路桥连接处排水系统初步研究

摘要：水是危害公路工程正常运营的主要自然因素之一。设置科学合理的排水系统，对有效排除桥面范围内的降水，防止桥面汇水通过桥头裂缝渗入到路基内部，减轻桥头路基沉陷，保证桥梁和引道良好的使用性能和行车安全，都是十分必要的。
关键字：路桥连接处，排水系统，路基沉陷

1 引言
桥面上积水，会阻碍交通，给行车带来漂滑等不利影响，另外，积滞在桥面上的雨雪有可能会通过桥面铺装渗透到面板内部，锈蚀钢筋骨架，降低桥梁的使用寿命。因此，应合理地进行桥面排水设计，尽量减小雨水对桥梁的危害。桥头连接处的主要排水问题应包括：桥面汇水的排除、桥头路基内部渗水的拦截与排除、桥头路堤的边坡坡面排水与冲刷防护等。

2 桥面排水设计研究
桥面表面排水采用桥面纵向、横向坡度以及缘石拦水带、横向或垂直进水口、排水管来排除表面水。跨越公路铁路的分离式立交桥、城市高架桥及水质受保护的河流的桥梁，进入进水口的桥面表面水应汇集到桥梁纵向排水管中并排入墩、台处的竖向排水管，最终排入河沟中。
桥面表面水首先靠桥面横坡和纵坡组成的合成坡排向行车道两侧。因而，桥面应有足够的横向和纵向坡度，使落在桥面上的降水迅速排向桥面行车道两侧。在桥面行车道两侧采用缘石的情况下，表面水汇集于缘石和桥面组成的浅三角形或浅碟形的过水断面内并沿纵向流动，间隔一定距离在桥面行车道边缘设置横向或垂直进水口，将雨水经排水管排离。
由于水的汇集和集中排放需要一定的时间，在桥面行车道边缘的过水断面内的积水量过大时，水面宽度也会增大，对于高速公路和一级公路的桥面，水面只能覆盖行车道边缘之外的部分，以保证右侧行车道无积水。桥面横向坡度决定了水流的方向，也影响桥面行车道边缘过水断面的漫流宽度。为了减少此过水断面的漫流宽度，或者使进水口间距不至于太密，可在靠近边缘约0.5-1.0m宽度范围内适当增加铺面的横向坡度；也可适当增加桥面横坡坡度，使之比路面横坡坡度大0.5％。
对于桥头连接处的排水系统，还应注意，若处于桥梁的上坡端，排水设施应对从引道流下的路面汇水进行阻截，避免引道上的水流涌上桥面，使桥面排水系统超负荷；而处于下坡端的桥头排水设施应该有效拦截桥面表面水流向引道，避免引道上有过多的积水。另外，在桥梁伸缩缝的上游方向约定1.5m处，应增设进水口，以减少流向伸缩缝的水量。因此，桥头连接处排水设施的布设数量、位置要保证排水系统有足够的排泄能力。
排水设施应有良好的耐久性。排水设施很容易被流水带来的杂物所堵塞，因此设计的设施要便于经常性的检查和清扫。

3 桥头路基内部排水
在降雨情况下，雨水可能会通过桥头裂缝或桥头附近路面渗入到路基内部，当路基填土为低透水性填料时，内部的雨水向两侧和向下渗透的速度很慢，在这种情况下，雨水会长期积滞在路基内部，使路基强度下降，变形增加，进而导致道路整体结构承载能力降低，使用寿命缩短。因此，桥头路基内部排水是十分重要的。
3.1 路基内部排水系统的设计原则
设置路基内部排水系统的目的就是迅速排出积滞在路基内部的自由水，因此，在设计时要保证各项设施具有足够的泄水能力，同时还要考虑排水设施的耐久性和自由水在结构内部的渗流时间。
3.2 路基内部排水系统的结构形式
根据现有的资料分析，桥头路基内部排水的结构形式一般有五类：桥台背上设泄水孔、连续排水层、软式透水管、集水沟+横向集水管（同时为出水管）、集水沟+横向集水管+纵向出水管。
对以上五种形式的排水结构进行比较分析可得：第四种结构形式施工技术相对复杂些，但从长远角度考虑，其排水效果好，后期维修费用低。

