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高速公路邊溝排水設計的基本原則
通過分析目前高速公路邊溝設計，結合高速公路建設的工程實際，初步探討了目前高速公路邊溝排水設計的基本原則，設計人員應對項目所在地的地理條件、降雨量、土質、邊坡型式等設計因素進行綜合考慮,進行認真計算和分析,選擇相應類型和尺寸邊溝，既減少工程量又滿足邊溝排水。
關鍵詞：高速公路；邊溝；排水
隨著中國經濟的飛速發展，基礎設施建設項目越來越多 ,其中高速公路建設發展迅速。在高速公路里程不斷增加的同時，不可以忽視質量的重要性。其中路基是高速公路的主要組成部分，路基質量的好壞直接影響到路面的使用質量。路面的損壞往往與路基排水不暢，邊坡失穩等有直接關系，而且修復難度大、費用高。在實際工程設計中，有些設計人員未能充分考慮其功能的重要性，對一些設計因素缺乏認真的分析，使高速公路排水設計存在明顯的不合理性，尤其在邊溝設計上普遍存在以下問題：
(1)沒有考慮地區差異，缺乏對地理條件、降雨量、土質、邊坡型式等設計因素綜合分析和研究，缺乏對各地區最大降雨量及邊溝排水能力的計算和分析，造成邊溝設計千篇一律，型式單調；
(2)出水口間距過長，不能及時排水；
(3)邊溝底表標高控制不當，中央分隔帶雨水通過橫向排水管排出困難。
(4)邊溝設計偏于保守且尺寸偏大，線形較差。這些不合理性不僅加大了邊坡防護工程量，而且影響了高速公路的整體美觀性，增加了施工難度，給工程造成了很大的浪費。
1.邊溝設計的問題分析
在平原地區高速公路上 ,有的出水口間距較長 ,如若在兩個出水口之間邊溝的溝底縱坡發生了變化 ,則存在一個溝渠泄水能力計算問題。
由曼寧公式:
(1)
式中: —溝或管的泄水能力 ；
— 溝或管的平均流速 ；
— 過水斷面面積 ,各種溝管過水斷面的面積計算式可參考附錄B，《公路排水設計規范 》(JTJ 018 - 97)。
由謝才公式:
(2)
式中: —水力半徑(m), ；
—過水斷面濕周 ；
—水力坡度 ,無旁側入流的明溝 ,水力坡度可采用溝的底坡；有旁側入流的明溝 ,水力坡度可采用溝段的平均水面坡降；
—流速系數 () ,可按曼寧公式計算確定:
(3)
—溝壁或管壁的粗糙系數。
由以上各式 ,可得溝渠泄水能力為:
(4)
溝渠的泄水能力應大于其流量 (),為總匯水面積,()，為降雨重現期轉換系數，降雨強度轉換系數，為降雨強度 (mm/min)，可查《公路排水設計規范》。
目前，高速公路的邊溝一般采用邊坡為1:1 的梯形明溝，因此，可采用明渠的流量計算公式，計算梯形邊溝的排水能力。按溝最小底坡i=0.3%計算，目前高速公路常用的底寬60cm、上口寬180cm的邊溝，按照上述公式
(4)計算分析，江浙滬地區最大能承受的路面排水能力長度可達400m。顯然，這對于平原水網地區或丘陵山區都是不合理的。因為平原微丘區一般每200--400m 有一道涵洞，一般需要的邊溝長度為100--200m，大于400m 的情況很少，因此，不能以全線最大邊溝長度所需的排水斷面作為全線邊溝設計的標準斷面。
2.常用的邊溝型式
下面對較為常用的邊溝的特點進行說明 。
(1)梯形斷面邊溝。在路基外側開挖梯形土溝,其外側可與護墻等構造物統一用片石等材料進行防護的斷面型式。這種斷面型式的邊溝一般用于短路塹段,且不設蓋板。優點是受力好,穩定性強且不易損壞,便于施工；缺點是明溝效應明顯,基坑開挖大,對沿線生態破壞較大，且路容不美觀。
