水从下至上依次为基层、防水层、透水层。

路基排水包括设置于道路两侧与路面排水相邻的透水路沿石，以及透水路沿石下方的路边排水沟槽。

道路反滤、排水设施的作用，是迅速排除路面、地面径流和各种城市废水，防止积水，降低过高的地下水位和排除渗入路面结构层及路基的水，以保证路基稳定，延长路面使用年限，维持车辆及行人的正常交通和安全，并使道路整洁卫生。

当地下水位过高并影响路基稳定和强度，以及在寒冷地区可能引起道路冻害问题时，如路基受到限制而不可能提高，需采取相应降低地下水位的工程措施和考虑稳定的路面结构组成。

降低地下水位可用不同形式的渗沟或用大孔隙材料建排水层并设置纵横向排水盲沟。

对侧向渗透水的排除可采用侧向截流沟和抽排地下水的设施。

路基受地下水毛细浸湿影响，一般可在路基顶面下修筑隔离层。

隔离层可用粗粒材料，也有用土工编织物加反滤层，也可采用不透水层。

（一）道路排水类型
道路有公路与城市道路之分，两者对排水的做法有所不同。

公路一般较附近地面高，两侧无成片街坊或建筑，如不涉及复杂地形，主要考虑排除路面雨雪水和必要时排除或降低地下水。

城市道路基本上处在市、县、城镇之中，连通居住区、商业区、工厂、企业、机关、学校之间的交通，路面高度一般接近附近地面，大部分需按系统排除路面径流。

因此对于城市道路排水，应与城市排水规划统一考虑。

公路排水一般均用明沟。

尤其在山区和丘陵地带，地面坡度大、水流快，明沟能充分发挥排水作用。

当洪流超过设计能力而溢流时，排除积水也较迅速。

其排水设施有边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、倒虹管和渡槽等。

边沟是设在路基边缘的排水沟。

土质边沟多用梯形断面，石质边沟可用矩形断面，某些矮路堤或采用机械化施工时，可用三角形断面。

截水沟用于路基挖方边坡上方的山坡汇水面积较大时，在挖方坡口至少5m以外设置，以拦截山坡向下流的地表水，保证挖方边坡不受水流冲刷。

截水沟可根据需要设置一道或几道，分段拦截山坡地表径流。

截水沟的关键在于迅速排水，避免沟内积水，更应防止沿沟内向土层
渗水，造成边坡坍塌。

截水沟应有可靠的出水口，必要时可设排水沟、跌水或急流槽，将水引向山沟或桥涵宣泄。

排水沟是将边沟、截水沟、取土坑或路基附近的积水疏导至低洼地、天然河沟或桥涵处的设施。

地形险陡、排水沟纵坡超过7%时，为减小流速，降低能量，防止对路基的危害，宜设置跌水和急流槽。

城市道路排水具有系统性，较为复杂，可分为分流制与合流制。

城市道路排水的设计暴雨重现期及进入排水系统的径流量，均按排水工程要求及有关公式进行计算。

我国原有旧城市的道路排水基本上均属合流制，近年新建、扩建地区采用分流制的已逐渐增多。

道路排水方式有明式、暗式及混合式：明式由街沟、边沟、排水沟等组成明沟或明渠排水；暗式用暗管排水，包括街沟、雨水口、连管、干支管、各种检查井及出水口等部分；混合式是明暗结合的排水方式。

一般情况，大、中城市尤其是中心区，多采用暗式；小城镇及大、中城市近郊和郊区道路，可考虑明式。

如条件合宜，城市中在建筑密度高与交通频繁的地区用暗管，建筑物密度低与交通较稀的地区用明沟或明渠，形成混合式。

由于排水与道路关系密切，两者的改建与扩建相互均有较大影响，在考虑城市道路排水设施的形式与规模时，要结合道路与排水的近远期规划，通过方案比较，作出经济合理的恰当布局和同步实施的措施。

