路基排水工程及排水效果无损检测研究.doc

分类号 U417.3 单位代码 10618密 级 学 号 106250584硕 士 学 位 论 文论文题目： 路基排水工程及排水效果无损检测研究 Study on Subgrade Drainage Project Non-destructive Testing Applied to the Drainage Effect 研究生姓名： 曾 玉导师姓名、职称： 徐宏武 高级工程师 申请学位门类： 工 学专 业 名 称： 道路与铁道工程论文答辩日期： 2009 年 3 月 30 日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 评阅人： 2009 年 3 月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日I摘 要摘 要国内外公路建设和运营的实践表明，公路使用性能的衰减与丧失很大程度上与路基地下水和地面水的存在有关。随着公路建设的发展，特别是高等级公路的建设，水对公路的影响日益突出，因此，公路排水设施是公路工程必不可少的重要组成部分。然而路基排水工程，特别是隐蔽排水工程，要保证工程质量，发挥其应有的工程效果，在公路运行状态中及时发现问题，就需要对其进行检测。长期以来路基排水工程都是在运营期出现问题后再返修，隐蔽工程质量检测与评价方法也沿用着传统开挖检查和钻孔取样试验的常规技术。鉴于地质雷达探测技术可用于探测地下构造、地下空洞、地下埋设物、地下松软层和地下富水情况等，且具有高精度、高分辨能力、探测成果直观和现场检测快速便捷等优点；高密度电法可用于探测地下地质构造、地下含水情况、地下空洞、滑移层厚度及范围等，且具有成本低、工作效率高、数据密度大、信息丰富，能较直观、有效、准确地反映地电断面情形等优点，故可采用地质雷达及高密度电法对路基排水工程排水效果进行无损检测。通过对路基排水工程及地质雷达和高密度电法探测技术方法理论、资料处理和解释进行了研究，并结合实际工程验证，开展了地质雷达和高密度电法技术用于路基排水工程排水效果检测的基础应用研究，验证了检测方法的适用性。关键词：路基；排水工程；物探；地质雷达；高密度电法；无损检测ABSTRACTHighway construction and operation of domestic and international practice has shown that the attenuation and loss of road functional performance greatly relates to the existence of groundwater and surface water. With the development of road construction, especially highway construction, the impact of water on the highway has becoming prominent. Road drainage facilities are an important component of highway engineering. So subgrade drainage project, especially concealed drainage works, need to be detected to guarantee the quality, give full play to its project results, and timely find problems at running highway.Subgrade drainage project has long been arisen problems in the operating period and then reworks, and concealed engineering quality detction and evaluation methods also use traditional excavation inspection and drilling technology. Whereas the GPR detection technologycan be used to detect underground structures, underground cavity, underground buried objects, underground soft-storey and underground