公路边坡排水与回用灌溉技术

第九章　边坡排水工程及雨水回用灌溉

坡面径流、地下渗透水等可诱发坡面侵蚀、崩塌、滑坡等病害，因而有效的坡面排水措施对边坡稳定具有重要作用，在很大程度上也决定了坡面植被恢复和防护的实施效果。另一方面，水是坡面植物的重要组成成分，而在“水源缺、供水难”状况下的坡面植被，对灌溉需求尤为迫切。本着“排用结合”思路，探索将坡面（路面）雨水收集再回用于坡面植被养护，对提高水资源利用率和坡面植被恢复效果，不失为一种有益的“可持续”途径。

第一节　坡面水运动与边坡稳定性

产生滑坡的因素是多种多样的，其内因（如岩土特性、地质构造、地形和风化程度等）一般起着控制作用，但其外因往往加剧滑坡的运动，有时甚至是引发滑坡的主要、直接的原因。降雨、融雪形成的地表水和地下水的运动是造成边坡失稳甚至滑坡的最大外因，故工程界有“治坡先治水”一说。因此，通过改善边坡水文地质条件，解决坡面水运动所产生的不利影响问题，对稳定边坡至关重要，这也直接关乎坡面植被恢复工程成功与否。

一、地表水的地质作用

地表水的地质作用表现在洗刷作用、冲沟作用、搬运作用、沉积作用4个方面，对边坡稳定来讲，前3个作用的影响最为明显，有不少坡面的失稳与它们均有内在的关系，因而在工程上需充分考虑其影响后果。

（一）洗刷作用

雨水降落到地面或覆盖地面的积雪融化时，其中一部分蒸发变成水蒸气，一部分渗入地下变成地下水，其余的部分则形成无数网状细流，沿斜坡从高处向低处缓慢流动，时而冲刷，时而沉积，不断地使坡面的风化岩屑和泥土颗粒沿斜坡向下移动，最后，在坡脚或山坡低凹处沉积下来形成坡积层。雨水、融雪水对坡面所进行的这种比较均匀、缓慢和在短期内并不显著的地质作用称为洗刷作用。洗刷作用一方面对山坡地貌起着变缓和均夷坡面起伏的作用，同时造成土壤流失，对坡面地貌形态的发展发生影响；另一方面伴随产生松散堆积物，形成坡积层。

坡积层通常都是天然孔隙度很高的含有棱角状碎石的亚黏土。雨水渗入土体后，不仅增大了岩土体质量，而且岩土因被软化使抗剪强度降低，因而稳定性就随之大为降低。另外，当坡积层与下伏基岩接触带有水渗入而变得软弱湿润时，将显著降低坡积层与下伏基岩顶面的摩擦力，从而更容易引起坡积层发生滑动。

（二）冲沟作用

在汇水面积不大的斜坡上，暂时性的特大暴雨，容易形成山洪急流。山洪急流沿着凹形汇水斜坡向下倾泻，此时具有较大的流量和很大的流速，在流动过程中会发生显著的线状冲刷，形成细沟。大流量和高流速的急流往往还夹带有砂砾和石块，使细沟不断受到侵蚀而变深、变宽扩大为冲沟，并将冲刷下来的碎屑物质堆积在山麓平原或沟谷口，形成洪积层。

（三）搬运作用

流水中所夹带的岩石风化碎屑和少量被溶解的化学成分，在水流运动过程中被带往它处，这种物质随着流水发生位移的现象，称为搬运作用。流水搬运能量的大小，决定于流水的流量和流速。在流量一定的条件下，流速是影响搬运力的决定因素。流水搬运作用有浮移、推移和溶运三种形式。一些颗粒细、比重小的物质悬浮水中随之搬运；比较粗大的砂砾、卵石等主要受流水冲动，沿河（沟）底推移前进；另外在流水中还有大量处于溶液状态的被溶解物质也随水流走。

