城市道路路侧积水问题分析

陈　迪

(沈阳市市政工程设计研究院, 辽宁 沈阳　110015)



城市道路路侧积水问题分析

陈迪

(沈阳市市政工程设计研究院, 辽宁 沈阳110015)

摘要:根据沈阳市城市道路的现状,着重从道路设计的角度,针对路侧积水问题进行了分析,从道路横纵坡、结构材料、雨水口处理等方面给出改善方案,并阐述了各种方案的优缺点和可实施性.

关键词:城市道路; 路面排水; 道路横坡; 雨水口; 道路设计

排水问题可以说是一个全社会关心的问题,雨水口、雨水管道乃至排水系统是影响排水效果的决定性因素,道路的设计和施工,也会对路面收水的效果产生很大影响.本文主要针对路面收水问题进行研究.

道路设计对排水功能的重要意义在于是否能够快速有效地进行路面收水.在道路设计的平、纵、横和道路结构等各方面都应该时刻体现出对排水这一重要道路功能的实现,横坡与纵坡应组合得当,并应利于路面排水和行车安全.

1现状分析

通过对沈阳市各级道路的实地调查研究发现,路面积水问题是普遍存在的,特别是在雨后,机动车道路侧普遍有积水情况出现.大量积水无法排出的问题根源在于排水管道不能满足需求.造成这种情况的原因有很多,比如各级道路不同的交通情况、老旧程度等.

路面雨水收水口,是整个排水系统的开端,只有路面达到良好的收水效果,才能实现整个排水系统的功能.

与公路不同,市政道路不会采用透水路面,路面雨水都是通过雨水口进入排水系统中.从沈阳市道路情况来看,城市主干路如二环路,大车比例大,而且多行驶在边道,造成机动车道路面最外侧车辙现象严重,甚至有沉陷发生,车辙处距离路边大约0.5 ~1 m,车辙深度不等,严重处高差有5 cm之多,而排水口设置在路边,车辙沉陷处积水难以收入雨水篦中;城市中心主要道路如青年大街等,道路等级高,养护及时,对大车施行了限行措施,车辙几乎没有出现,排水效果也很好;其他等级道路主要问题表现为道路横纵坡坡度过小、雨水篦处路面衔接不畅等.

沈阳市从2009年开始了大规模的旧路改造,每年都有一批主次干道和小街小巷在施工.通过对旧路改造的实际测量,多数道路的横坡度不足1.5%,一般在1%,甚至只有0.7%~0.8%.同样,道路纵坡也较小,5年以上的路面基本达不到0.3%的最小道路纵坡,很多路段都是1%左右.这样的道路横纵坡路面排水显然速度慢,难以达到理想的排水效果.

道路的施工质量和后期养护也是造成积水问题的重要因素.压实度和平整度是较为重要的指标,碾压压力与碾压遍数不足,路基没有充分压实,高程控制不准确,都是施工中容易出现的问题.

2处理方案

合理设置雨水口及道路坡度、消除车辙是解决路面积水问题的关键.同时还应该加强施工质量,包括道路结构压实度、坡度控制、收水口的质量控制等.

2.1　坡度控制

2.1.1道路横纵坡设计

新建道路必须严格按照规范规定的最小纵坡0.3%、横坡度1.5%来控制设计参数.旧路改造应该将原路面过小的道路横纵坡给予调整,但是从实际情况来看,一般采用的是整体补强、局部翻建的处理方式,所以很难将过小的坡度全部调整到规定的范围内.在这种情况下,可以采取调拱的方式来解决,横向将路中位置调拱厚度增加,路侧适当多增加铣刨厚度,对于一般城市道路20 m机动车道的断面来说,路中调拱高度为2 cm、路侧铣刨4 cm时,道路横坡可以增加0.6%.纵向调拱也可以采用这一办法,将原旧路纵坡小于0.1%的路段进行调整.调拱厚度同时受横、纵向调整的影响,不宜过大,如果能将合成坡度加大0.5%,对于道路坡度将是一个很大的变化,收水效果也会提高很多.

道路横断路拱的选择和设计也是至关重要的一环,可以根据道路的宽度和两侧散水高程等具体情况选择更适宜的路拱形式和路拱指数,以利于路表雨水顺畅快速地排入雨水口.路拱纵距计算式如下[1]:

式中,y为距行车道中点的横向距离,B为路面宽度,h为路拱高度,x为距路中线的横向距离.