water-rich conditions, and GPR has many advantages with high precision, high differentiated capabilities, visual detectional results and quick and easy on-site detection, etc.;HDEM can be used to detect underground structures, underground water-rich conditions, underground cavity, the thickness and extent of glide lamella and so on, and has many advantages with low cost, high efficiency, great data density, rich information, and more intuitive, efficient and accurate reflecting geoelectric section, so GPR and HDEM can used to detect the drainage effect of subgrade drainage project with non-destructive testing.This article focuses on subgrade drainage project and GPR and HDEM theory, data processing and interpretation, and studies the applied research of drainage effect of subgrade drainage project, and through detecting application example, it verifies the applicability of the detection methods.KEY WORDS：subgrade，drainage project，geophysical prospecting，ground penetrating radar，high density electric method，non-destructive testing目 录第一章 绪论11.1研究意义11.1.1研究背景11.1.2研究意义21.2国内外研究现状21.2.1排水系统综述21.2.2地质雷达研究概况51.2.3高密度电法研究概况61.3研究内容和研究思路7第二章 路基排水工程82.1路面排水方式82.2路基排水工程92.2.1地面排水设施112.2.2地下排水设施142.3路基排水工程失效类型192.3.1排水工程常见问题与处理措施192.3.2山区公路排水工程病害形式202.4路基排水工程失效对公路的影响212.4.1排水工程失效对路面的影响222.4.2排水工程失效对路基的影响232.5本章小结24第三章 排水效果无损检测方法选择253.1电法勘探253.2地质雷达263.3地震勘探263.4声波探测273.5磁法勘探283.6瞬变电磁法283.7本章总结28第四章 地质雷达探测排水效果的反演分析方法304.1地质雷达探测原理304.1.1电磁波传播特点304.1.2地质雷达探测基本原理334.1.3地质雷达探测参数374.2地质雷达探测资料处理和解释394.2.1雷达数据处理方法394.2.2雷达资料解释414.3地质雷达检测排水效果的依据424.4本章小结43第五章 高密度电法探测排水效果的反演分析方法445.1高密度电法探测原理445.1.1高密度电法特点445.1.2高密度电法探测基本原理445.2测量排列方式485.2.1排列方式工作原理485.2.2电极排列方式505.3高密度电法探测资料处理和解释535.4高密度电法检测排水效果的依据555.5本章小结56第六章 路基排水工程排水效果现场检测应用576.1研究技术路线和方法选择576.1.1研究的主要探测设备576.1.2检测技术方案设计586.1.3检测实例工程概况596.2地质雷达探测效果分析616.2.1地质雷达探测天线发射频率的选择616.2.2地质雷达检测路基排水工程排水效果分析636.3高密度电法探测效果分析646.3.1高密度电法探测装置的选择646.3.2高密度电法检测路基排水工程排水效果分析656.4本章小结68第七章 结论与建议697.1主要结论697.2建议69致 谢70参考文献71在学期间发表的论著及取得的科研成果747第一章 绪论第一章 绪论1.1研究意义1.1.1研究背景改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设，从无到有，到2005年底，高速公路总里程达到4.1万公里，位居世界第二位。