(2)矩形斷面邊溝。在路基外側開挖矩形土溝,采用漿砌片石和片石混凝土加固的斷面型式。這種斷面型式的邊溝適用于降雨量較為充沛、縱坡大而沖刷嚴重的地區,要求公路沿線石料豐富。優點是施工簡單方便,排水效果好；缺點是明溝效應嚴重,不易于維護清淤。
(3)碟形斷面邊溝。在路基外側設弧形淺明溝,采用素混凝土鋪面防護的斷面型式。這種斷面型式的邊溝適用于干旱少雨、石料缺乏的地區邊溝較短路段。優點是有效消除了明溝效應,有利于行車安全,路容美觀,工程量小,對沿線生態破壞小；缺點是排水量小。
(4)蓋板邊溝。在矩形邊溝上加設混凝土蓋板或承載蓋板的邊溝型式。這種斷面型式的邊溝適用于長路塹路段。優點是有利于行車安全,避免了明溝效應,減少了路基邊坡開挖，路容景觀好,便于維護；缺點是工程費用大。
3.邊溝選擇地建議
(1)高速公路匯水面積較小、排水距離較短路段和停車區等邊緣，可采用淺碟型生態邊溝(土溝+隔滲層+草皮)或暗埋式邊溝等。
(2)對于行車速度大于等于60km/h的高速公路，為避免“明溝效應”，建議采用蓋板邊溝或暗埋式邊溝等。
(3)對于降雨量大的地區，邊溝流量大，過水斷面相應加大，可采用傳統矩形、梯形邊溝，也是目前江浙滬地區的高速最常用的形式。
(4)對當地的地理條件、降雨量、土質、邊坡型式等設計因素進行綜合考慮,進行認真計算和分析,選定邊溝形式和確定相應邊溝尺寸。
總之，高速公路邊溝斷面形式的選擇，應在考慮各影響因素的基礎上，合理選擇，在滿足排水的前提下，盡量做到施工方便、經濟美觀。
4.結語
要改善高速公路邊溝排水設計存在的諸多不合理性，應注意：1)設計人員應提高責任心，在初步設計時，認真整理好沿線水系資料，為邊溝設計提供相應依據。2)邊溝總體設計應結合具體情況，因地制宜做好邊溝縱坡、斷面形式和幾何尺寸設計。3)施工過程中對沿線地形、水系等破壞較大，應派有經驗的設計代表到現場進行合理的設計調整。
關鍵詞：高速公路；邊溝；排水
隨著中國經濟的飛速發展，基礎設施建設項目越來越多 ,其中高速公路建設發展迅速。在高速公路里程不斷增加的同時，不可以忽視質量的重要性。其中路基是高速公路的主要組成部分，路基質量的好壞直接影響到路面的使用質量。路面的損壞往往與路基排水不暢，邊坡失穩等有直接關系，而且修復難度大、費用高。在實際工程設計中，有些設計人員未能充分考慮其功能的重要性，對一些設計因素缺乏認真的分析，使高速公路排水設計存在明顯的不合理性，尤其在邊溝設計上普遍存在以下問題：
(1)沒有考慮地區差異，缺乏對地理條件、降雨量、土質、邊坡型式等設計因素綜合分析和研究，缺乏對各地區最大降雨量及邊溝排水能力的計算和分析，造成邊溝設計千篇一律，型式單調；
(2)出水口間距過長，不能及時排水；
(3)邊溝底表標高控制不當，中央分隔帶雨水通過橫向排水管排出困難。
(4)邊溝設計偏于保守且尺寸偏大，線形較差。這些不合理性不僅加大了邊坡防護工程量，而且影響了高速公路的整體美觀性，增加了施工難度，給工程造成了很大的浪費。
1.邊溝設計的問題分析
在平原地區高速公路上 ,有的出水口間距較長 ,如若在兩個出水口之間邊溝的溝底縱坡發生了變化 ,則存在一個溝渠泄水能力計算問題。
由曼寧公式:
(1)
式中: —溝或管的泄水能力 ；
— 溝或管的平均流速 ；
— 過水斷面面積 ,各種溝管過水斷面的面積計算式可參考附錄B，《公路排水設計規范 》(JTJ 018 - 97)。
由謝才公式:
(2)
式中: —水力半徑(m), ；
—過水斷面濕周 ；