以20 m宽的机动车道为例,对道路横断路拱形式和横坡度进行分析.

(1) 直线横坡:采用双向1.5%坡度的直线横坡,路拱形式如图1.

图1　直线路拱横坡图

可以看出道路整个路幅的横坡度均为1.5%,这种直线型路拱更适用于刚性路面或较窄的路面[2].

(2) 抛物线路拱横坡:为了加大路侧横坡,更适宜选用的是双向抛物线路拱.从沈阳市道路设计情况来看,也是采用抛物线路拱居多.抛物线路拱应根据横坡度和路宽采用不同的方次指数.同样采用1.5%的道路横坡时,路拱指数为1.5,即1.5次抛物线,路拱形式如图2.

可以看到,机动车道最外侧横坡度可以达到2%以上,更利于横向排水.若采用路拱指数为1.75,即1.75次抛物线,路拱形式如图3.

图2　1.5次抛物线路拱横坡图

此时机动车道最外侧横坡度可以达到2.5%,排水效果可以明显提升.但是过大的道路横坡不利于车辆的安全行驶和道路美观.选取机动车行驶在最外侧车道时的最不利情况进行计算,要保证自道路外侧边线至离外侧边线横距为2.5 m处的割线坡度在1.5%~2.5%之间变化.当路拱指数大于1.75时,割线坡度大于2.5%,不宜选用.此外,从合成坡度来看,当道路纵坡为0.3%时,路侧合成坡度为2.5;当道路纵坡为3%时,路侧合成坡度为3.9%,合成坡度过大,对于路侧行车安全不利,所以不建议采用更大的路侧横坡度.

图3　1.75次抛物线路拱横坡图

综上分析,当路面宽度为20 m时,采用1.5%横坡度和1.75路拱指数的抛物线路拱为宜;当路面宽度大于20 m时,采用1.5%横坡度和1.5路拱指数的抛物线路拱为宜,或采用抛物线加直线的路拱形式.

(3) 抛物线加直线路拱横坡:当采用抛物线加直线的路拱形式时,为了路侧排水更好,道路横坡宜选用2%,路拱指数为1.5时路拱形式如图4.

路拱指数为1.75时路拱形式如图5.

图4　1.5次抛物线加直线路拱横坡图

图5　1.75次抛物线加直线路拱横坡图

这种路拱形式不会出现路侧坡度过大的情况,但是路拱指数为1.5时路侧高差变大,当路面宽度大于20 m时,路侧高差会更大,对于城市道路来说不利于视觉美观及与周边地块的衔接,故选用1.75的路拱指数为宜.

道路的路拱形式、坡度和路拱指数,需要在设计中根据路拱方程验算各点的高差,综合考虑分析进行取值,在保证行车安全的前提下,尽量加大路侧坡度,以利于路面收水.

2.1.2施工控制

施工时应严格按照设计的横纵坡坡度要求进行,特别是对机动车道路侧的坡度控制和平整度控制.如果路面结构各层的横纵高程控制不足,甚至出现较大偏差的话,不仅不能达到设计要求的标准坡度,与雨水口也无法良好衔接.路床和基层都应严格控制高程,做到纵横断面平顺,路拱一致;应控制好沥青面层各层的虚铺厚度,特别应该加细控制雨水口之间的路边高程,切勿低于下游雨水口附近高程,消除路侧积水.平整度较差的路段,面层容易在行车作用下向低处积聚而形成隆起现象,应严格控制混合料的级配,基础和面层各层的平整度均应达到要求.

检查井本身属于刚性,路面属于柔性,在车辆反复重压下,路面较检查井会存在沉降量大的问题[3].检查井周围的回填土,应该从检查井基底开始,围绕检查井分层夯实,基层结构分层碾压,达到压实度标准.雨水口周围应采取特殊夯实措施,如果碾压面层材料时雨水口有少量下沉,应注意用沥青混合料进行找补和夯实.

2.2　消除车辙

2.2.1道路结构材料的选取

路面在车辆载荷作用下轮迹处下陷,轮迹两侧往往伴有隆起现象,形成纵向带状凹槽,即车辙.道路基层结构一般采用的是水泥稳定碎石,为半刚性基层,上铺设三层或两层沥青混凝土面层.目前沈阳市多采用的是表面层添加SBS改性剂,SBS改性沥青提高了沥青路面的高温稳定性,减少了车辙现象的发生[4].但是由于中面层是主要受力层,在长期重交通压力下还是易形成车辙,为了减轻甚至避免车辙的产生,对于通行重车比例较大的道路,可添加沥青改性剂,提高抗车辙能力.