根据交通部最新公布的国家高速公路网规划，从2005年起到2030年，国家将斥资两万亿元，新建5.1万公里高速公路，使中国高速公路里程达到8.5万公里。公路路基是路面的根基，其稳定性直接关系到公路功能的发挥和正常使用。这就要求路基具有足够的强度和稳定性并经常保持干燥状态，以保证路面的承载力，使路面不产生变形和破坏。公路路基是一种线型结构物，具有距离长、与大自然接触面广的特点，其稳定性在很大程度上由当地自然条件决定。影响路基强度，造成路面破坏的诸多因素中，无不与路基地下水和地面水的存在有关。在很多情况下，水是路基路面变形、病害发生的重要原因。在修建公路时，必须将公路上侧方的地表水和地下水排到公路的下侧方，确保公路路基、路面不被水破坏，保证公路上车辆的安全运行。因此对公路排水系统进行研究是很有必要的，尤其是对隐蔽排水系统。由于涵洞的淤堵造成路基冲刷破坏如图1.1所示。图1.1 涵洞淤堵造成路基冲刷破坏Fig.1.1 subgrade erosion damage caused by culvert clogging由于我国的公路建设特别是高速公路建设已经进入了一个崭新的阶段，中、西部山区公路建设也在迅猛发展，对路基排水系统检测的研究也就变得越发的重要。1.1.2研究意义1）理论意义影响路基强度，造成路面破坏的诸多因素中，无不与路基地下水和地面水的存在有关。在很多情况下，地下水是路基变形、路基病害发生的重要原因。因此对公路路基水损坏及其排水工程进行研究是很有必要的。随着我国高等级公路建设的迅速发展，对公路工程现场检测技术提出了更高的要求，先进、高效、无损的公路检测设备和检测技术已逐步受到广泛关注。本研究正是对路基排水工程，地质雷达和高密度电法无损检测技术检测排水效果进行探讨，通过课题研究，为进一步评价排水系统运行状况提供参考。2）实际意义改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设，到2005年底，位居世界第二位，高速公路对排水工程建设要求更高。随着经济的发展，西部公路建设也发展的很迅速，而西部多为山区，山区公路多边坡，如果排水工程没处理好则容易出现边坡滑塌、湿陷等病害，因此对排水工程的要求也就相应的提高。针对目前高等级公路受水的影响，在结合分析国内外有关研究成果的基础上，研究路基排水工程对公路的影响，同时拓展地质雷达和高密度电法在路基排水工程的应用领域。解决依托工程中路基排水工程的排水效果和可利用性问题，便于后续工作的顺利进行，具有一定的工程应用价值。1.2国内外研究现状1.2.1排水系统综述 在对路基路面破坏现象广泛调查、统计的基础上，各国道路科研工作者通过反复分析、论证发现，路基路面的破坏现象大多与水有关。水降低路面材料的强度和使用性能，降低路基强度，导致路基整体稳定性受损害甚至使整个路基沿倾斜基底滑动。影响路基路面的水可分为地面水和地下水两类，与此相适应的道路排水工程，可分为地面排水和地下排水。根据公路排水设计规范1（JTJ 01897）可知，公路排水设计中包括路界地表排水、路面内部排水、地下排水和公路构造物集下穿道路排水。隐蔽排水的设施有：多雨地区中央分隔带可设置的纵向排水渗沟；路面内部设置的路面边缘排水系统和排水基层的排水系统；路基地下排水设施有在路基基底局部范围有泉水外涌时设置的暗沟或暗管，为拦截含水层的地下水或降低地下水位设置的管式渗沟或洞式渗沟等。由于路基隐蔽排水设施埋置在地面以下，在路基建成后又难以查明实效情况，因此研究隐蔽排水设施在运行时采用有效检测手段就非常必要了。鉴于路基排水系统的多样和隐蔽性，本论文主要通过地质雷达和高密度电法检测技术对路基排水工程排水效果进行研究。目前，美国、英国、日本和德国等发达国家对公路排水问题积累了大量经验且考虑比较周到，对路基路面综合排水设计的必要性和重要性有了一个明确统一的认识，在广泛研究和工程实践的基础上制定了专用的规范或指南23。如前联邦德国的公路排水设施规范（1987）、日本的道路排水工指南（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），美国联邦公路局的设计指南（1986）等。前联邦德国修订的排水规范，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，同时，提出了在实际工程中普遍适用的建议方案，并附有各种典型的排水设施图例。