（四）沉积作用

河流在河（沟）床坡降平缓的地带及河口附近，流速变缓，水流的搬运能量降低，导致所搬运的物质在重力作用下逐渐沉积下来，这种沉积过程即为沉积作用。河流沉积物几乎全部是泥沙、砾石等机械碎屑物，而化学溶解的物质多在进入湖盆或海洋等特定环境才开始发生沉积。从总的情况看，河流上游的沉积物比较粗大，向河流的下游沉积物的粒径逐渐变小；流速较大的河床部分沉积物的粒径比较粗大，在河床外围沉积物的粒径逐渐变小。

二、坡面水运动对边坡稳定的影响

一般而言，坡面水运动源于地表水和地下水的作用，涉及表面水运动、底层水运动和深层水运动（图9－1）。坡面水运动主要是指坡面径流、入渗水和地下水水位对边坡稳定所产生的影响。

图9－1　坡面水运动模式

地表水下渗到土体的孔隙和岩石的裂隙后，一方面增加岩土体的重度，加大滑坡体的重量，使下滑距离增加，另一方面降低岩土体的有效应力，进而减小抗剪强度；同时，渗透水还使地下水位或地下水压增加，其结果也将造成岩土体抗剪强度的降低；再者，水虽对硬质结构面的强度影响不大，但会降低软弱结构面强度，当渗透水以一定的流速通过透水层与不透水的面层（该层与上层的结合层一般为滑动面或滑动带）上滞留（滞水层），这样便形成了一个在均质斜坡中不可能有的具有很大孔隙水压的软弱滑动面，这种孔隙水压力一方面在透水层中将引起流沙或砂层剪切破坏，另一方面在不透水层上的结合层中，土颗粒将因此发生塑性破坏。

坡面在降雨情况下一直经受降雨的袭击，除了其中一部分入渗外，另一部分在坡面上汇集而形成径流。径流在土颗粒表面产生剪切力，当这种力大到能抵消土的抗侵蚀能力时，土颗粒便会被径流带走，从而发生侵蚀现象，这种径流的剪切力与土壤颗粒抵抗力之间的相互作用不同相可引起溅蚀、溶蚀、片蚀、沟蚀等不同的侵蚀现象。此外，大量坡面径流和坡面上游汇集的地表径流还对坡面有很大的冲刷作用。通过对边坡力学特性研究可知，坡面流与明渠流具有不同的水力学特点，它应是产流降雨强度、坡长、坡角、粗糙系数的函数。由于坡角增大，一方面使势能向动能的转化加快，另一方面却使单位坡长所接受的降雨减少。因此边坡上的流速应该存在一个临界坡角，从Muzik的边坡径流平衡时间关系式出发，推导出了一个坡面径流流速的关系式（紊流）：

V＝K·L0.397　6·cos0.397　6α·sin0.301　2α·n﹣0.612　4·δ0.397　6

式中，K为系数；L为坡长；α为坡角；n为坡面粗糙系数；δ为产生水流降雨强度。

通过对此式的数学处理，可得到边坡坡面流速的临界坡角为41°左右；考虑到边坡土壤侵蚀量是流量与流速的函数，进一步推导出边坡土壤侵蚀量同样存在一个临界坡角，这个坡角在25°左右，这与公路边坡常采用1∶1.5的坡率很是接近，因此在边坡工程及植被恢复设计时应给予足够重视。

值得注意的是，岩质坡面建植工程中的人工客土层或喷播基质层与硬质岩面形成了透水层与不透水层结构，因人工客土或喷播基质的厚度有限，其所能存储的水分也有限（见第七章），当降雨发生时，雨水到达坡面后随即下渗并被吸收，随着降雨量的增加，土壤渗透水也随之增加，最后导致基质层或客土层的含水量达到饱和并析出。由于不透水层面的存在，此时就会形成滞水层，这就使该处的孔隙水压增大，变为软弱滑动面。当渗透水沿滞水层顺坡向下流动时，就带动软弱滑动面下滑，从而导致植生基质层或客土层发生坍塌、滑移，因此在工程上必须采用有效措施加以解决。

第二节　边坡排水措施

为了减小或消除地表水和地下水对边坡稳定的不利影响，必须根据边坡所在地区的降雨情况、水文地质条件以及与生态环境建设相结合的原则，采用相应的治水方法及排水措施。这样，一方面能够提高现有条件下坡面的稳定性，另一方面允许坡度增加而不降低坡体稳定性。边坡排水技术应用及设施选择，是坡面植被恢复工程设计的重要内容。