(1) 高模量沥青混凝土.高模量沥青混凝土是通过使用高模量外加剂或高模量低标号沥青两种方式实现的.通过改善沥青混合料的内摩擦角和粘聚力,减少沥青混合料在载荷作用下的应变和高温塑性变形,从而达到提高沥青混合料模量、延缓车辙产生、延长路面使用寿命的目的.

该技术有效地改观了道路中面层建设理念,为按照功能性设计路面结构提供新的路面材料,也为实现路面的长寿命设计提供理论支持.从道路使用情况考虑,在重载交通道路、交通量大的道路、长大纵坡路段和高温、慢速交通道路,都可利用该技术有效抑制车辙病害的产生.

在中面层沥青混合料中添加高模量添加剂,可选用法国PRI公司的PR MODULE型添加剂或路宝牌高模量添加剂,掺量为混合料总重的0.4%.高模量添加剂技术要求见表1.

表1　高模量添加剂技术要求

高模量添加剂的造价较低,从经济性方面来考虑,是可以大面积应用的一种改性剂.

(2) PR PLASTS抗车辙添加剂.2001年,PR PLASTS进入中国市场,国内工程业绩已达2 500 km.PR PLASTS在拌合过程中填充嵌挤到级配骨架的空隙中,使集料颗粒相互紧紧嵌锁而形成整体骨架,提高抗车辙能力.同时通过化学反应改善基质沥青的各项指标,提高沥青混合料的整体性能.PR PLASTS的剪切屈服和裂纹胶结作用使得混合料应变能较高,PR PLASTS在载荷作用下产生粘弹性流动和塑形流动而消耗应变能,引起裂缝钝化或者使裂缝不致过快发展,当裂缝发展接近不能穿越的PR PLASTS或矿料颗粒时,它会在进一步传播之前发生弯折,消耗更多的能量,从而提高混合料的低温抗裂性能.

PR PLASTS抗车辙剂作用机理主要可概括为在沥青混合料中的机械嵌挤、加筋、胶结三大作用,从而提高沥青混合料的路用性能[5].

机械嵌挤作用:PR PLASTS颗粒在拌和与施工过程中由于高温的作用而软化,再经过碾压后成型,这样就将添加剂的颗粒填充嵌挤到级配骨架的空隙中,限制了矿料间的相对滑动,加强了混合料之间的相互作用力,使混合料结构更加紧密,增加了混合料在高温下承受载荷及抗车辙的能力.

加筋作用:当沥青混合料中片状或纤维状的PR PLASTS变形体达到一定体积时,这些变形体相互搭接、缠绕在一起,形成一个立体网状结构----PR PLASTS变形体纤维网,将矿料颗粒牢固地限制在网络内,从而使沥青混合料整体强度提高.

胶结作用:添加剂在高温时投入沥青混合料的拌和设备中,PR PLASTS处于粘流态,通过润湿和浸润作用,均匀地包裹在矿料颗粒表面.当温度冷却后,处于弹性状态的PR PLASTS与矿料胶结的界面具有很高的刚度和强度.

PR PLASTS改性剂外掺剂量为沥青混合料质量的0.4%,其主要技术指标要求见表2.

表2　PR PLASTS添加剂技术要求

注:热变形(将试件在150 ℃烘箱内放置60 min)软化

(3) 半柔性路面-TX铺装.这是一种兼具水泥混凝土路面和沥青路面优点的新型刚柔相济的路面-TX铺装,是将添加了TX-O添加剂的水泥浆灌注到高孔隙率的开级配母体沥青混合料中的半柔性铺装工艺,可以替代上面层和中面层使用,抗车辙效果较好,但是造价较高,每平米约为340元,相比较常规路面每平米需要增加140元.由于造价较高,可以在建设标准较高的道路外侧车道或局部使用.TX铺装的特点有:抗车辙性能好;静载荷引起的变形较小;耐磨损性能好;根据需要进行着色,提高彩色景观效果;具有耐油性及抗燃性;施工快捷,养生时间短;使用寿命长,道路生命周期成本低.适用于公交专用线、车站、路口、停车场、加油站等.此路面结构在北京快速公交线路上有很好的应用效果.