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的介绍。美国早在60年代末70年代初就开始了路面内部排水方面的调查和经验总结工作。二十世纪80年代初，法、英等国开展了非洲国家的公路小型排水构造物设计洪峰流量的研究；澳大利亚、西班牙进行了提高小桥涵过水能力的研究；前苏联、美国进行了公路排水系统的研究等等。到1986年，美国AASHTO提出了路面内部排水设计方案和设计指标，把路面结构的排水质量作为一项设计变量考虑在内。在欧洲，德国是世界上最早修建高速公路的国家。当前，德国在公路排水基层研究方面最为成熟。德国的排水系统既可以排除路表的水，也可以排除地下水。我国公路排水工程的发展4经历了从无到有逐步完善的过程。建国初期及其后20年，我国建成的公路技术水平低，使用品质差，甚至缺乏必要的排水设施。进入80年代，公路排水问题逐步被人们所认识。在该时期出版的路基设计手册中，对公路排水设计进行了一些分析与计算，提出了路基排水设计的要求与规定；在施工手册中，对路基排水设施施工提出了具体的要求和规定。90年代后，随着高速公路的飞速发展，排水工程的设计、施工和养护愈来愈引起人们的重视，排水工程被提到了一个新的高度。在我国的公路建设中，由于种种原因，人们对排水系统设计的认识有一个很不统一的发展过程。直到1997年，我国制定并颁布了公路排水设计规范（JTJ 108-97），该规范总结了我国公路排水系统设计中成功的经验和失败的教训，吸收引进了德国、美国、日本等国家相应的公路排水规范，并加入了国内同济大学、重庆公路所的路面排水研究成果。该规范和相应的设计手册，对公路排水设计提出了要求。2002年姚祖康的公路排水设计手册5概述了公路排水的类型，公路排水设计的一般原则、内容和步骤，对我国公路排水设施的设计、施工、养护有一定的指导意义。路基排水系统中常见的隐蔽设施是盲沟。盲沟又称暗沟、暗渠等，主要作用是集排土中渗水。用以减小地下水压力，排除多余水份，保护土体和建筑物不会因产生渗透变形而破坏。广泛应用于土木、交通、水利、工民建矿工、环境保护等建设项目的地下集排水工程。国内关于隐蔽排水系统中盲沟的设计与设置的论述有：赵秀强6（1991）认为在公路工程中的地下排水设备中，设置盲沟对改善路基的工作条件是一种重要的措施，对于路基水文条件较差，以及路面要求较高的路段，尤应引起足够的重视。郭启锋等7（2002）提出通过渗水处理降低地下水位及疏导边坡和路基、路面内的渗水的综合处理方案，解决了高等级公路建设过程中，路堑开挖后出现渗水及边坡塌落以及高水位地区路面水损坏等问题。陈新富等8（2004）详细介绍了广东地区高速公路排水系统的设计，包括路基排水、路面排水、路面结构层排水、结构物排水。另外介绍了挖方路堑边坡的坡面排水设计和地下水的排水设计。王海港等9（2006）介绍了高速公路建设中使用的盲沟情况，描述了盲沟的主要形式。基于路基盲沟、边坡支撑盲沟的位置和设计目的，分析了应用效果，并评价了盲沟在高速公路的防护、排水起到的作用。白成亮等10（2006）认为盲沟是道路工程排水系统中的一种重要结构形式，长期以来工程中多采用碎石盲沟，但是碎石盲沟工艺繁琐，施工质量难以控制。塑料肓沟是一种新型的复合土工排水材料，它克服了传统碎石盲沟的缺点。对两种盲沟进行了多方面比较，对塑料盲沟取代碎石盲沟的可行性进行了讨论，塑料盲沟具有一些独特的功能，故前者取代后者是必要的，且在某些特殊情况下是必须的。另外，在公路隐蔽排水设施中，管道也起着很重要的作用，管道运行常见的问题有，管道的变形、开裂，管道接口渗漏等。一般来说，排水管道发生事故的可能性随着服务时间的增长而急剧增加，到了事故高发期，必须尽快采取有效措施，以最大限度地减少事故的发生。运用先进技术开展管道状况调查，准确掌握管道状况并根据一定的优选原则对存在严重缺陷的管道进行及时维修就可以避免事故的发生，同时也能大大延长管道寿命。排水管网是市政设施重要的组成部分，肩负着城市污、雨水排放等重要功能。在发达国家或地区，平均每5年就对所有下水道普查一遍，而国内城市排水管道的检测工作才刚刚起步。排水管道的检测目的主要是用来检查排水管道的健康状况，目前城市管道检测技术11有管道闭路电视检测系统CCTV，声纳法，潜望镜技术等，国外检测技术有管道扫描与评价技术SSET,多重传感器SAM等。综上所述，国内外对路基路面防排水开展了不少相关的研究。但是，专门针对路基隐蔽排水系统的研究较少，特别是对排水系统进行检测与评价方面的研究甚少。以往由于公路等级低，路基排水未引起足够重视，且目前国内排水工程质量检测仍停留在目测巡检、开挖取样的初级阶段，现有的质量控制测试尚不能满足养护要求，如果能从其运行阶段无损检测入手会更加的有效合理些，这也正是本文的研究思路。