—水力坡度 ,無旁側入流的明溝 ,水力坡度可采用溝的底坡；有旁側入流的明溝 ,水力坡度可采用溝段的平均水面坡降；
—流速系數 () ,可按曼寧公式計算確定:
(3)
—溝壁或管壁的粗糙系數。
由以上各式 ,可得溝渠泄水能力為:
(4)
溝渠的泄水能力應大于其流量 (),為總匯水面積,()，為降雨重現期轉換系數，降雨強度轉換系數，為降雨強度 (mm/min)，可查《公路排水設計規范》。
目前，高速公路的邊溝一般采用邊坡為1:1 的梯形明溝，因此，可采用明渠的流量計算公式，計算梯形邊溝的排水能力。按溝最小底坡i=0.3%計算，目前高速公路常用的底寬60cm、上口寬180cm的邊溝，按照上述公式
(4)計算分析，江浙滬地區最大能承受的路面排水能力長度可達400m。顯然，這對于平原水網地區或丘陵山區都是不合理的。因為平原微丘區一般每200--400m 有一道涵洞，一般需要的邊溝長度為100--200m，大于400m 的情況很少，因此，不能以全線最大邊溝長度所需的排水斷面作為全線邊溝設計的標準斷面。
2.常用的邊溝型式
下面對較為常用的邊溝的特點進行說明 。
(1)梯形斷面邊溝。在路基外側開挖梯形土溝,其外側可與護墻等構造物統一用片石等材料進行防護的斷面型式。這種斷面型式的邊溝一般用于短路塹段,且不設蓋板。優點是受力好,穩定性強且不易損壞,便于施工；缺點是明溝效應明顯,基坑開挖大,對沿線生態破壞較大，且路容不美觀。
(2)矩形斷面邊溝。在路基外側開挖矩形土溝,采用漿砌片石和片石混凝土加固的斷面型式。這種斷面型式的邊溝適用于降雨量較為充沛、縱坡大而沖刷嚴重的地區,要求公路沿線石料豐富。優點是施工簡單方便,排水效果好；缺點是明溝效應嚴重,不易于維護清淤。
(3)碟形斷面邊溝。在路基外側設弧形淺明溝,采用素混凝土鋪面防護的斷面型式。這種斷面型式的邊溝適用于干旱少雨、石料缺乏的地區邊溝較短路段。優點是有效消除了明溝效應,有利于行車安全,路容美觀,工程量小,對沿線生態破壞小；缺點是排水量小。
(4)蓋板邊溝。在矩形邊溝上加設混凝土蓋板或承載蓋板的邊溝型式。這種斷面型式的邊溝適用于長路塹路段。優點是有利于行車安全,避免了明溝效應,減少了路基邊坡開挖，路容景觀好,便于維護；缺點是工程費用大。
3.邊溝選擇地建議
(1)高速公路匯水面積較小、排水距離較短路段和停車區等邊緣，可采用淺碟型生態邊溝(土溝+隔滲層+草皮)或暗埋式邊溝等。
(2)對于行車速度大于等于60km/h的高速公路，為避免“明溝效應”，建議采用蓋板邊溝或暗埋式邊溝等。
(3)對于降雨量大的地區，邊溝流量大，過水斷面相應加大，可采用傳統矩形、梯形邊溝，也是目前江浙滬地區的高速最常用的形式。
(4)對當地的地理條件、降雨量、土質、邊坡型式等設計因素進行綜合考慮,進行認真計算和分析,選定邊溝形式和確定相應邊溝尺寸。
總之，高速公路邊溝斷面形式的選擇，應在考慮各影響因素的基礎上，合理選擇，在滿足排水的前提下，盡量做到施工方便、經濟美觀。
4.結語
要改善高速公路邊溝排水設計存在的諸多不合理性，應注意：1)設計人員應提高責任心，在初步設計時，認真整理好沿線水系資料，為邊溝設計提供相應依據。2)邊溝總體設計應結合具體情況，因地制宜做好邊溝縱坡、斷面形式和幾何尺寸設計。3)施工過程中對沿線地形、水系等破壞較大，應派有經驗的設計代表到現場進行合理的設計調整。
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