公路生态排水研究与应用

2014-03-06姜涛郭佳海杜小玉

交通企业管理 2014年3期

□姜涛郭佳海杜小玉

公路生态排水研究与应用

□姜涛郭佳海杜小玉

公路建设；生态排水；传统排水；排水系统

在排水系统设计与施工时，由于受到建设理念、设计技术及费用等方面的限制，我国许多公路建设项目未能充分考虑地域差别而是简单地遵循规范要求，重主体、轻排水，运用单一的排水系统结构型式，一旦工程完工后往往出现一些问题，这既浪费了大量的材料，又破坏了公路沿线的生态环境，对道路周边地区的路域环境产生了不良的影响。传统的公路排水设计在沿线地区的生态景观质量等方面考虑较少，不利于公路建设与生态景观环境的协调和可持续发展。因此，在当前大力发展资源节约、环境友好交通的背景下，要认真做好对公路排水系统的改进研究，其中生态型公路排水系统是一个发展方向。

一、传统公路排水系统存在的不足

排水问题一直是公路建设中的一项重要工作，与路基路面的强度和稳定性密切相关。如果处理不当，会导致公路本身抗灾能力差。因此，做好公路的排水对公路建设至关重要。

1.存在的问题

（1）对植被和水土保持的影响。排水系统在施工时会对沿线植被造成影响，破坏植被的生长环境，改变植被水分供给系统，使得土壤遭受侵蚀。如果植被生长环境不良，植被将会减少甚至死亡，长此以往将会遭受连锁破坏。传统排水系统会建造大量的圬工工程，这样会将原有地貌破坏，一定程度上会改变公路沿线的地质情况，降雨会冲刷地表，造成水土流失，降低表层土壤肥力，破坏沿线路域生态的稳定性，在一些地质条件不好的地段可能会发生一些地质灾害（如塌方、滑坡、泥石流等）。

（2）对水体的影响。①对地表水质的影响。公路在营运过程中，车辆轮胎与路面摩擦产生细小的颗粒物，运输物品的撒漏、危险物品的泄漏及其应急处理遗留物质等，在降雨后混入路面径流排放到农田、河流，会对附近水环境造成一定的污染。②对地下水质的影响。排水系统施工的开槽挖沟等活动会影响施工区域地下水质，改变地下水资源埋藏和运动条件，破坏正常的自然输移规律，影响到路边甚至较远地区的动植物。③对地表水流的改变。公路排水系统使地表水流的自然状态改变，会造成水流集中，部分水流速度加快，导致土壤侵蚀以及河流淤塞。同时，排水系统的砌体使得土壤的可渗透性降低，形成局部用水、泥沙淤积从而阻塞河道，可能引发洪涝灾害。④对地下径流的改变。开挖公路排水系统会使得周围区域的地下水位降低，而路基和其他结构物的建设会限制水流并且使得周围区域的地下水位上升，从而造成饮用水和农业用水的流失，对沿线动植物的生存造成影响。

（3）对路容景观的影响。混凝土砌体结构形式单一，如果大面积广泛使用，将会破坏公路沿线的自然景观，与周围环境不能很好地协调，会使驾驶员产生视觉疲劳，而且对行车安全不利。

2.公路排水的重要性

水是公路建设和日常养护必不可少的材料，也是危害公路的主要影响之一。路基和路面结构常外露在地表，直接受到自然因素的影响，由于水的存在会直接或间接地影响道路的湿度，从而会影响到道路的使用质量与行车安全。所以，摸索出符合自然规律的配套和完善的排水设施，对于公路的正常使用尤为关键。路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基路面病害的影响因素很多，但水的作用是主要因素之一，因此，在路基路面设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面排水工程。

（1）路基排水。路基排水的任务就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，以保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度和稳定性。路基排水工程分为地面排水和地下排水。地面水对路基产生冲刷和渗透，可能导致路基局部或整体稳定性受损，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。地下水轻则能使路基湿软，降低路基强度；重则会引起冻胀、翻浆或边坡滑坍，甚至整个路基沿倾斜基底滑动。水还可能造成掺有膨胀土的路基工程遭受毁灭性的破坏。因此，对路基渗水应予以隔断、疏干和降低，并引导至路基范围以外的适当地点。

（2）路面排水。水对路面的危害表现为降低路面材料的强度，在刚性路面的接缝和路肩处造成唧泥；移动荷载作用下引起的唧泥和高压水冲刷，造成路面基层承载能力下降；通过裂缝或接缝或沥青路面面层空隙到达柔性路面结构内部，出现各种裂缝、松散、车辙和坑槽等其他病害；在冻胀地区，融冻季节水会引起路面承载能力的普遍下降，因此，路面排水要及时进行处置。

二、生态排水概述

1.概念

所谓生态排水不是指特定的某一种排水设施，它是公路建设的一个方向和目标，是一种新的思想和理念，是指在传统排水体系基础中引入生态学思想，强调可持续发展和排水生态化的实现。

生态排水系统的建设要在满足公路一般排水要求的基础上，融入到公路的整体景观系统中。从减少人工痕迹、融入自然出发，将公路路肩、边坡、护坡道、边沟、路堑、坡顶、截水沟等要素结合自然地形综合考虑，达到与自然环境的统一。