1.2.2地质雷达研究概况地质雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR，也称探地雷达）是用高频无线电波来确定介质内部物质分布规律的一种地球物理方法，地质雷达的发展既伴随着各种各样的应用需要，又得到高新技术发展的推动。地质雷达的发展1213大致可分为3个阶段，也就是发明阶段（19041930年）、发展阶段（19301980年）和成熟阶段（1980年至今）。地质雷达技术起源于1910年德国科学家Letmbach和Löwy在研究埋地特性时的专利技术，最初是在矿井中试验和应用。Hdlsenbeck（1926）第一个提出应用电磁脉冲技术探测地下目标物，并指出介电常数变化界面会出现电磁波反射。1961年美国空军的报告中利用脉冲电磁波技术，重复获得地下介质探测结果。由于地下介质比空气具有更强的电磁能量衰减特性，加之地质情况的复杂性，因此应用初期，仅限于对电磁波吸收很弱的冰层、岩盐等介质的探测。直到20世纪60年代末、70年代初，等效采样技术和亚纳秒脉冲产生技术的发展，从技术角度加速了地质雷达的发展。20世纪70年代以后，随着电子技术的发展和先进数据处理技术的应用，地质雷达的应用从冰层、盐矿等弱耗介质逐渐扩展到土层、煤层，以及岩层等有耗介质。地质雷达技术实际应用范围迅速扩大，开始在市政工程、考古、地质、探雷等方面的研究和应用变得频繁起来。GPR用于路基路面物理力学指标的无损检测的研究开始于20世纪70年代中期，在欧美最早获得应用。在我国，地质雷达的研究和应用也逐渐成熟1415。20世纪70年代，我国开始引进和研究，并逐渐应用到工程中。20世纪90年代开始，地质雷达的发展呈直线上升，进入21世纪地质雷达出现了稳定发展的趋势。地质雷达作为近十余年来在国内迅速发展起来的地球物理高新技术方法，以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点，备受广大工程技术人员的青睐。地质雷达是一种用于研究材料介质分布的广谱电磁波技术，地质雷达方法作为一种新的非开挖无损检测技术，已经被列入公路工程质量检验评定标准16（JTG F80/1-2004）。地质雷达是浅层地球物理勘探的一种工具，是一种高分辨探测技术。近年来，随着高频微电子技术和计算机数据处理方法水平的不断提高，地质雷达技术得到了长足地进步，从早期的弱损耗介质到目前大多数领域的介质，解决近地表一些重要的高分辨率探测问题。目前，地质雷达已广泛应用于许多行业和领域，包括铁道与道路工程、地质工程与岩土工程勘察、建筑工程、隧道工程、采矿工程、水利水电工程、管线工程、环境工程、考古等。地质雷达由于其高效快捷、高分辨率、成果解释可靠等特征，在我国浅层与超浅层地质调查及工程中得到了广泛应用。如探查覆盖层厚度、松软层厚度及分布、基岩风化层界面及分布、基岩节理和断裂带、地下水、分布等，探测地下溶洞、空洞、塌陷区、地下排污巷道、管道及地下管线等。如茹瑞典17（1996）探测地下管道；邓世坤18（2000）对城市下水道或排污管的探测与渗漏检测；王俊茹等19（2002）探测古溶洞、管道沟、涵洞以及地下掩埋体等等。1.2.3高密度电法研究概况高密度电法（High Density Electric Method，简称HDEM）是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，依据预先布置的若干道电极采用预定装置排列形式进行扫描观测，研究地下一定范围内大量丰富的空间电阻率变化，从而查明和研究有关地质问题的一种直流电法勘探。高密度电法最早起源于20世纪70年代末期的阵列电探思想，英国学者所设计的电测深偏置系统实际上就是高密度电法的最初模式。80年代中期，日本地质计测株式会社曾借助电极转换板实现了野外高密度电阻率法的数据采集，不过由于整体设计的不完善性，这套设备没有充分发挥高密度电阻率法的优越性。逐步在地基调查、地下水勘探、灌浆效果检测和地下水渗透等方面取得一定的效果。80年代后期，我国原地质矿产部系统率先开展了高密度电阻率法及其应用技术研究，从理论与实际结合的角度，进一步探讨并完善了方法理论及有关技术问题，也研制成了几种类型的仪器。到90年代随着电子计算机的普及和发展，其优点被越来越多的人认识，该方法先后在重大场地的工程地质调查、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝探测等众多工程勘察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益20。