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生態矩形邊溝模具應用介紹

  近年來高速公路項目建設十分迅速,為了保證建成后能最大限度地發揮環境效益,在勘查設計階段應加大景觀效果考慮。目前高速公路邊溝仍以圬工材料砌筑為主,項目建成后景觀效果相對較差。生態型邊溝雖已在部分高速公路項目中有所應用,但是由于邊溝設計基本采用以經驗、工程類比為主,理論計算為輔的設計方法,同等技術條件,地域條件等,不同單位采用的邊溝斷面尺寸及使用條件還是各不相同。一方面造成浪費,另一方面可能由于過水斷面的不足造成高速公路的水毀,影響高速公路的功能性及耐久性。我們結合廣東省內高速公路工程項目,通過計算分析確定生態型邊溝的斷面尺寸、結構型式和使用條件,為生態型邊溝在高速公路項目中的使用和推廣提供參考借鑒。

1、矩形邊溝模具現狀分析

  目前高速公路項目常用的生態型邊溝,將土路肩外邊緣至挖方邊坡坡腳寬度范圍(260em)作為生態型邊溝的寬度,深度25~35cm不等,溝身做成淺碟形,溝底鋪設草皮或噴播植草,斷面型式如圖1。

目前生態型邊溝斷面典型圖

根據調查發現,目前生態型邊溝存在的主要問題是:

  (1)施工期及運營初期,特別是施工期在邊溝開挖未完成草皮鋪設或草籽噴播前期,雨水沖刷嚴重,溝內堆滿淤積土;

  (2)運營期雜草生長較快,水流較慢,過水斷面縮減嚴重;

  (3)目前生態型邊溝尺寸較為單一,僅在挖方路段不長處使用,而長挖方段使用較少,限制了生態型邊溝的適用范圍。

  綜上述,目前生態型邊溝的斷面尺寸及結構型式的單一,在項目施工期及運營期容易造成沖刷或過水斷面嚴重縮減等不良后果,甚者造成溝內雨水倒灌至路面,影響行車安全。

2、生態邊溝模具斷面尺寸和結構式的優化

為解決生態型邊溝在高速公路項目應用中存在的沖刷及斷面縮減嚴重等問題,采用以下方式進行優化:

  (1)在生態型邊溝底部鋪設一定寬度混凝土預制塊,以解決沖刷及雜草阻水等問題;

  (2)適當增大生態型邊溝深度或在生態溝底增設矩形溝的方式,以解決過水斷面因雜草等縮減嚴重的問題。

  采用公路排水設計理論,計算分析確定生態型邊溝斷面尺寸、斷面型式以及使用條件。以廣東省內粵東地區某在建高速公路工程項目為依托,設計車速為120km/h,雙向六車道,正常橫坡為2%,縱坡為1%。假定挖方邊坡高度為10m,坡面為硬質巖,邊坡坡率為1:1.0,出水口長度為100m,土路肩至坡腳寬度為260cm(含碎落臺),路面材料為瀝青混凝土,根據《公路排水設計規范》(JTG/T D33-2012),具體設計參數如表1。

表1 設計參數一覽表

  生態型邊溝寬度:260em(土路肩外緣至坡腳距離),針對不同的挖方邊坡長度,即排水路徑不同,確定不同的邊溝深度,計算結果如圖2。

圖2 溝深與排水路徑關系趨勢圖

  圖2表明,排水路徑不大時,生態型邊溝深度不大于40cm,隨著排水路徑的增大,在邊溝深度需隨之增大,方可滿足排水需求,但當排水路徑達到一定長度后,溝深較大,為達到生態景觀效果良好的效果,可在生態溝底增設矩形溝的方式進行處理,在兼顧排水需求和景觀需要的情況下,將生態型邊溝溝深加深至45cm(生態型邊溝(一))和增設矩形溝(生態型邊溝(二)),如圖3和4。

圖3 優化后的生態型邊溝(一)典型斷面圖

優化后的生態型邊溝(二)典型斷面圖

3、生態矩形邊溝模具使用的條件確定

  生態型邊溝(一)的抗沖刷能力特別是施工期及運營初期,是其能否廣泛使用的決定性因素,也是其使用范圍的決定性要素。表2為生態型邊溝(一)的抗沖刷驗算一覽表。

表2 生態型邊溝(一)抗沖刷驗算一覽表

  表2表明,對于生態型邊溝(一),施工期及運營初期,由植草生長未完全,容易造成沖刷,故在邊溝施工完成后,應及時噴播植草并用養生膜覆蓋,或直接鋪設草皮。隨著時間的增加,植被生長較為旺盛,對流速有較大的降低,在保證邊溝不受沖刷的情況下,也應滿足不淤積和流量的要求,故在路線縱坡比較小時應以不淤積和流量控制,縱坡比較大時以不沖刷即最大流速控制,從而得到較為合理的適用于高速公路施工、運營和養護各階段的使用條件。

以本次依托項目為例,確定生態型邊溝(一)的使用條件:

表3 噴播植草生態型邊溝(一)使用條件一覽表

  表3表明,對于噴播植草的生態型邊溝(一),由于前期抗沖刷能力較小,隨著路線縱坡的增大,為滿足抗沖刷的要求,其使用長度逐漸減小。

表4 鋪草皮生態型邊溝(一)使用條件一覽表

  表4表明,對于鋪設草皮的生態型邊溝(一),在設計流速不超過抗沖刷最大流速時,隨著路線縱坡的增大,其使用長度逐漸增大,當設計流速超過最大允許流速時,為滿足抗沖刷的要求,其使用長度應適當減少。

  為了解決生態型邊溝適用范圍受限的問題,在生態型邊溝(一)底部增設矩形溝,既可以解決生態型邊溝(一)可能存在的沖刷問題,又可滿足更大的排水路徑。由于不同的矩形溝溝身材料,存在不同的粗糙系數,抗沖刷性能不同,故相同的溝身尺寸可滿足的排水路徑不同。以本次依托項目為例,確定生態型邊溝(二)的使用條件:

表5 生態型邊溝(二)使用條件一覽表

  表5表明,對于生態型邊溝(二),由于增設圬工材料的矩形溝,其抗沖刷性較好,且過水斷面增大,可適用較長的排水路徑。

4、總結

  (1)在生態型邊溝底部增設混凝土預制塊或矩形溝后,其抗沖刷能力和適用范圍將大大增加;

  (2)生態型邊溝的使用條件,應結合區域氣候條件、技術指標等,按照公路排水設計理論進行計算確定;

  (3)生態型邊溝采用鋪草皮或噴播植草時,應重點考慮其抗沖刷性,并結合項目具體條件,確定其使用條件;

  (4)生態型邊溝具有美觀,與周圍環境相協調等優勢,在高速公路工程中可廣泛應用。

 
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