一、边坡排水方法

对于坡面植被恢复工程来说，边坡排水方法主要涉及3个方面：一是排除地表水，二是排除渗透水，三是排除地下水。

排除地表水的主要方法是修建排水沟，用于拦截地表径流，使坡面径流不能对坡面产生冲刷侵蚀，保证坡面土壤层的稳定和安全。排水沟一般包括：设置在边坡顶部的截水沟，用以拦截从边坡外部汇入的地表径流；设置在坡面中部平台处的截水沟，用以排出坡面内部产生的坡面径流；设置在坡底的边沟，用于排除汇集到坡底的坡面径流。不同功能的排水沟构成坡面排水系统，能够将坡面地表水迅速汇集排走。

排除渗透水的主要方法是设置排水暗管或排水网垫（也称塑料盲沟），用于排泄坡面土壤中所含的多余水分，保证坡面土壤层的稳定和安全。当在岩质坡面进行植被建植时，先在透水性差甚至不透水的硬质坡面上铺设排水暗管或排水网垫，然后再实施客土或厚层基质喷射，这样即可将渗透水迅速、有效地通过暗管或网垫排出，从而保证坡面植生基质层或客土层的稳定。试验结果表明，当坡度一定时，随着降雨量的增加，排水暗管或排水网垫的截面积越大，排水能力越强。

排除地下水的主要方法是设置地下排水设施，用于排出坡面涌水，防止地下水造成坡体及坡面土壤层坍塌。边坡开挖往往对原有的地下水系统结构造成破坏，对于有较好透水、储水条件的边坡来说，即使不是雨季，也会在开挖的坡面上出现一些渗水、涌水点，从而对边坡的稳定带来不利影响。为此，可采用渗沟、反滤层、排水洞（管）、排水盲沟等措施进行地下水的排除，保证坡体稳定。

二、边坡排水工程目的及设计原则

为了保证边坡稳定，必须理顺坡面水系，根据水文地质、地形地貌、土壤植被等条件，设置坡面排水工程设施，目的是通过拦截、汇集、拦蓄、输送、排放等措施，将可能危害边坡稳定的地表水、地下水和渗透水迅速排出边坡，防止坡面侵蚀及表土层崩塌、滑移，确保边坡稳定和坡面植物正常生长。坡面排水工程设计的一般原则包括以下几方面：

1.预防为主，防治结合

根据边坡的坡度、高度、土质、汇水面积等，设计截水沟、排水沟、边沟与渗水沟等排水设施；在岩土松散破碎处设置必要的防护和支挡设施，多种预防措施并用，防与治结合，做到未雨绸缪、防患未然。

2.分级截流，纵横结合

高陡边坡或岩土稳定性较差坡面的排水处理应采取分级截流、纵横结合的排水方法。坡顶以外的地表水从截水沟排走；坡顶以下分级在平台设置截水沟排水；坡底设置边沟排水。高陡边坡还应根据地形和坡面面积，隔一定距离设置纵向汇水、排水沟，使水顺畅排出。

3.表里兼顾，综合治理

将影响边坡稳定的地面水加以拦截并排除在边坡范围以外，防止漫流、停滞或下渗；对影响边坡稳定的地下水，应采用截断、疏干、降低等方式引导到边坡范围以外。只有对地表水和地下水实行综合治理、有效外排，才能保证边坡的稳定。

4.防护与支挡并重

要根治水害、保证边坡稳定，除了应完善排水设施外，必要时还需配套修筑一些坡面工程防护措施（如拱式护坡、护墙等），以保证坡面的稳固。有时也需在坡底设置一定数量的支挡结构物，以提高边坡抗水害的综合能力。

5.因地制宜，经济适用

根据当地气候环境、边坡条件和建植植被等具体情况，设计有效、可行的排水方案，不要轻易取消或减少必要的工程设施。排水沟渠应选择地形地质条件较好的地段，因地制宜，就地取材，以降低工程造价。对排水困难和地质不良地段应进行特殊设计，使排水防护工程达到应有的效果。