高密度电法可探测岩溶、洞穴、断层、破碎带、路基状态、道喳陷槽、采空区、翻浆冒泥和地质界限的产状等，用途广泛。具体在城市管线探测、人防工程探测、城市地下埋藏物探测、隧道渗漏探测、断层探测、堤坝质量和提防渗漏检测等中都有广泛的应用21。如刘晓东等22（2001）在管线探测、物探找水、岩溶及地质灾害调查等工程物探中使用了高密度电法；郭铁柱23（2001年）使用高密度电法在某水库坝基渗漏勘查中收到了良好的效果等等。1.3研究内容和研究思路设置地下排水系统的目的就是汇集可能流向路基工作区的地下水，进而阻断水分进入路基工作区。地下水有两个来源，一是路基工作区地表水的渗入，二是路基邻近区域地下径流的汇入。尤其是在山区，公路挖方路段、半填半挖路段占有很大的比例，邻近路基汇水区域面积比较大，在暴雨季节会形成流量较大的地下径流，这部分水会在自身重力作用下向路基工作区迁移，给路基的稳定带来很大的隐患。在地下水危及路基稳定(包括整体稳定和局部稳定)或者严重影响路基强度的情况下，应根据具体情况采取拦截、排引含水层地下水，降低地下水位等措施。本文在详细分析路基排水系统设施，以及地质雷达和高密度电法探测技术、方法理论的基础上，针对路基排水工程的特性和检测方法的可适用性，结合渝宜高速长万段排水工程排水效果检测实例，对路基排水工程及排水效果无损检测进行了深入细致的研究。本文的主要研究内容和思路主要有以下几个方面：（1）对公路排水系统进行论述，尤其是路基排水系统，以及水损害对公路的影响研究；（2）分析常见物探技术，比较提出本论文的两种探测技术，地质雷达和高密度电法；（3）对地质雷达探测技术的方法理论、资料处理和解释进行论述，对路基排水工程的排水效果检测进行研究；（4）对高密度电法探测技术的方法理论、资料处理和解释进行论述，对路基排水工程的排水效果检测进行研究。25第二章 路基排水工程第二章 路基排水工程水是影响公路质量的重要因素，路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切，就病害的规模、范围和成因而言，水往往是决定性的因素之一。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。地面水包括大气降水（雨和雪）以及海、河、湖、水渠、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，则使土体过湿而降低路基强度。地下水包括上层滞水、潜水、层间水等，它们对路基的危害程度，因条件不同而异。轻者能使路基湿软，降低路基强度，重者会引起冻胀、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毁灭性的破坏。路基路面排水设计的目的就是将影响结构层强度和稳定性的地下水及地表水及时的排出公路范围，使路基路面始终保持干燥、坚实和稳定的状态。为此，应尽可能将停滞在路基范围内的地表水，迅速排除，并防止用地范围以外的地面水对路基的侵蚀和冲刷，同时亦要降低地下水位，防止地下水危害路基。2.1路面排水方式路面排水方式的选择，主要依据路面表面水可能对路堤坡面造成的冲刷程度。路面表面排水方式可分三种：横向漫流分散排水方式、集中截流排水方式和分散集中排水方式24。路面表面水通过路面、路肩的横向坡度与路线纵坡的合成坡度斜向漫流形式向路堤坡面分散排出的方案称之为横向漫流分散排水方式，这种方式是路面排水设计时首先考虑的方案。横向漫流分散排水方式一般在路堑段或汇水量不大、路线纵坡小于0.3%、填土较低的路堤段以及边坡有防护、不易产生冲刷的路堤段上采用。在硬路肩外侧边缘处设置拦水缘石，将路面表面水汇集在拦水缘石与硬路肩路面铺面组成的浅三角形过水断面内，然后通过间隔一定间距设置的泄水口和路肩急流槽集中排放到路堤坡脚外的排水方式称之为集中截流排水方式。集中截流排水方式多在汇水量大、路线纵坡大于0.3、填土高度较高的路堤段中采用。路面表面水通过路面、路肩的横向坡度与路线纵坡的合成坡度斜向漫流形式向路堤坡面集中排出的方案称之为分散集中排水方式。在汇水量较大、路线纵坡小于0.3%的高路堤段采用分散集中排水方式较其它方式排水效果要好。三种排水方式的适用条件及优缺点见表2.1。表2.1 三种排水方式的适用条件及优缺点Tab.2.1 application, advantages and disadvantages of three drainage patterns排水方式适用条件优点缺点横向漫流分散排水1.控方路堑段2.汇水量小、路线纵坡小于0.3%的低路堤段3.边坡不易冲刷的路堤段1.