高速公路排水系统对保持路基路面的正常使用具有重要意义,许多公路建设项目在排水系统设计与施工时,不顾地域差别地简单遵循规范要求,最终造成许多工程质量问题,浪费了大量材料,破坏了公路沿线的生态环境。在当前大力发展节约交通的背景下,有必要对公路排水系统进行研究并予以改进,从而构建生态型公路排水系统。
1排水系统主要组成分类
高速公路排水一般包括路界地表、路面内部、地面以下及构造物排水,这些排水的顺利实施必须依靠相关的排水构造物,各种排水构造物中主要的组成部分是边沟和中央分隔带排水,其选用的合理与否,直接关系到公路的使用性能及人们对公路的总体评价。
边沟可分为外露式和隐藏式2大类,外露式边沟包括:梯形断面边沟;矩形断面边沟;三角形断面边沟;碟形断面边沟;组合式断面边沟等类型。其中梯形、矩形断面在高等级公路边沟型式中应用较为广泛。隐藏式边沟包括:盖板边沟;管网式边沟;缝隙式边沟等类型。无论哪一种类型的边沟,均有各自的优缺点,目前在高等级公路中均有应用。中央分隔排水一般采用齐平式、浅碟式、凸起式3种基本型式,另外,对于超高段排水需要增加特殊设计。
2排水系统对公路沿线环境的影响
2.1对植被和水土保持的影响
排水系统施工开挖破坏了沿线植被的连续性,圬工砌体将原来植被生长的小环境阻断破坏,改变了附近植被的水分和养分供给系统,造成土壤侵蚀、土壤劣化、植被减少,引起附近植物的死亡甚至消失;其次,排水系统的大量圬工会导致原地貌破坏,使沿线区域的地质结构发生一定变化,裸露地表受到雨水冲刷,造成水土流失,进而使土壤肥力降低,影响路域生态系统的稳定性,甚至在一些特殊地区,产生如塌方、滑坡、泥石流等地质灾害。
2.2对水体的影响
2.2.1对地表水质的影响
公路路面排水对附近区域地表水质的影响较明显。高速公路营运过程中,汽车洒落有害物质以及尾气中的物质,在降雨后经路面径流排入农田、河流,造成附近水环境污染。
2.2.2对地下水质的影响
排水系统施工中的开挖沟等活动会影响施工区域地下水的质量和数量,改变地下水资源埋藏和运动条件,破坏正常的自然规律,影响到路边甚至较远地区的动植物。
2.2.3对地表水流的改变
公路排水系统改变了地表水流的自然状态,造成水流集中,在许多情况下使水流速度加快,这些变化会导致土壤侵蚀以及河流淤塞,同时,排水系统的砌体降低了土壤的可渗透性,被土壤吸收的径流减少,形成局部雍水、泥砂下沉淤积而阻塞河道,引发洪涝灾害。
2.2.4对地下径流的改变
公路排水系统开挖降低了周围区域的地下水位,而路基和其他结构物则会因限制水流并且提高周围区域的地下水位,造成饮用水和农业用水流失以及影响沿线动物的生存。
2.3对路容景观的影响
广泛采用的混凝土砌体结构比较单一,破坏了沿线的自然景观,与周围环境不能协调,其单调的结构造型和色调容易给行车者造成枯燥的感觉,引起视觉疲劳,不利于行车安全。
3排水系统的改进
针对排水系统造成的沿线生态破坏问题,国内外专家对其改进进行了深入研究并取得了一定成果,尤其是发达国家在高速公路排水系统的建设中不断进行技术积累和创新,提出了许多值得借鉴的技术和理论成果。美国公路的排水设计非常注重环境保护,其边沟表面上看基本都是三角形或浅蝶形,边沟内没有采用圬工铺砌,而是土工织物种草,真正的排水系统在地面以下;德国的路基排水方式以地面排水为主,路基边坡和缓,边沟断面多为弧形,其目的是减少圬工。
另外,德国提倡植物防护,推行草养路肩,主要是利用自然生长的草皮防护路基边坡和路肩;日本公路建设也非常重视排水系统的设计与施工对生态环境的影响。由于日本雨水多,大小水系都很发达,为了保证公路的排水通畅和节约土地,日本从溪流的发源地就开始采取铺砌式的排水沟。国内公路排水系统经历了从简单到多样、从传统技术到现代技术的发展过程。近年来,不少在建工程为改变现行排水系统存在的缺陷,从经济效益和社会效益出发,借鉴国外的一些经验和成果,对公路排水系统进行了有益的尝试,并取得了一些成效。
广清高速公路建设在排水系统设计中提出了生态排水技术,其采用的植草排水不仅避免了大量圬工对生态环境的破坏,并大幅节约了工程费用;海南省根据当地具体情况,对边沟设计进行改进,在其外侧或内外侧全部种植草皮,既有效预防了路基、路面水毁等病害,又增加了公路整体美感;贵阳至遵义高速公路在修建时将椰丝毯应用于排水系统,结果表明其覆盖的边沟具有极强的抗冲刷能力;宁杭高速公路江苏段的排水系统在设计中充分考虑原有水系,尽量避免大填大切,降低了工程造价并防止了水土流失;青岛至银川高速公路排水设计中排水沟不予加固铺砌,该技术利于积水缓慢下渗,且在排水无出口时起到蒸发池的作用。
4构建生态型排水系统
可靠的技术参数选取。构建生态型公路排水系统要在设计施工前收集详细的有关数据和资料,如调查落实公路沿线历年降雨强度、历时以及地质地矿条件,坡面坡度、路线平纵线形、路基断面形式等,为设计计算提供详尽客观的计算参数,以确保计算结果的可靠性,并要对各种结算结果反复试算比较,充分考虑各种因素的影响,尽量避免设计过于保守而浪费大量材料和造成不必要的生态破坏。
可靠的排水系统施工工程质量。由于施工不可避免地对沿线附近环境造成破坏,如果排水系统的工程质量不能得到保证,势必会引起排水效果不佳甚至失效,导致路面积水、路基浸水等后果,进而破坏公路主体,影响其正常营运。同时,大面积的维修会造成周围生态环境的二次破坏。因此,生态型排水系统必须要满足工程质量合格的要求。
采用合理的设计技术。排水设施还必须采用形式多样化的设计方法,不能墨守陈规,既进行科学设计,又要进行大胆创新,不能简单地按照以往的经验或规范要求而不顾工程实际情况,同时,设计时尽量将外形美观的排水设施展现在视野范围之内,将枯燥、呆板的排水设施预先将之排除视野之外。
合理采用绿化美化技术是构建生态型公路排水系统的重要组成部分。针对排水系统大量圬工造成的生态环境破坏问题,积极推广各种生态环保新技术,防止其对生态环境的进一步破坏,尽可能恢复原来的自然状况。如各种种草和植树新技术的应用不仅可以美化路容,提高公路沿线绿化水平,同时还具有提高公路排水系统的效率、防止各种自然灾害等效能。
5结语
高速公路排水系统的大量圬工造成植被破坏、水土流失等问题,甚至严重影响到路域内生态系统的平衡。因此,排水系统设计和施工时要做到综合考虑各种因素,借鉴国内外的新技术与新成果,使排水系统不仅能满足公路排水的技术和功能要求,同时,减少对沿线生态环境的影响。