第三章 路基排水工程

1. 第三章 路基排水工程 宫全美 同济大学城市轨道与铁道工程系

2. 第一节概述 水是影响路基工程质量的重要因素，就路基病害的规模、范围及成因而言，水往往是决定性的因素之一。 • 地表水渗入路基土体会降低土的抗剪强度 • 地下水的存在和活动往往引起各种路基病害，是路基变形发生和发展的基本原因 • 在低路堤条件下，由于毛细作用，水分可能升入路堤内，使填料强度下降 • 水还是产生溶蚀和冻害的主要原因之一

3. 路基排水，涉及沿线的生态平衡、水土保持以及农田及水利。路基应有良好、完善的排水系统。路基排水，涉及沿线的生态平衡、水土保持以及农田及水利。路基应有良好、完善的排水系统。 • 路基排水的目的在于确保路基始终处于干燥、坚实和稳定状态。 • 路基排水可分为地面排水和地下排水两大类。

4. 第二节 地面排水 • 路基地面排水设计包括沿线排水系统和地面排水设备的设计 1 设计原则

5. 沿线排水系统 • 要根据线路的平、纵断面及地质水文条件，确定合理的排水方向和合理的排水设施位置 • 要确定桥涵、隧道、车站、农田水利排水建筑物的配合和连接方式，避免各行其是、相互脱节的现象

6. 地面排水设备 • 地面排水设备有排水沟、侧沟、天沟、吊沟（急流槽、跌水）及缓流井等 • 地面排水设备的纵坡不应小于2‰ • 设计的地面排水设备的断面形状和尺寸应满足排泄设计流量的要求，不产生冲刷和淤积 • 设计的长度宜短不宜长，以使水流不过于汇集，做到及时疏散、就近分流，同时也不应兼作其他流水的用途

7. 除需按流量计算外，可采用底宽0.4m，底深0.6m的断面 • 干旱少雨地区或岩石路堑中，深度可减少至0.4m • 位于反坡排水地段或小于2‰线路坡道的路堑侧沟，其分水点的沟深可减少至0.2m • 边坡平台截水沟尺寸，可采用底宽0.4m，深度0.2～0.4m

8. 2 地面排水设备 排水沟 • 用以排除路堤范围内的地面水。设置于近路基本体处并顺线路方向沿等高线布置，以节省用地。排水沟和堤身间的护道一般不小于5m，在经济作物区可减小至1m。

9. 当地面较平坦时，排水沟常分设于路堤两侧；在地面有横坡时，应设于上坡方向迎水一侧。当地面较平坦时，排水沟常分设于路堤两侧；在地面有横坡时，应设于上坡方向迎水一侧。 • 在路堤有取土坑可贯通排水时，也可以取土坑兼作排水沟，取土坑不连续时，应以小沟连接。 • 排水沟的断面形式，以梯形为主，尺寸由水力水文计算而定。为避免水流过于集中，沟的全长不宜太长。

10. 由于地面水流分段汇集，因此沟的断面可以采取变截面；沟底宽度不同时，要求徐缓相接，其宽度差Δb=b2-b1与逐渐变宽的长度之比，约为1/5～1/10由于地面水流分段汇集，因此沟的断面可以采取变截面；沟底宽度不同时，要求徐缓相接，其宽度差Δb=b2-b1与逐渐变宽的长度之比，约为1/5～1/10

11. 排水沟与其他沟渠相接时，力求水流舒顺，因地形限制成直角相交时，可按下图形式处置排水沟与其他沟渠相接时，力求水流舒顺，因地形限制成直角相交时，可按下图形式处置 沟渠连接示意图1-排水沟；2-其他沟渠；3-路中线；4-桥涵

12. 侧沟 • 侧沟是路堑地段用以排除路基面和路堑边坡坡面的地表水的水沟，它设于路基面两侧或一侧（半路堑）

13. 侧沟靠线路一侧边坡可采用1：1，外侧边坡与路堑边坡相同 • 当有侧沟平台时，外侧边坡可采用1：1 • 在砂类土中，两侧边坡采用1：1～1：1.5

14. 侧沟的纵坡坡度应尽可能与路线纵坡坡度保持一致侧沟的纵坡坡度应尽可能与路线纵坡坡度保持一致 • 当路线纵坡坡度小于沟底所必需的最小纵坡坡度时，侧沟应采用沟底最小纵坡坡度，并缩短侧沟出水口的位置

