山区高速公路路基地下排水设计探究
摘要：本文对山区高速公路地基地下排水设计进行了研究探讨，具有一定的理论价值和现实意义。
关键词：山区高速公路；路基；地下排水；设计
路基地下排水的目的是拦截、排出地下水，降低路基地下水位，使路基地土处于干燥状态，以保证路基的稳定性能够满足设计要求。路基地下排水设施与地表排水设施不同，它主要以渗流的方式汇集水流，并就近排出路基范围以外，常见的地下排水设施的主要有：暗沟、渗沟、渗井等，一般排水量不大，施工要求较高，且较难养护。
路基地下排水设施有暗沟、渗沟和渗井三种，由于渗井在一般设计中很少采用，而暗沟结构简单，其流量主要与泉眼的出水量有关，一般也不需进行验算。因而，路基地下排水设计的主要是渗沟流量的计算，以及渗沟反滤层的设计。
1地下排水设施的设置场合
当地下水危机公路路基稳定或者严重影响路基强度时，应根据具体情况设置地下排水设施，以拦截、排引地下水，降低地下水位，减少地下水对路基的影响。
l)山坡路基的基底范围有地下水出露，或者挖方路基挖断坡体内的含水层，可沿填方或者挖方路基的边坡坡脚处设置渗沟，将含水层内的水拦截并排引到路基范围外。2)填挖交替路段，若靠近路堑的路堤基底有含水层出露，此时应在填挖交替处设置一道横向渗沟，用以拦截并排出含水层内的地下水。
3)路堤填土高度受到限制且地下水位比较高，或者挖方路基的路床离地下水位很近时，可沿路基两侧边沟的下方设置渗沟，以降低地下水位，使路基工作区处于合理的干湿状态。
4)为拦截路基上层滞水或地下水毛细上升进入路面结构，或排除积聚在路基上层的自由水，可以直接在路床顶面设置一层排水层，并在路基的两侧设置纵向集水管，以排除地下水。
2渗沟渗流量的计算
在《公路设计手册•路基》中，渗沟按开挖深度是否到达不透水层可分为完整渗沟和不完整渗沟。无论《公路设计手册•路基》还是《公路排水设计手册》，除《公路排水设计手册中》第一种地下水情况外，均假定地下水为潜水，进行渗沟流量计算，但山区高速公路工程地下水的实际情况要复杂的多，这种简化必然导致计算结果存在一定的偏差。
潜水渗沟的计算适用于一般潜水路段。对于山区高速公路深长挖方路段，如果边坡地下水补给充足.，且渗沟排水能力不足，则挡土墙后可能会形成积水，此时路基中渗沟处的地下水位高于渗沟顶面，即渗沟处于承压状态，此时渗沟流量应该采用承压渗沟分完整渗沟和不完整渗沟进行计算。如果是不完整渗沟，则可以通过在路床下设置渗沟群的方法来避免此种情况的发生，否则边坡内的地下水会越流侵入路基，增大路基湿度甚至可能对路面结构层产生向上的推力，导致路面迅速破坏，因此，承压不完整渗沟泄水量计算式，作为单独的计算公式在工程中无实际意义。
3渗沟反滤层的设计
渗沟反滤层的作用是汇集地下水水流，同时防止含水层中的土粒堵塞排水层。《公路排水设计规范》和《公路排水设计手册》中仅对反滤层的集料粒径和均匀度做出了规定，而对于反滤层的厚度并没有提出要求，也没有提出反滤层设置多层的设计方法。反滤层设计包护无粘性土和粘性土两种。就山区高速公路而言，一般我们关心的是无粘性土的反滤层设计。
渗沟反滤层设计的主要内容包括：
(l)反滤料等效粒径的确定。如果含水层不存在沿渗流方向的贯穿性裂隙，则反滤层可以采用粒径较粗的颗粒。反之，建议反滤层参照三、四级水工建筑物的反滤标准进行设计。
(2)反滤层的均匀程度。在确定反滤材料的等效粒径以后，还需要明确粒料的不均匀程度，才能确定反滤层的材料颗粒组成。因此，反滤层材料并非一定要使用均匀料。但反滤料的均匀程度应满足渗透稳定性和易于施工的要求。
(3)反滤层的层数确定。设置多层反滤层是为了保护各层反滤料不发生渗透破坏。第一层的功能是保护路基不发生渗透破坏，第二层的功能是保护第一层反滤料。反滤层的层数越多，施工难度越大，质量也更加难于保证，一般反滤层的设计不超过三层。
(4)反滤层厚度的确定。确定反滤层厚度的基本原则是保证反滤层具有一定的均匀性，即在平行于渗流的任何断面上都具有相同的结构和颗粒组成。《公路排水设计手册》中规定，每层反滤层的厚度应不小于15cm。
综上，山区高速公路渗沟反滤层的设计步骤如下：
①确定反滤层的类型，渗流方向与反滤层的方向垂直，属于I型。
②选定设计方法。根据反滤层的类型、被保护土的性质选定相应的设计方法。山区高速公路的反滤层采用无粘性土反滤层的设计方法。
③设计第一层反滤层，确定反滤层粒料的等效粒径，根据允许的不均匀系数确定反滤层粒料的颗粒组成。
④确定反滤层的层数。
⑤反滤层厚度和其他的相关设计。
4山区高速公路地下排水设施方案与设计步骤
4.1山区高速公路地下排水设施的工程建议方案
山区高速公路地下排水的典型表现形式与解决方案可分为以下几类：
(l)纵向有坡度的挖方路段，路线两侧均有地表水和地下水流向路基
视具体情况考虑是否要设置截水沟，依据地下水的分布和地质条件在边坡设置排水平孔。渗沟设置在中间时，可考虑将中央带的水汇入渗沟排出。
(2)纵向有坡度且横向坡度较大的路段，地下水流与地势一致，方便设置地下排水设施出水口
如果路基处于山谷路段的坡脚处，视具体情况在路基上方边坡设置截水沟用以截断流向路基的坡面水；渗沟迎水面采用透水土工织物，背水面采用隔水土工膜。当不透水层浅时，宜修筑完整渗沟，将上游地下水全部截断。
(3)山间盆地、这种地势平坦，湿地、水田等地带，自然水系水位较低
根据路基宽度和地下水位需要降低的高度来选择双渗沟或单渗沟。由于自然水系的水位较低，渗沟出水口宜设置在自然水系位置(如涵洞处)。
(4)纵向有一定坡度，横向为坡度较小，且地下水流方向与地势一致，方便设置地下排水设施出水口
在路堤坡脚出，设置边沟排除路基范围的地面水和流向路基的地表水；路基外侧视需要设置边沟排除路基范围内的地面水；在路基两侧边沟下设置渗沟以降低地下水位。若两侧长期有地表积水，宜设置拦水坎。