三、坡面排水沟渠的结构及加固

排水沟渠是排除坡面地表水的主要工程设施，应结合边坡立地条件及当地地形、地质、纵坡和流速等因素，因地制宜地进行设计，主要设计依据是《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）。当前坡面排水沟渠按形态分有外露式和隐蔽式两大类；按断面型式分主要有梯形、矩形、三角形、碟形和复合型等；按加固构筑材料分有石砌、混凝土、合成材料等。值得注意的是，近年来边坡排水工程设计理念在发生变化，已不只是单纯地考虑发挥设施的排水功能，而是同时兼顾技术及设施的生态、环保效应，并强调体现行车安全性、路容景观性。

（一）梯形干砌片石沟渠

梯形干砌片石沟渠是在坡底开挖梯形沟渠，其外侧可与护墙等构造物统一用片石等材料进行防护的断面型式。这种断面型式多用于短路堑段的边沟，一般不设盖板。其优点是受力好，稳定性强且不易损坏，便于施工；缺点是明沟效应明显，基坑开挖量大，对沿线生态环境破坏较大。

1.结构型式及工程量

用单层干砌片石加固的梯形沟渠如图9－2所示，对内外侧边坡坡率相同的梯形沟渠，其单位工程数量见表9－1。

图9－2　梯形干砌片石沟渠结构

表9－1　梯形干砌片石沟渠单位工程量（m3/m）

2.适用条件及施工要点

（1）适用条件。

1）一般用于无防渗要求的沟渠加固地段。

2）一般土夹砂卵石、软石、风化严重的岩石沟渠沟底纵坡在5%以上，流速在2m/s以上，必须考虑加固。对于砂土质地段，纵坡≥1%以上时即考虑加固。

3）沟内平均流速在2.0～3.5m/s时，干砌片石尺寸可采用0.15～0.25m。流速在4m/s以上时，应采用急流槽或加设跌水。

4）当沟壁沟底为细颗粒土时，应加设卵石、碎（砾）石垫层，其厚度按平均流速大小及土质情况，在0.10～0.15m范围内选用。

（2）施工要点。

1）垫层石料以粒径5～50mm者占90%（质量比）以上为宜。

2）片石间空隙应用碎石填塞紧密，片石大面应砌向表面，尽量减少面部粗糙程度。

3）片石厚度系指单层干砌片石的最小厚度。

（二）梯形浆砌片石沟渠

梯形浆砌片石沟渠也是在坡底开挖梯形沟渠，其外侧用浆砌片石工艺进行防护的断面型式。梯形浆砌片石沟渠的特点与干砌片石基本相同，但其强度及防渗效果要优于后者。

1.结构型式及工程量

梯形浆砌片石沟渠的结构如图9－3所示，其单位工程数量见表9－2。

图9－3　梯形浆砌片石沟渠结构

表9－2　梯形浆砌片石沟渠单位工程量（m3/m）

2.适用条件及施工要点

（1）适用条件。

1）一般用于水流速度较大且防渗要求较高的沟渠。

2）在有地下水（或常年流水）及冻害地段，沟壁沟底外侧应加设反滤层（或垫层），并在沟壁上预留泄水孔。

3）沟内平均流速大于4m/s，沟渠纵坡不加限制，可考虑用急流槽形式。

（2）施工要点。

1）沟渠开挖后应平整夯拍，若土质干燥应洒水湿润，遇有鼠洞蛇穴，应用原土堵塞夯实。

2）选用M5水泥砂浆，随拌随用。砌筑完后应注意洒水、覆盖养护。

（三）矩形浆砌片石沟渠

矩形浆砌片石沟渠是在坡底或坡面平台上开挖矩形沟渠，采用浆砌片石工艺加固的断面型式。这种断面型式的沟渠适用于降雨量较为充沛、纵坡大而冲刷严重的区域，要求工程现场石料丰富。其优点是施工简单、方便，排水效果好；缺点是明沟效应严重，不易于维护清淤。为了避免明沟效应，对长路堑路段的矩形沟渠可加设盖板，使其成为隐蔽式沟渠，这既可美化路容景观又可提高路侧安全性，但缺点是工程造价较高。