15. 在路堑边坡面有冲蚀现象的地段，应设置宽度1～2m的侧沟平台，以免堵塞侧沟；石质路堑开挖侧沟有困难时，可采用挡碴墙以减少开挖量在路堑边坡面有冲蚀现象的地段，应设置宽度1～2m的侧沟平台，以免堵塞侧沟；石质路堑开挖侧沟有困难时，可采用挡碴墙以减少开挖量

16. 天沟 • 天沟设于路堑堑顶，用以排除山坡迎水方向流向路堑的地面水。路堑顶部无弃土堆时，天沟内边缘至堑顶距离不宜小于5m。当沟内进行加固防渗时不应小于2m。

17. 天沟应结合地形和地质条件沿等高线布置，将拦截的水顺畅地排向自然沟谷或水道天沟应结合地形和地质条件沿等高线布置，将拦截的水顺畅地排向自然沟谷或水道 • 天沟长度超过500m时，可在中间适宜位置增设泄水孔，由天沟或急流槽等分流排引

18. 天沟的位置要尽量与地表水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度，必要时可设置两道或多道天沟 • 在特别设计地段，应结合边坡稳定分析确定天沟位置，在堑顶上有水塘或积水洼地时，应予以疏干或采取可靠的防渗措施并估计其对边坡稳定的影响

19. 吊沟、跌水与急流槽

20. 吊沟是连接天沟和侧沟的建筑，通常只有在受地形限制，天沟难以找到出水口又别无其他可行措施时，方可考虑采用 • 由于吊沟沟底纵坡很大，为防止冲蚀可修建成跌水、急流槽，以减小水流能量 • 由于纵坡大、水流湍急、冲刷作用严重，所以跌水与急流槽，必须用浆砌石块或水泥混凝土砌筑，且应埋设牢固

21. 缓流井 • 用于承接从吊沟汇入侧沟的地表水并削减其能量，保护路基本体不受冲蚀

22. 第三节 地下排水 • 在地下水危及路基稳定（包括整体稳定和局部稳定）或严重降低路基强度的情况下，通常根据具体情况采取拦截、旁引、排除含水层的地下水，以及采取隔离的措施进行处理 1 一般要求

23. 进行地下排水设计前，应进行野外工程地质和水文地质调查、勘探和测试 • 在排除地下水的同时，应采取措施防止地表水下渗而造成对地下水的补给，也不允许将地表水排放入地下水排水设施内

24. 在地下水位很高的地段，通常采用适当提高路基填土高度，也可以在路基两侧或路基边沟或中央分隔带的地面下设置排水构造物以降低地下水位 • 对于地下排水设施的设计，要进行地下水流量、流速的计算，并考虑地下水渗流条件随年份、季节的改变会发生变化。当与施工的复查结果有变化时，就要根据现场观测资料作相应的调整

25. 2 地下排水设备 • 地下排水设施按其作用和使用条件的不同主要分为明沟、槽沟（排水槽）、渗沟（排水暗沟）、渗水隧洞、渗井、渗管或平式钻孔等 • 当地下水埋藏浅或无连续的含水层时，可采用明沟、槽沟（排水槽），渗沟（排水暗沟）等

26. 当地下水埋藏较深或为固定、连续的含水层时，可采用渗水隧洞、渗井、渗管或平式钻孔等当地下水埋藏较深或为固定、连续的含水层时，可采用渗水隧洞、渗井、渗管或平式钻孔等 • 在有多层含水层时，宜用立式排水设备（如渗井或渗管）与其下的平式排水设备（如排水隧洞或渗沟）相配合，以集引和排除有危害的地下水

27. 明沟和槽沟 • 明沟和槽沟是兼排地表水和土体中的上层滞水或埋藏很浅的潜水的排水设备 浆砌片石明沟 木结构槽沟

28. 明沟和槽沟沟底宜埋入不透水层内，沟壁最下一层排水孔应高出沟底0.2m以上明沟和槽沟沟底宜埋入不透水层内，沟壁最下一层排水孔应高出沟底0.2m以上 • 一般情况下，明沟深度不宜超过2.0m • 明沟断面常采用梯形，底宽0.4－1.0m。多用浆砌片石修筑 • 槽沟断面常用矩形，底宽0.6－1.0m，也可用浆砌片石修筑，采用木结构须注意材料防腐，沟壁外侧应设反滤层