2.特征

与传统排水相比，生态排水由注重排水的功能要求、强调建设费用的传统狭隘思想转变为综合考虑公路与环境可持续发展的思想；由传统的圬工砌筑、注重经济性转变为注重新材料、新技术，经济与环境、发展和景观协调。生态排水具有其独特的宏观性和抽象性，因此需要分析其具体特点。

（1）整体协调性。公路生态排水要实现的最终目标是实现经济效益与环境效益的统一化和最大化。在公路建设整个过程中，就是把排水放在“公路—自然—经济”这一包含环境、生物、资源、污染等诸要素的复合系统中全面考虑。

（2）对生态环境最小破坏和最大恢复。生态排水就是运用各种措施将在建设排水设施时造成的破坏降到最低程度，将已经造成的破坏进行最大程度的恢复。这些措施包括工程措施、生物措施和管理措施。

（3）良好的景观效应。展现和加强路容景观是生态排水必不可少的，这一点可以通过科学的绿化美化来实现，同时可以给行人带来美的享受，也可以保持自然生态系统的平衡。

（4）安全高效性。“生态”常常用来修饰美好的事物（如健康、和谐等），因此行车安全当然也包含其中。

3.设计原则

（1）在实现其功能时，排水系统不应造成不适当的壅水或阻水，不应产生冲刷流速，不影响公路的安全运营。

（2）排水设计的标准应同所设计公路的重要性相适应，应根据公路等级、沿线地形、地址、水文、气象以及桥涵位置等因素综合考虑，并注意各种排水设施、排水构造物之间的联系，提供功能完善和造价合理的最佳排水方案。

（3）高速公路应自成排水系统，且同当地的自然水系、已有的或规划的灌溉排水、河川治理或水土保持等水利设施、公共下水管道、地下管线等协调配合，全面规划，合理布局。

（4）防止排泄水冲毁农田或水利设施，防止冲刷地表引起水土流失或污染水源。

（5）排水系统的断面形式、尺寸，除要满足排水量的要求外，还应符合在使用过程中便于检查和修理的要求，排水设施的外形轮廓应清晰、线条圆滑、美观耐用。

三、公路生态排水的形式

排水设施的选择与公路等级以及对周边环境产生的影响息息相关，所选用的排水设施应该满足排水需要，与周围环境景观相适应，应养护方便、工程造价合理。公路排水设施按功能分为边沟、排水沟、截水沟、地下排水系统等，笔者以边沟设计为例进行说明。

边沟设置在挖方路基的路肩外侧或路堤的坡脚外侧，山坡上路堤上坡一侧的坡脚应设置不透水的边沟。边沟走向与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的汇水面积和汇水流量都比较小。

1.三角形、皿形边沟

对于三角形沟渠，其内侧边坡宜采用1∶2～1∶3的坡度，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。对于皿形沟，应根据降水量及碎落台宽度选用合适的矢高及矢跨比，并根据水流流速大小采用适当的冲刷防护措施，如铺草皮、浆砌片石、预制或现浇混凝土。

2.浅蝶形边沟

对于公路用地受限制较小、地形平坦及纵坡平缓的低填、浅挖路段，可以适当考虑设置浅蝶形边沟，同时要考虑到安全和景观效果。具体可分为双侧柔化浅蝶形生态边沟和单侧柔化浅蝶形生态边沟。

（1）双侧柔化浅蝶形生态边沟。该边沟适用于排路缘汇水，原始边沟的宽度在180厘米以上，排水距离小于150米的平直路段（如图1所示）。

图1 双侧柔化浅碟形生态边沟

双侧柔化浅蝶形生态边沟的特点如下：①一般情况边沟水深2～8厘米，内侧边坡宜缓于1∶4，外侧边坡宜缓于1∶3，过水断面应能排走路界内规范要求的设计径流量。②沟表层实施软覆盖，弱化硬质景观对道路使用者的视觉冲击以及“明沟效应”，也可起到保护水土的作用，同时也是最经济的铺砌方式。③在原沟底回填20厘米的碎石，不改变原路基的干湿类型，可有效排走边沟底部、侧壁及上部渗水。④边沟表面横向坡度较缓，增大路测宽容空间，能使失控驶入边沟的车辆安全地返回路面，对事故车辆起到消能的作用，同时缓解驾驶员的紧张心理。

（2）单侧柔化浅蝶形生态边沟（如图2所示）。此边沟路段适应性较强，适用于原边沟宽度大于180厘米，排水距离大于200米路段，尤其是急弯坡陡路段。其具体特点如下：①排水断面面积和双侧柔化浅蝶形边沟相同，但混凝土铺盖糙率远小于植草皮土质沟壁，排水能力更大。②弯大坡陡路段，路面汇水流速大，边沟路面侧冲刷较严重，采用混凝土面板可提高抗冲刷能力，同时便于边沟清理养护。③路面侧硬化部分可防止车轮卡陷，避免破坏边沟表面，安全性更高，同时形成流畅优美的路基轮廓线，增加路容美观。