（二）道路反滤、排水的设计要点及存在的问题
1.道路反滤、排水的设计要点
（1）路基排水。

1）排水沟。

排水沟的形状一般设计为矩形和梯形。

矩形排水沟常用的尺寸有60cm×60cm、60cm×80cm、80cm×80cm（深×宽）。

排水沟深不超过60cm，壁厚一般为30cm，底部铺砌厚25cm，另外铺砌底部设置厚10～20cm的砂垫层；排水沟深超过60cm的，壁厚一般为40cm，底部铺砌厚25～40cm，铺砌底部设置厚10～20cm的砂垫层。

梯形排水沟的M7.5级浆砌片石厚一般为25cm，砂垫层厚15cm。

对于排水沟端部，设计和施工人员往往容易忽视，而实际上，有不少的水毁是从排水沟端部开始的。

为了防止水流进入水渠等自然河沟中冲刷排水沟端部，排水沟端部往往加设一道隔水墙，隔水墙一般低于排水沟底1～1.5m。

2）边沟。

挖方路基及填土高度低于路基设计要求的临界高度的路堤，一般采用边沟地表排水形式。

边沟可采用三角形、碟形、梯形、矩形横断面，采用何
种形式宜按公路等级、所需排水设计流量、设置位置和土质或岩质选定。

边沟一般宜通过急流槽与排水沟或自然沟渠相接。

3）截水沟。

截水沟用于挖方路段边坡，主要排泄来自坡顶上方的来水。

当自然边坡较缓时，宜采用梯形截水沟；当山体陡峭时，宜采用矩形截水沟。

截水沟的流水一般通过急流槽汇入到边沟、排水沟或自然沟渠中。

对于几级挖方边坡，每级边坡的平台均应设置平台截水沟，平台截水沟一般有两种设计，即上凸式和下挖式。

上凸式在高速公路中较为常用。

平台截水沟常通过急流槽、接水沟将水引至边沟或截水沟中。

4）急流槽。

急流槽是排泄路面水、挖方边坡流水的重要设施，属于集中排水的一种。

急流槽一般有以下几种类型：路堤急流槽、截水沟接边沟的路堑急流槽、截水沟接排水沟的急流槽、边沟接排水沟的急流槽。

路堤急流槽一般用于路面集中排水的情形。

非超高段和超高段内侧路面的水通过路缘带汇集到急流槽中，而超高段外侧路面排水先汇集到中央分隔带的集水井中，后通过横向排水管流入到超高段外侧的急流槽中。

路堤急流槽一般设置间距为30～50m。

路堤急流槽一般为矩形，尺寸为35cm×40cm（深×宽），壁厚25～30cm，底部铺砌25cm，沟壁和沟底铺砌均采用M7.5级浆砌片石，沟底一般设置厚10cm砂垫层。

为了增加急流槽的稳定性，应每隔1～2m设置一道防滑平台，平台宽不小于60cm。

为了减小水流的冲刷，沿槽身每隔1m设置一道消力槛，槛高10cm。

在纵坡较大路段，急流槽入水口宜采用不对称弧形，并设置低凹区；在纵坡小的路段，急流槽入水口宜采用对称弧形。

5）路基地下排水。

路基地下排水设施设置在地下水发育地段，如挖方地段、填挖交替路段，主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。

排水设施类型有明沟、暗沟、渗沟、渗井。

渗沟一般用于挖方路段，一般设置在边沟下方。

渗沟一般深80cm以上，具体深度应根据地下水的情况而定。

在渗沟的迎水面设置透水反滤土工布，在背水面、渗沟底部均设置隔渗土工布。

渗沟一般用砂砾材料，也可用碎石，在渗沟底部，宜设置1根10～15cm的纵向软式透水管。

（2）路面排水的设计。

路面排水设计应遵循下列原则：①降落在路面上的雨水，应通过路面横坡向两侧路肩排流，以避免行车道路面范围出现积水现象；
②路线纵坡平缓、汇水量不大、路堤不高的情况下，宜采用横向漫流的方式排水；
③路堤较高、坡面容易受水流冲刷时，宜采用集中排水的方式，即沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面水，之后通过急流槽排出路堤。