29. 采用明沟或槽沟排除浅层地下水是合理的，因为浅埋上层滞水的特点是分布不广，动态变化不稳定，受季节性影响大，在干旱季节，也可能渗透或蒸发而消失采用明沟或槽沟排除浅层地下水是合理的，因为浅埋上层滞水的特点是分布不广，动态变化不稳定，受季节性影响大，在干旱季节，也可能渗透或蒸发而消失 • 明沟或槽沟易于清理或养护 • 当含水层厚度大，埋藏深度超过2m，以及在严寒或冻结期较长的地区，不宜使用明沟或槽沟

30. 渗沟 • 用于降低地下水位、排除地下水的渗沟又称平式渗沟，包括埋置深度2～6m的浅埋渗沟 • 按照有无渗水管可分为有管渗沟和无管渗沟 • 同时起支撑边坡作用的渗沟称为边坡渗沟

31. a）渗水管 b）有管渗沟出口 有管渗沟示意图（单位：mm） 有管渗沟 有管渗沟的渗水管是管壁带有渗水孔的陶管或混凝土管，如图（a）所示，此图适用于流程较长，流量较大的情况

32. 有管渗沟 • 为防止含水层中的细颗粒被渗流带走并堵塞渗水孔，渗沟周围应设反滤层，反滤层分为软砾石（或砂）反滤层、无砂混凝土板块反滤层和土工织物反滤层

33. 为方便施工，软砾石反滤层应尽量设计为两层，必要时为三层。三层者称为Ⅰ类反滤层，各层颗粒不均匀系数Cu=d60/d10≦4，孔隙度n=0.35，可用于一般工程和渗流量不太大或易于检查和翻修的渗沟；二层者称为Ⅱ类反滤层，Cu≦2,n=0.35，可用于边坡施工及具有渗水孔的建筑物。反滤层所用的砂石料中，小于0.15mm的颗粒含量不得大于5%为方便施工，软砾石反滤层应尽量设计为两层，必要时为三层。三层者称为Ⅰ类反滤层，各层颗粒不均匀系数Cu=d60/d10≦4，孔隙度n=0.35，可用于一般工程和渗流量不太大或易于检查和翻修的渗沟；二层者称为Ⅱ类反滤层，Cu≦2,n=0.35，可用于边坡施工及具有渗水孔的建筑物。反滤层所用的砂石料中，小于0.15mm的颗粒含量不得大于5%

37. 有管渗沟 • 为防止地下水反向渗入土中，渗管应置于不透水层上 • 如渗管中的水对沟底有冲刷时，应采用混凝土或浆砌片石作基础 • 为防止地表水渗入，渗沟顶部可设防水层（铺苔藓、泥炭或倒铺草皮等）。再于其上铺粘土并夯实

38. 当有防冻要求时，从地面到渗管应夯填不小于冻结深度的粘土，且渗管的出口应作成如图所示的形式。为便于检查和疏通渗管必须设检查井 。

39. 多层透水填料的反滤层施工不易达到设计要求，工程实践中又常发现其堵塞失效，所以也可采用无砂混凝土或无纺土工织物作反滤材料多层透水填料的反滤层施工不易达到设计要求，工程实践中又常发现其堵塞失效，所以也可采用无砂混凝土或无纺土工织物作反滤材料 • 无砂混凝土是由水泥浆和粗集料（级配卵、砾石及碎石、）粘结构成的有透水孔隙的坞工块体。无砂混凝土可作为反滤层，在地下水流量不大的地段，亦可代替渗水管。由于它可以承受一定的荷载，具有良好的渗滤性能，施工简单，节省材料，使用效果良好，受到许多应用部门的欢迎 • 无纺土工织物作为反滤材料经过试验和应用取得了良好的效果

40. 无砂混凝土技术指标

41. 无管渗沟 • 利用了碎石的孔隙作为排水通道。适用于地下水流量小、流程短的情况。排水碎石亦可采用无砂混凝土代替。排水碎石周围应设反滤层，对反滤层的要求与有管渗沟相同。采用无纺土工织物作为碎石体的维护并起渗滤作用是目前许多工程中普遍采用的方法

42. 边坡渗沟 • 边坡渗沟用于疏干边坡和排除自边坡出露的上层滞水或泉水，并对边坡起支撑作用。常用的边坡支撑渗沟处理的土质路堑边坡坡度应不陡于，因为受地下水活动影响，边坡土体的稳固性常可受其危害 • 边坡渗沟主要有拱形和树枝形两类

43. 边坡渗沟正视图 拱形边坡渗沟 树枝形边坡渗沟