生态矩形边沟模具应用介绍

　　近年来高速公路项目建设十分迅速,为了保证建成后能最大限度地发挥环境效益,在勘查设计阶段应加大景观效果考虑。目前高速公路边沟仍以圬工材料砌筑为主，项目建成后景观效果相对较差。生态型边沟虽已在部分高速公路项目中有所应用,但是由于边沟设计基本采用以经验、工程类比为主，理论计算为辅的设计方法,同等技术条件,地域条件等,不同单位采用的边沟断面尺寸及使用条件还是各不相同。一方面造成浪费,另一方面可能由于过水断面的不足造成高速公路的水毁,影响高速公路的功能性及耐久性。我们结合广东省内高速公路工程项目,通过计算分析确定生态型边沟的断面尺寸、结构型式和使用条件,为生态型边沟在高速公路项目中的使用和推广提供参考借鉴。

1、矩形边沟模具现状分析

　　目前高速公路项目常用的生态型边沟,将土路肩外边缘至挖方边坡坡脚宽度范围(260em)作为生态型边沟的宽度,深度25~35cm不等,沟身做成浅碟形,沟底铺设草皮或喷播植草,断面型式如图1。

根据调查发现，目前生态型边沟存在的主要问题是:

　　(1)施工期及运营初期,特别是施工期在边沟开挖未完成草皮铺设或草籽喷播前期,雨水冲刷严重,沟内堆满淤积土；

　　(2)运营期杂草生长较快，水流较慢,过水断面缩减严重；

　　(3)目前生态型边沟尺寸较为单一,仅在挖方路段不长处使用,而长挖方段使用较少,限制了生态型边沟的适用范围。

　　综上述，目前生态型边沟的断面尺寸及结构型式的单一，在项目施工期及运营期容易造成冲刷或过水断面严重缩减等不良后果,甚者造成沟内雨水倒灌至路面，影响行车安全。

2、生态边沟模具断面尺寸和结构式的优化

为解决生态型边沟在高速公路项目应用中存在的冲刷及断面缩减严重等问题，采用以下方式进行优化:

　　(1)在生态型边沟底部铺设一定宽度混凝土预制块,以解决冲刷及杂草阻水等问题;

　　(2)适当增大生态型边沟深度或在生态沟底增设矩形沟的方式，以解决过水断面因杂草等缩减严重的问题。

　　采用公路排水设计理论，计算分析确定生态型边沟断面尺寸、断面型式以及使用条件。以广东省内粤东地区某在建高速公路工程项目为依托，设计车速为120km/h,双向六车道，正常横坡为2%，纵坡为1%。假定挖方边坡高度为10m,坡面为硬质岩，边坡坡率为1:1.0,出水口长度为100m,土路肩至坡脚宽度为260cm(含碎落台)，路面材料为沥青混凝土，根据《公路排水设计规范》(JTG/T D33-2012)，具体设计参数如表1。

　　生态型边沟宽度:260em(土路肩外缘至坡脚距离)，针对不同的挖方边坡长度，即排水路径不同，确定不同的边沟深度，计算结果如图2。

　　图2表明,排水路径不大时，生态型边沟深度不大于40cm,随着排水路径的增大，在边沟深度需随之增大，方可满足排水需求，但当排水路径达到一定长度后，沟深较大，为达到生态景观效果良好的效果，可在生态沟底增设矩形沟的方式进行处理，在兼顾排水需求和景观需要的情况下，将生态型边沟沟深加深至45cm(生态型边沟(一))和增设矩形沟(生态型边沟(二)),如图3和4。

3、生态矩形边沟模具使用的条件确定

　　生态型边沟(一)的抗冲刷能力特别是施工期及运营初期，是其能否广泛使用的决定性因素，也是其使用范围的决定性要素。表2为生态型边沟(一)的抗冲刷验算一览表。

　　表2表明，对于生态型边沟(一),施工期及运营初期,由植草生长未完全，容易造成冲刷，故在边沟施工完成后，应及时喷播植草并用养生膜覆盖,或直接铺设草皮。随着时间的增加，植被生长较为旺盛，对流速有较大的降低，在保证边沟不受冲刷的情况下，也应满足不淤积和流量的要求，故在路线纵坡比较小时应以不淤积和流量控制，纵坡比较大时以不冲刷即最大流速控制，从而得到较为合理的适用于高速公路施工、运营和养护各阶段的使用条件。

以本次依托项目为例，确定生态型边沟(一)的使用条件:

　　表3表明,对于喷播植草的生态型边沟(一),由于前期抗冲刷能力较小，随着路线纵坡的增大，为满足抗冲刷的要求,其使用长度逐渐减小。

　　表4表明,对于铺设草皮的生态型边沟(一),在设计流速不超过抗冲刷最大流速时,随着路线纵坡的增大,其使用长度逐渐增大,当设计流速超过最大允许流速时,为满足抗冲刷的要求,其使用长度应适当减少。

　　为了解决生态型边沟适用范围受限的问题，在生态型边沟(一)底部增设矩形沟,既可以解决生态型边沟(一)可能存在的冲刷问题，又可满足更大的排水路径。由于不同的矩形沟沟身材料,存在不同的粗糙系数,抗冲刷性能不同,故相同的沟身尺寸可满足的排水路径不同。以本次依托项目为例,确定生态型边沟(二)的使用条件:

　　表5表明,对于生态型边沟(二),由于增设圬工材料的矩形沟,其抗冲刷性较好,且过水断面增大,可适用较长的排水路径。

4、总结

　　(1)在生态型边沟底部增设混凝土预制块或矩形沟后,其抗冲刷能力和适用范围将大大增加；

　　(2)生态型边沟的使用条件,应结合区域气候条件、技术指标等,按照公路排水设计理论进行计算确定；

　　(3)生态型边沟采用铺草皮或喷播植草时,应重点考虑其抗冲刷性，并结合项目具体条件,确定其使用条件；

　　(4)生态型边沟具有美观,与周围环境相协调等优势,在高速公路工程中可广泛应用。