1）路肩排水。

路肩排水设施包括拦水带、急流槽和边沟。

拦水带设置在硬路肩外侧边缘，一般由沥青混凝土现场浇筑，或由水泥混凝土预制块铺砌而成。

拦水带的泄水口可设置成开口式。

纵坡较大时，泄水口宜做成不对称的喇叭口，并在硬路肩边缘的外侧设置逐渐变宽的低凹区；设置在平坡或缓坡坡段上时，泄水口可做成对称式。

2）直线段中央分隔带排水。

中央分隔带分凸形和凹形中央分隔带，凹形中央分隔带在广东高速公路极少采用，因此本书仅介绍凸形中央分隔带。

直线段路基，当中央分隔带采用铺面分面时，可不设中央分隔带地下排水系统，只需在分隔带铺面上设置倾向于外侧的横坡，横坡坡度一般为2%～4%。

降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道，流入路面表面排水系统。

当中央分隔带采用植草或灌木防护绿化时，应设置地下排水系统，并隔一定间距（一般与路堤急流槽间距一致）通过横向排水管将渗沟内的水排引出路界。

地下排水系统一般采用填石渗沟，较少采用管式渗沟。

填石渗沟周壁和沟底设置隔渗无纺土工布，渗沟上方设置反滤土工布，渗沟底部一般布置一根15cm的软式透水管。

横向排水管一般采用10cm的塑料排水管，排水管用C25混凝土包裹。

3）超高段中央分隔带。

在超高段，在中央分隔带上侧外边缘处应设置纵向排水沟，用于拦截上半幅路面的表面水，并每隔一定间距（与路堤急流槽的间距一致）设置一道集水井，然后通过横向排水管排到急流槽中。

超高段中央分隔带渗沟内的水通过10cm的横向排水管排到集水井中，再通过30cm的横向排水管排到急流槽中。

中央分隔带纵向排水沟常用的有扁平式和路栏式。

扁平式排水沟横断面一般采用碟形、三角形、U形和矩形；路栏式排水沟多用开口圆形和侧沟形。

4）路面结构内部排水系统的设计。

a）路面边缘排水系统。

路面边缘排水系统就是沿路面外侧边缘设置纵向集水沟和集水、出水管。

渗入路面结构内的水分，先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层横向流入由透水性材料组成的纵向集水沟，并汇流入沟中的带孔集水管，再由间隔一定距离设置的横向排水管排出路基之外。

b）排水垫层的排水系统。

当路基存在地下水、临时滞水或泉水时，如路基填土高度较低，为拦截这些水进入路面结构层，或迅速排除积聚在路基上层的自由水，可直接在垫层下面设置由未筛分碎石组成的排水垫层。

当路基为路堤时，水向路基坡面外侧排流；当路基为路堑或半路堑时，挖方坡脚处须设置纵向集水沟、排水管和横向排水管。

2.特殊道路反滤、排水的设计要点
（1）多年冻土地区。

多年冻土地区地表、地下排水设施设计应考虑多年冻土地区的特殊性，避免排水设施或排水不良对冻土稳定性的影响。

排水设施宜远离路基坡顶或坡脚，必要时应采取防渗、防冻及保温措施。

地表水的渗透是造成冻土融化、路基下沉的主要原因之一，因此，要求整个排水系统应当与保温护道坡脚或路堤坡脚（无保温护道）保持足够的距离。

距离的大小根据冻土的含（水）冰量确定。

高含冰量冻土地段，路基所处地形一侧较高或挖方边坡一侧的山坡汇水面积较大时，宜设置挡水埝，防止坡面水漫流。

挡水埝的顶宽不宜小于 1.0m，高度不宜小于0.8m，内侧边坡坡度宜为1∶0.5～1∶1，外侧边坡坡度宜为1∶1.5～1∶2.0。

必须采用开挖式排水设施时，宜采用宽浅的断面形式，排水沟的底宽不宜小于0.6m，边坡坡度不宜陡于1∶1，必要时可用草皮进行加固。

排水沟、截水沟、挡水捻内侧边缘至保温护道坡脚、路堤坡脚的距离应符合以下规定：①富冰冻土、饱冰冻土地段不宜小于10m；②含土冰层地段不宜小于8m；③少冰与多冰冻土地段不宜小于5m；④沼泽湿软地段不宜小于8m。