1.结构型式及工程量

矩形浆砌片石沟渠的结构如图9－4所示，其单位工程数量见表9－3。

图9－4　矩形浆砌片石沟渠结构

表9－3　矩形浆砌片石沟渠单位工程量（m3/m）

2.适用条件及施工要点

（1）适用条件。

矩形浆砌片石沟渠的使用条件与梯形浆砌片石大致相同。

（2）施工要点。

开挖基坑时，应根据土质条件确定斜坡坡度，沟渠砌筑完毕后用原土回填，其他施工要点与梯形浆砌片石相同。

（四）混凝土预制沟渠

用混凝土预制构筑的沟渠，较之常规型式其水力性能和结构性能更佳，既可用成型板材拼装，也可在现场浇筑，且具有占地少、施工便捷、造价低的特点。对长路堑路段的沟渠可加设盖板，使其成为隐蔽式沟渠。

1.结构型式及结构尺寸

1）采用混凝土预制的沟渠通常有矩形、梯形断面2种，最常用的是梯形断面型式，其板厚为5～10cm，无冻胀破坏地区可采用4～8cm。其结构如图9－5所示。

图9－5　混凝土预制沟渠结构

2）混凝土预制板的尺寸，根据沟渠长度和断面尺寸确定，同时要保证砌筑时搬动容易、施工方便。一般最小为50cm×50cm，最大为100cm×100cm。

3）混凝土预制板一般用C10或C15混凝土制成。

2.适用条件及施工要点

（1）适用条件。

混凝土预制沟渠一般用于缺乏沙、石的区域，采用混凝土预制板更为经济，且施工方便、效率高。

（2）施工要点。

1）填方地段采用混凝土预制板，比安装模板现浇混凝土更为合适，且预制板可比现浇板要薄，以节约成本。

2）挖方路段安装混凝土预制板，应按预制板规格开挖相应尺寸的沟槽，并将土夯实后进行。

3）垫层可采用8%石灰剂量的石灰土，拍打坚实并整平，或用碎砾石材料铺垫。

4）为了避免因温度变化、基础沉陷引起的混凝土板的伸缩，需按照相关规范设置伸缩缝。

5）混凝土板的接缝除按照操作规程选料与施工外，还应注意检查使用期间接缝处的完好情况，如有脱落或开裂，应及时修补，避免水渗入土中，影响沟渠的稳定和排水能力。

四、常规边坡排水设施的设计

常规边坡排水设施主要是指具有不同功能的排水沟渠，通常包括截水沟、边沟、跌水与急流槽等。

（一）截水沟

截水沟（天沟）设置在边坡上方、坡顶以外的适当位置，用来拦截坡面外部（上游）流向坡面的地表径流；或设置在坡面与坡面分级的平台上，用来排导边坡内部产生的坡面径流，防止冲刷和侵蚀坡面，并减轻边沟的泄水负荷。

1.一般要求

（1）当边坡上侧山坡汇水面积较大时，应设置截水沟。截水沟应结合地形和地质条件设置，宜布设在坡顶5m以外的稳定坡面上。截水沟的水流应避免排入边沟，尽量利用地形条件，将水流排入山坡一侧的自然沟中，如呈“人”字形布置。

（2）截水沟的设计应能保证迅速排水，沟底纵坡坡度一般不应小于0.3%，长度不宜超过500m，否则需在中间适宜位置处增设泄水口，通过急流槽（管）分流引排，以免水流受阻。

（3）对设置在土质、软质岩、全风化及强风化硬质岩石地段的截水沟，应合理选用构筑材料并采取防渗处理措施，防止水流冲刷或下渗。

（4）截水沟应结合地形合理布置，保证顺直、通畅；在转折处应以曲线过渡，必要时应采取加固措施，增强抗冲击能力。

（5）若因地形限制，汇水量较大、沿纵向排水困难、附近又无出水口、截水沟只得绕行时，可分段设置截水沟，其间以急流槽衔接（图9－6）。

图9－6　截水沟之间以急流槽连接示意图

2.设计要点

（1）截水沟断面采用矩形、梯形两种型式，工程中以梯形断面最为常见，如图9－7所示。梯形断面截水沟一般上口宽100～120cm、底宽30～40cm、高40cm左右，沟槽顶面高度应保证高出设计水位不小于0.1m（按设计流量确定）；截水沟两侧面坡度视土质而定。