路面水能完全、迅速地排出2.排水工程最省1.暴雨可能产生路堤边坡冲刷2.需加强边坡防护集中截流排水1.汇水量大、路线纵坡大于0.3%的高路堤段2.边坡易冲刷的路堤段能最大限度的防止边坡冲刷1.路面水不能完全排出2.排水工程量大、施工程复杂分散集中排水汇水量大的高路堤段1.路面水能完全、迅速地排出2.排水工程较省需加强边坡防护，防护工程量较大2.2路基排水工程路基排水工程的任务是把路基工作区内的土基含水量降低到一定范围内。土基含水量过大，便会引起土质松软，强度降低，边坡坍塌，基身沉陷或滑动，影响交通。在公路建设中，应根据沿线的降水与地质水文等具体情况，设置必要的地面排水、地下排水、路基边坡排水等设施，并与沿线桥涵配合形成良好的排水系统，以保证路基的强度及边坡的稳定。路界范围内水主要有三个方面的来源：路基使用区范围内的地表降水；路基邻近区域的地表径流；地下水。完整的排水系统必须包括可以拦截这三方面水来源的排水工程。进入路基工作区的地下水有以下几种形式：1）挖方路段，两侧山坡渗透水在重力作用下向路基工作区迁移；2）填方路段，降落在路堤边坡的雨水向路基内部渗入；3）个别挖方路段，在雨季地下水位较高的情况下，水分在毛细作用下从不透水层向路基工作区迁移；4）渗透裂缝或岩石裂缝中水在车辆荷载反覆作用下向路基工作区渗透。挖方路段、填方路段路界范围内水的来源分别如图2.1、图2.2所示。图2.1 挖方路段路界水来源示意图Fig.2.1 water sources diagram of the c excavation section图2.2 填方路段路界水来源示意图Fig.2.2 water sources diagram of the fill section排水结构物主要是对影响路基稳定的地面水和地下水加以拦截并排除于路基范围以外，防止地面水漫流、停积或下渗，同时拦截、旁引、排除含水层的地下水，降低地下水位等。考虑本课题的研究针对路基排水工程，因此本文主要介绍跟路基直接有关系的排水类型。路基排水工程依据设施设计的位置和功能分为地面排水设施和地下排水设施，常用的地面排水设施包括边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、倒虹吸、渡水槽、蒸发池等；地下排水设施包括明沟、暗沟、盲渗沟、渗井等。2.2.1地面排水设施排除公路用地范围的地表水，包括由落在路界范围内的降水形成的地表径流，可能进入路界的公路毗邻地带的地表水，以及由相交道路流入路界内的表面排水等。路基地面排水的任务是及时排出地表径流，将路基范围内的土基湿度降低到一定的范围内，保持路基常年处于干燥和中湿状态，防止路基沉陷起到关键性的作用，确保路基路面具有足够的强度与稳定性。常用的路基地面排水设施，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水及急流槽等，必要的时候还有渡槽、倒虹吸及积水池2526等。1.边沟、截水沟与排水沟1）边沟不管是挖方路段还是填方路段，边沟是最基本的排水设施，用来汇集排除填方路基边坡降水、路堑边坡降水以及路基邻近区域的地表径流。边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，边沟走向与路中线平行，用以汇集或排除路基范围内和流向路基的地面水。边沟分土质边沟、石质边沟和浆砌边沟。土质边沟宜采用梯形，内侧边坡一般为1:11:1.5；石质边沟宜采用矩形，边坡为1:01:0.5；浆砌边沟内侧边坡可直立。边沟的底坡度应结合路线纵坡、地形、土质、出水口位置等情况选定，尽可能与路线纵坡坡度保持一致。底坡坡度、出水口位置和沟壁的允许流速或冲刷防护，三者是综合在一起考虑的，相互协调一致。确定边沟的底坡时应同时考虑避免沉积物沉积和防止边沟的冲蚀，考虑各方面的因素，边沟底坡坡率不能小于0.5%，以防淤积，平坦地区，内壁光滑的浆砌片石边沟的底坡坡率最小可设置为0.25%。各级公路的长路堑路段，以及其它横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。在由路堑过渡到路堤，边沟沟底到填土坡脚高差过大处；边沟水引向桥涵进口处等，水流均有冲刷路基边坡，或使桥涵进口淤塞，或冲毁构造物的危险，必须设置护坡、导流墙。深挖路段，如果地下水位较高，地下水环境可能会影响边沟断面类型的选择，因此应探明地下水活动情况，同时确定地下排水系统的类型，并保证边沟与该排水系统关联，共同构成完整的排水体系。2）截水沟截水沟走向与路中线基本平行，用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填