地表排水设施宜采用干砌片石或预制拼装等耐变形、耐冰冻的柔性结构。

土质排水设施纵坡过大时宜采用铺草皮等措施加固。

铺砌的排水设施底部宜设置灰土、三合土垫层或铺设复合土工膜，防止冲刷和渗漏。

对无法引排的路基坡脚积水，宜设置护坡道隔离。

护坡道的高度应高出积水最高水位不小于0.5m，宽度应不小于5m。

当地下水对路基有危害时，应根据地下水类型、水量、积水和地层情况，设置渗沟或冻结沟、积冰坑、挡冰堤、挡冰墙等设施排除地下水。

当采用渗沟时，渗沟、检查井和出水口均应采取保温措施。

出水口的位置宜选在地形开阔、高差较大、纵坡较陡、向阳、避风处。

当取土坑内部积水可能危及路基稳定时，取土坑内侧边缘至保温护道坡脚、重顶或路堤坡脚的距离不宜小于10m。

（2）膨胀土地区。

膨胀土地区应按防止地表水、地下水渗入膨胀土体，避免土体膨胀导致路基破坏的原则进行排水设计。

路床宜采用路面底层封闭隔水、路床换填不透水材料、铺设防水土工合成材料和渗沟排水等措施，防止路面表面水下渗。

挖方路段路床换填深度应根据地下水发育情况确定，宜为0.8～1.5m。

路肩边沟宜较一般地区适当加宽、加深，边沟外应设边沟平台。

截水沟与路肩坡顶之间应采取铺设防水土工合成材料等封闭、防渗措施。

路肩边坡宜设置支撑渗沟或柔性支护结构；路肩坡顶截水沟下宜设置渗沟截排浅层地下水；坡顶、渗沟底以及渗沟靠边坡一侧应设置隔水层。

地下水位较高的路段，宜在边沟下或坡脚挡土墙墙踵处设置渗沟。

地表排水设施宜采用预制拼装结构，并做好接缝防渗隔水。

防渗可采用防水土工布（膜）等。

当采用浆砌片石结构时，应做好基底隔水设计。

（3）黄土地区。

黄土地区应按防止地表水下渗、避免路基湿陷破坏的原则进行排水设计。

黄土地区排水设施的设计应符合以下规定：
1）排水沟渠的长度不宜超过300m，三角形和碟形边沟不宜超过150m，沟底纵坡坡度不宜小于0.5%，不应小于0.3%。

出口部位宜设置消能设施并使水流散开流走，避免在出口形成冲刷或积水，防止湿陷破坏。

2）排水沟渠应采用现浇混凝土、浆砌混凝土预制块或浆砌片石，底部应采用塑料薄膜或复合土工膜防渗，基底应采用夯实、掺灰夯实等方法进行加固处治。

3）涵洞、急流槽、排水沟等出口应设置消力池（坎）、散流、跌坎、加糙、挑流等消能设施。

当填方高度小于2m时，应对基底进行石灰土改良、铺设防渗土工布等防渗处理。

当填土地基地下水、泉水丰富时，应设置透水层。

透水层可沿填土高度每3m设置一段，且每层应设置6%左右的横向坡度，并配置坡脚排水系统。

4）填方路基的路面表面水宜采用设置拦水带、急流槽集中排放的方式排除。

5）湿陷性黄土路段，集中取土坑的边缘距离路基坡脚应不小于25m，并应采取重锤夯实、浆砌或铺筑土工合成材料等方法进行防渗处理。

6）对危害路基安全的黄土陷穴，应根据陷穴埋藏深度及大小采用开挖回填夯实及灌浆等方法处理，对可能进入陷穴的水流应采取设置截水沟、排水沟、渗沟和盲沟等措施拦截和引排。