2.2.2施工控制

形成车辙的原因有很多,沥青混合料热稳定性不足,级配不好,细骨料偏多,骨料间未形成嵌锁结构;沥青混合料面层施工时未充分压实;基层未充分压实,都是容易出现的因素.

沥青混合料中的粗骨料应形成良好的骨架作用,细骨料应充分填充空隙,沥青混合料稳定度等技术指标应满足规范要求.施工时必须按照相关规范要求进行碾压,基层和面层的压实度应分别达到98%和95%.同时注意碾压时的温度控制.

压路机应按照规定的碾压工艺要求进行,遇到路基无法压实的情况,应及时对路基进行处理,可采用晾晒、换填等方式.并且应该加强现场试验检验,发现压实度不足的情况及时分析原因采取对策予以解决.

2.3　L型边石和排水沟

使用L型边石可以增强路侧收水能力和强度,平石坡度向道路外侧,并且可以适当增大平石部分的坡度,以缓解路面的散水压力.L型边石构造如图6.

排水等级要求比较高的道路,还可以设置排水明沟,但是造价高,后期维护困难,不适宜大范围推广.比较理想的构造形式如图7.

图7　排水明沟构造图

2.4　雨水口改造

沈阳市目前采用较多的是平箅式雨水口,少数道路采用了立箅式,有单箅、双箅或多箅几种.平篦式雨水口水流通畅,箅面应比附近路面低3~5 cm,并使雨水口周围路面坡向雨水口.但是这样容易堆积尘土、垃圾等杂物,不容易清理,时间长了会堵塞入水口.雨水口形式、上游来水量的大小以及道路纵横坡度等因素对雨水口的进水状况有很大的影响.当道路纵坡度增大时,边沟中的水流速度加快,致使部分水流从雨水篦子上方飞跃过去,纵坡度越大,超越流量越大,雨水口的截流率和泄水量相应降低.另外,雨水口的构造也将决定边沟中的水流能否飞跃过雨水口[6].

通常采用的是平箅式双箅雨水口,尺寸为标准值,口宽1.45 m,横向深度0.38 m.为了增强收水效果,可以将雨水口周围路面修筑为装配式簸箕口,来改善收水效果.这种收水口改变了以往道路与雨水箅的衔接方式,可以避免控制高程不准确和压实度不足等容易出现的问题,为一种新型的处理方式.收水口可设计为装配式,采用统一尺寸的混凝土预制件,施工时现场进行拼接,既规范美观也能保证施工质量,若可以大范围推广使用,对于工程质量、节省造价都会有显著效果.

3结语

经过对城市道路路侧积水问题的研究分析,认为在道路的设计和施工过程中应着重考虑如何保证路面排水良好.需合理设置道路横、纵坡度,保证路面水流的汇集效率;对于容易产生车辙的道路,可以采用添加沥青改性剂的方法加以控制;注意保证施工质量,控制好高程和压实度等重要指标;雨水口处路面应良好衔接,并保证压实度,可采用簸箕口式的雨水口形式.其他的优化方法应该根据实际情况设计选用,目的是保证路面排水的顺利实施.

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(Zhou Yingxin, Zhang Ruwen, Yang Yundong, et al. A Study on Contrast and Application of Anti-Rutting Additives of Asphalt Concrete Pavement Mixture[J]. Highway, 2009(4):12-18.)

[6] 孙杰. 城市道路路面排水设计研究[D]. 西安:长安大学, 2013:20.

【责任编辑: 祝颖】

(Sun Jie. Study on the Urban Road Pavement Drainage Design[D].Xi’an: Chang’an University, 2013:20.)

Problem of Urban Roadside Waterlogging

ChenDi

(Shenyang Institute of Municipal Engineering Design & Research, Shenyang 110015, China)

Abstract:According to city road situation in Shenyang, the problem of roadside waterlogging was analyzed focusing on the designing of road. The improvement plans were put forward on the suspects of transverse and longitudinal slope of road, the structural material and the processing of gutter inlet. The advantages and disadvantages and practicability of each plan were expounded.

Key words:urban road; road surface drainage; road transverse slope; gutter inlet; road design

收稿日期:2014-11-28

中图分类号:U 418

文献标志码:A

作者简介:陈迪(1982-),女,辽宁沈阳人,沈阳市市政工程设计研究院工程师.

文章编号:2095-5456(2015)02-0159-07