4 路面表面排水设计的研究
桥头连接处的路面表面排水系统的主要任务是迅速排除降落在路面、路肩范围内以及由桥面汇流来的雨水，如若路面上的雨水不能及时有效地排出，那么路表面就会形成水膜，使路面与车轮之间存在一层水垫层，降低路面的抗滑性能，极易引发交通事故；而且，高速行驶的车辆会使路面上积有的雨水雾化，遮挡司机视线；再有，雨水会通过路面上的空隙、裂隙或裂缝，渗入到路面结构内部，从而引起路面的早期破坏，严重者还会影响到路基的强度和稳定，使桥头路基出现沉陷。因此，合理地进行路面表面排水系统的设计，是保证公路正常运营的重要工作。
桥头路堤路面表面排水形式一般有两种：（1）分散排水。即以横向漫流的分散排水方式将路面表面水向路堤坡面排放；（2）集中排水。即横向漫流式和排放式。根据泄水口布设位置的不同，集中排放式一般又分为：缘石开洞式和平底格栅式两种形式。
缘石开洞式结构是直接在缘石或拦水带上设进水口，其结构形式简单，不妨碍交通，是广泛采用的排水形式之一，但由于缘石或拦水带排水沟中的水流方向总是与缘石开洞入水口平面的法线方向垂直，在水流惯性力的作用下，其截流效率较差。
平底格栅式通常设置在缘石或拦水带排水沟底部，直接拦截水流，截流效果较好，但在泥沙及土来源丰富的地方，易造成进水口的堵塞。根据格栅的放置方向，该形式入水口又分为纵格型和横格型。纵格型开口的长方向与路肩排水沟内水流方向一致，试验表明，同样的尺寸及开孔率，纵格型截流效果比横格型好。
集中排放式结构对边坡的冲刷程度较小，故常用于高等级公路中。但当降雨量大时，长距离设拦水带，路面水会出现滞留现象，在路表面形成水膜，使路面与车轮之间隔有一层水垫层，降低路面的抗滑性能；且积水容易形成雾障，影响行车安全；受路面平整度影响，拦水带附近往往残留积水，长期如此易使路面发生破坏；设置急流槽影响防护工程和植物绿化，同时也影响路容景观。由于需要修建拦水带和急流槽，集中排放式结构工程投资比横向漫流式的要大。
在工程中具体采用哪种形式的排水结构，需要结合公路等级，进行投资的经济分析和比较，来加以确定。

5 桥头路堤的边坡坡面排水与冲刷防护
对于桥头连接处的排水系统考虑了对从引道流下的路面汇水和从桥面汇流下来的表面水的拦截，避免了桥头连接处附近出现过多的积水。另外，在桥梁伸缩缝的上游方向约定1.5m处，应增设进水口，以减少流向伸缩缝的水量。所以，桥头路面的汇水量一般不会比其它位置的汇水量大很多，可以根据路面汇水面积、路堤高度、路线纵坡及坡面防护方式等因素，选择集中排水或分散排水方式。对于高等级公路高填方路段，一般采用集中排水方式，同时，对边坡坡面进行相应的防护。
边坡防护主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土的风化、破碎、剥蚀演变过程，从而保护路基边坡的整体稳定性，同时美化路容和协调自然环境。
边坡防护按其使用性质大致可分为两类：坡面防护和冲刷防护。其中冲刷防护分为直接和间接两种。直接防护包括地面加铺护面墙、混凝土板或采用砌石护坡以及土工织物护面等；间接防护则指沿河路堤修筑调冶构造物和对河道进行整治。按材料分类可将防护分为：植物防护、污工防护和综合防护。

6 结论
在总结桥面排水系统的结构形式的基础上，结合国外有关资料，提出了需设桥面排水系统的最小桥长，并采用试算方法计算了处在竖曲线内桥面排水的进水口间距。对桥头路基内部排水结构形式进行了比较，结合桥头路基模型入渗试验的结果，提出了集水沟+集水管(同时为出水管)排水形式的布设方法，为实际工程中设计桥头路基内部排水系统，提供了一定的参考。