对危及路基安全的黄土冲沟，应对其采用沟头植树、铺砌等防护措施。

7）当路线附近灌溉可能造成黄土地基湿陷，影响路基安全时，可对路堤两侧坡脚外5～10m进行表层加固防渗处理或设侧向防渗墙。

（4）盐渍土地区。

1）盐渍土地区应按切断盐分迁移路线、保证路基稳定的原则进行排水设计。

2）下路堤采用盐渍土填筑的路段，路面水应采用设置拦水带、急流槽集中排放的方式排除。

3）中、强盐渍土路段，路基受到地面水或地下水影响时，填方路基应设置隔断层，挖方路基应根据水文地质条件适当超挖并回填水稳定性好的填料或设置隔断层。

隔断层设计应符合以下规定：①隔断层可采用透水性材料，也可采用沥青、土工膜等不透水的材料。

②当采用透水性材料修筑时，其厚度不宜小于300mm，并应在隔断层顶面及底面各铺设一层反滤层。

③填方路段。

高速公路、一级公路的隔断层应设置在路床之下；二级及二级以下公路，路堤隔断层应位于路面结构以下。

挖方路段隔断层应在路面结构以下至少0.3m。

隔断层底面应高出地表长期积水位或边沟设计水位0.2m以上。

隔断层的顶面埋深应大于当地最大冻深。

④地面排水困难、地下水位高或路侧有排、灌沟渠的路段，应在路基一侧或两侧设排碱沟，降低地下水位或截阻农业排灌渗漏水。

排碱沟距路基坡脚应不小于2m，沟底应低于地表不小于1m，沟底宽不宜小于0.6m，纵坡不宜小于0.2%。

无排水条件的路段，当地下水位较高时，宜设置反压护道隔水。

⑤荒漠盐滩、耕地稀少的路段，可采用反压护道隔水或设置蒸发池。

反压护道顶面应高出长期积水位0.5m以上；蒸发池边缘距路基坡脚宜大于10m。

当蒸发池水渗流对路基有影响时，池底与四壁宜作防渗处理。

⑥路侧设置取土坑时，取土坑底部应高出地下水位不小于1m，坑底横坡宜外倾2%～3%，坑边缘距路基坡脚应不小于5m。

⑦通
过盐湖地段的低路堤可不设边沟。

当盐湖地表下有饱和卤水时，宜设置排水沟和护坡道，护坡道宽度应大于2m，排水沟可与取土坑、蒸发池联合设置。

二、道路反滤、排水设施
（一）盲沟类反滤、排水设施
盲沟类反滤、排水设施主要应用在公路排水中。

反滤、排水设施主要有盲沟、渗沟和渗井等，分述如下：
（1）盲沟。

盲沟作用是拦截或降低地下水，其构造如下：
矩形断面，沟内下部填石，粒径为3～5cm。

在其上部和两侧，分层填入较细粒料，每层厚约10cm，逐层粒径大约按6倍递减。

顶面与底面设0.3m的隔水层；纵坡1%～2%，长度以50m为限，出水口高于地表排水常水位0.2m。

寒冷地区应作防冻保温处理或将其设在冰冻深度以下。

（2）渗沟。

渗沟作用是降低地下水位、拦截地下水，比盲沟尺寸可以更大，埋置更深。

其结构型式有盲沟式、洞式、管式（排水层、反滤层、封闭层），详见图19.2-1。

（3）渗井。

渗井作用是向地下穿过不透水层，将上层含水引入下层渗水层，扩散地下水。

其结构为圆形或正方形，直径或边长为1.0～1.5m，内填砂石材料，中间粗，逐层向外粒径减小，深度以深入下面渗水层能够向下渗水为限。

渗井典型结构见图19.2-2。

图19.2-1 渗沟典型结构图
1—黏土夯实；2—双层反铺草皮；3—粗砂；4—石屑；5—碎石；6—浆砌片石沟
洞；7—预制混凝土
（二）管道类排水材料
城市道路中管道类排水材料属土工合成材料主要有HDPE双壁波纹管。

HDPE双壁波纹管，简称PE波纹管（图19.2-3），20世纪80年代初在德国首先研制成功。

经过十多年的发展和完善，已经由单一的品种发展到完整的产品系列。

在生产工艺和使用技术上已经十分成熟。

由于其优异的性能和相对经济的造价，在欧美等发达国家已经得到了极大的推广和应用。

双壁波纹管材是以高密度聚乙烯为原料的一种新型轻质管材，具有重量轻、耐高压、韧性好、施工快、寿命长等特点，其优异的管壁结构设计，与其他结构的管材相比，成本大大降低。

