路基地下排水

路基地下排水是指排除路基範圍內的地下水或降低地下水位。路基地下排水設施主要指路基的明溝、暗溝、盲溝、滲溝和仰斜式鑽孔排水等構築物。

基本信息

設計要點

1.地下排水設計的要點

(1)在地下水危及路基穩定(包括整體穩定和局部穩定)或者嚴重影響路基強度的情況下,應根據具體情況採取攔截、旁引、排除含水層的地下水,降低地下水位或疏乾坡體內地下水等措施。

(2)進行地下水排水設計前,應進行野外工程地質和水文地質調查、勘探和測試,摸清地下水的類型和補給來源、地下水的活動規律以及有關水文地質參數。

(3)在排除地下水的同時,應採取措施防止地表水下滲而造成對地下水的補給,也不允許將地表水排放人地下排水設施內。

(4)地下排水溝管應儘可能採用較大的縱坡,在出水口端應加大縱坡坡度.其最小縱坡坡度一般不宜小於0.50% ;條件困難時,主溝的最小縱坡不得小於0.25% ,支溝的最小坡度不得小於0.20%。

(5)地下排水溝管的出水口間距不宜大於300m,並應妥善處理出水口的排水通道,防止出現漫流或沖刷山坡坡面。可以允許將地下水排放到路界地表排水系統中,但出水口處的地下水必須處於無壓狀態。

(6)地下排水溝管的上游端頭應設定45°傾角與地面清掃、疏通井管;在中間段的管道交匯處、轉向處、管徑或坡度變換處,應設定豎直的檢查井管,其最大間距不得超過150 m。

2.水文地質資料的調查與資料收集

地下排水設各設計前應收集既有的工程和水文地質等有關資料,並通過野外調查及坑探和鑽探測試,收集以下資料。

(1)地下水的類型和補給來源;含水層和不透水層的性質、層數和厚度。

(2)泉水出露的位置、類型、流量和動態變化。

(3)地下水的流向、流速和水力坡度。

(4)地下水的埋置深度、水位變化規律和變化幅度。

(5)當地地下水的利用和已有的地下排水實施的使用情況。

主要設備

1.暗溝

相對於地面排水的明溝而言,暗溝又稱盲溝,具有隱蔽工程的含義。從盲溝的構造特點出發,由於溝內分層填以大小不同的顆粒材料,利用滲水材料透水性將地下水匯集於溝內,並沿溝排泄至指定地點,此種構造相對於管道流水而言,習慣上稱之為盲溝,在水力特性上屬於紊流。

一側邊溝下面所設的盲溝,用以攔截流向路基的層間水,防止路基邊坡滑坍和毛細水上升危及路基的強度和穩定性。

路基兩側邊溝下面均設盲溝,用以降低地下水位,防止毛細水上升至路基工作區範圍內,形成水分積聚而造成凍脹和翻漿,或土基過濕而降低強度等。

設在路基挖方與填方交界處的橫向盲溝,用以攔截和排除路重下面層間水或小股泉水,保持路堤填土不受水害。以上所述的盲溝,溝槽內全部填滿顆粒材料,可以理解為簡易盲溝,其構造比較簡單,橫斷面成矩形,亦可做成上寬下窄的梯形,溝壁傾斜度約1:0.2,底寬b與深度h大致為1:3,深約1.0~1.5 m,底寬約0.3~0.5 m。盲溝的底部中間填以粒徑較大(3~5 cm)的碎石,其空隙較大,水可在空隙中流動。粗粒碎石兩側和上部,按一定比例分層(層厚約10cm)填以較細粒徑的粒料,逐層粒徑比例大致按6倍遞減。盲溝頂部和底面,一般設有厚30 cm以上的不透水層,或頂部設有雙層反鋪草皮。

簡易盲溝的排水能力較小,不宜過長,溝底具有1%~2% 的縱坡,出水1:3底面高程應高出溝外最高水位20cm,以防水流倒滲。

寒冷地區的暗溝,應做防凍保溫處理或將暗溝設在凍結深度以下。

2.滲溝

採用滲透方式將地下水匯集於溝內,並通過溝底通道將水排至指定地點,此種地下排水設備統稱為滲溝,它的作用是降低地下水位或攔截地下水,其水力特性是紊流,但在構造上與上述簡易盲溝有所不同。滲溝有三種結構形式。

盲溝式滲溝與上述簡易盲溝相似,但構造更為完善,當地下水流量較大,要求埋置更深時,可在溝底設洞或管,前者稱為滲洞,後者稱為滲水隧洞。滲溝的位置與作用,視地下排水的需要而定,簡易盲溝相仿,但溝的尺寸更大,埋置更深,而且要進行水力計算確定尺寸。公路路基中,淺埋的滲溝約在2~3m以內,深埋時可達6 m以上。

滲溝底部設洞或管,底部結構相當於頂部可以滲水的涵洞。洞式滲溝結構圖例之一,其洞寬b約20 cm,高約20~30 cm;蓋板用條石或混凝土預製板;板長約為2b,板厚P≥15 cm,並預留滲水孔,以便滲人溝內的水匯集於洞內排出。洞身要求埋人不透水層內,如果地基軟弱還應鋪設砂石基礎;洞身埋在透水層中時,必要時在兩側和底部加設隔水層,以達到排水的目的。洞底設定不小於0.5% 的縱坡,使集水通暢排出。

當排除地下水的流量更大,或排水距離較長,可考慮採用管式滲溝。滲溝底部埋設的管道,一般為陶土或混凝土的預製管,管壁上半部留有滲水孔,滲水孔交錯排列,設於邊溝下的管或滲溝。管的內徑D由水力計算而定,一般約0.4~0.6m,管底設基座。對於冰凍地區,為防止凍結阻塞,除管道埋在冰凍線以下外,必要時採取保溫措施,管徑亦宜較大一些。

3.滲井

滲井屬於立式地下排水設備,當地下存在多層含水層,其中影響路基的上部含水層較薄,排水量不大,且平式滲溝難以布置;採用立式(豎向)排水,設定滲井,穿過不透水層,將路基範圍內的上層地下水,引入更深的含水層中去,以降低上層的地下水位或全部予以排除。

滲井的平面布置,以及孔徑與滲水量,按水力計算而定,一般為直徑1.0~1.5 m的圓柱形。亦可是邊長為1.0~1.5m的方形。井深視地層構造情況而定,井內由中心向四周按層次,分別填人由粗而細的砂石材料,粗料滲水,細料反濾。填充料要求篩分沖洗,施工時需用鐵皮套筒分隔填入不同粒徑的材料,要求層次分明,不得粗細材料混雜,以保證滲井達到預期排水效果。

鑒於滲井施工不易,單位滲水面積的造價高於滲溝,一般儘量少用。有時,因土基含水率較大,嚴重影響路基、路面的強度,其他地下排水設備不易布置,其他技術措施如隔離層的造價較高,此時滲井可作為方式之一,設計時應進行分析比較,有條件地選用。

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