并且由于连接方便、可靠，在国内外得到广泛应用，大量替代混凝土管和铸铁管。

图19.2-2 渗井典型结构图
1—黏土夯实；2—双层反铺草皮；3—粗砂；4—石屑；5—碎石；6—浆砌片石沟
洞；7—预制混凝土
图19.2-3 HDPE双壁波纹管示意图
HDPE双壁波纹管具有优异的化学稳定性、耐老化及耐环境应力开裂的性能。

HDPE双壁波纹管属于柔性管，其主要性能如下。

（1）抗外压能力强。

外壁呈环形波纹状结构，大大增强了管材的环刚度，从而增强了管道对土壤负荷的抵抗力，在这个性能方面，HDPE双壁波纹管与其他管材相比较具有明显的优势。

（2）工程造价低。

在等负荷的条件下，HDPE双壁波纹管只需要较薄的管壁就可以满足要求。

因此，与同材质规格的实壁管相比，能节约一半左右的原材料，所以HDPE双壁波纹管造价也较低。

这是该管材的又一个很突出的特点。

（3）施工方便。

由于HDPE双壁波纹管重量轻，搬运和连接都很方便，所以施工快捷、维护工作简单。

在工期紧和施工条件差的情况下，其优势更加明显。

（4）摩阻系数小、流量大。

采用HDPE为材料的HDPE双壁波纹管比相同口径的其他管材可通过更大的流量。

换言之，相同的流量要求下，可采用口径相对较小的HDPE双壁波纹管。

（5）良好的耐低温、抗冲击性能。

HDPE双壁波纹管的脆化温度是-70℃，一般低温条件下（-30℃以上）施工时不必采取特殊保护措施，冬季施工方便，而且HDPE双壁波纹管有良好的抗冲击性能。

（6）化学稳定性佳。

由于HDPE分子没有极性，所以化学稳定性极好。

除少数的强氧化剂外，大多数化学介质对其不起破坏作用。

一般使用环境的土壤、电力、酸碱因素都不会使该管道破坏，不滋生细菌，不结垢，其流通面积不会随运行时间增加而减少。

（7）使用寿命长。

在不受阳光紫外线条件下，HDPE双壁波纹管的使用年限可达50年以上。

（8）优异的耐磨性能。

德国曾用试验证明，HDPE双壁波纹管的耐磨性甚至比钢管还要高几倍。

适当的挠曲度内一定长度的HDPE双壁波纹管轴向可略为挠曲，不受地面一定程度的不均匀沉降的影响，可以不用管件就直接铺在略为不直的沟槽内等。

三、道路排水设施设计
（一）盲沟类排水设计
根据《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012），针对道路渗沟设计如下。

盲沟（填石渗沟）泄水能力应按式（19.2-1）计算。

为紊流状态时的渗流系数，m/s。

式中：w为渗透面积，m2；k
m
当已知填料粒径d（cm）和孔隙率n（%）时，按式（19.2-2）计算，如图19.2-4所示。

渗沟埋置深度应按式（19.2-3）计算，如图19.2-5所示。

图19.2-4 不透水层横向坡度较陡时的渗沟流量计算1—原地下水位；2—不透水层；3—坡面；4—设渗沟后地下水位；5—渗沟
图19.2-5 渗沟埋置深度计算
H—地下水位高度；H
0—隔水层高度；m
1
—渗沟边缘至路基中线的距离
式中：h
2
为渗沟埋置深度，m；z为沿路基中线的冻结深度，m，非冰冻地区取0；p为冻结地区沿中线处冻结线至毛细水上升曲线的间距，可取0.25m，非冰冻地区路床顶面至毛细水上升曲线的距离，可取0.5m；e为毛细水上升高，m；f为路基范围内水力降、落曲线的最大高度，m，与路基宽度B及I有关，可近
似取f=B/I；h
3为渗沟底部的水柱高度，m，一般取0.3～0.4m；h
1
为自路基中线
顶高计算的边沟深度，m。

（二）管道类排水设计
HDPE双壁波纹管排水设计所依据的规格尺寸和物理性能指标见表19.2-1和表19.2-2。

四、道路反滤、排水施工
（一）盲沟施工
1.施工准备
熟悉图纸、了解现场，对应现场及图纸充分调查实际情况。

开挖前，先进行测量放样，控制好盲沟的线形，准备好所需机具、材料等。

表19.2-1 HDPE双壁波纹管规格尺寸。