（2）坡面土层较薄（小于1.5m），且又易遭受冲蚀、不稳定时，可将截水沟底面设置在岩面上，以截取覆盖层与基底之间的水流，保证截水沟本身及坡面的稳定。如图9－7所示。

（3）截水沟沟壁最低边缘开挖深度不能满足断面设计要求时，可在沟壁较低一侧之上培土筑埂，土埂顶宽1～2m，背水面的坡比为1∶1～1∶1.5，迎水坡则按水流速度、漫水高度所确定的加固类型而定。若土埂基底横坡陡于1∶5，此时需沿地面开挖0.5～1.0m宽的台阶（图9－8）。

图9－7　截水沟的断面型式

（4）当坡面地形较陡，若构筑一般的截水沟会使坡面覆盖层破坏范围加大；或遇到地质条件不良的土层，坡面稳定性较差，为了缩小坡面破坏范围，对此可采用非对称型截水沟（图9－9）。

图9－8　截水沟加筑土埂示意图

图9－9　非对称型截水沟示意图

（5）当边坡高度较大，且处于降雨量也较大的区域时，通常在坡面中部加设分级平台，并在其上构筑截水沟，用于分级拦截下泄的水流（图9－10）。此时应特别注意截水沟的加固，防止水流下渗、泄漏而影响坡面稳定。

（二）边沟

边沟是设置在坡底与路基之间的纵向排水沟，用来汇集和排除边坡、路面和路肩上的降水，它是公路路界地表排水设施的重要组成部分。

1.一般要求

（1）边沟的纵坡坡度应结合路线纵坡、地形、土质、出水口位置等情况选定，宜与路线纵坡坡度一致，且不宜小于0.3%，困难情况下，不应小于0.1%。

（2）边沟出水口的间距，应结合地形、地质条件以及桥涵和天然沟渠位置，经水力计算确定。梯形、矩形边沟连续长度不宜超过500m，多雨地区不宜超过300m，以减少边沟的集中流量，防止边沟水流漫溢或产生冲刷。

（3）对设置在土质、软质岩、全风化及强风化硬质岩石地段的边沟，应合理选用构筑材料并采取防渗处理措施，防止水流冲刷或下渗。

（4）一般应避免其他排水沟渠的水流进入边沟，但当个别沟渠的流量不大，拟利用一段边沟汇入桥涵时，应计算该段边沟的总流量，必要时扩大边沟断面尺寸。

2.设计要点

（1）边沟断面有三角形、梯形、矩形等型式，工程中以梯形断面最为常见，一般其上口宽180cm、底宽60cm、高60cm，沟槽顶面高度应保证高出设计水位不小于0.1m（按设计流量确定）。边沟两侧面坡度根据地质情况而定，一般为1∶1～1∶1.5，石质路段可以直立；边坡侧面通常与挖方边坡一致（图9－11）。

图9－10　分级设置截水沟示意图

图9－11　边沟断面型式

（2）边沟断面型式应根据排水需要以及对路侧安全与环境景观的协调等选定，高速公路、一级公路挖方路段的矩形边沟，在不设护栏的地段，应设置带泄水孔的钢筋混凝土盖板或钢筋加强的复合材料盖板，即隐蔽式矩形边沟（图9－12）。

图9－12　隐蔽式矩形边沟

（3）当采用机械化施工时，土质地段边沟可做成三角形，其路基侧面坡度一般为1∶2～1∶3，边坡侧面一般为1∶1～1∶2，连续长度不宜超过200m。

（4）尽量采用直线型边沟，如需转弯时，其半径不应小于10～20m；边沟长度根据实际需要而定，但通常宜在500m以内。

（三）跌水与急流槽

跌水与急流槽设置于需要排水的坡度较陡、距离较短且高差较大的边坡地段。跌水是阶梯形的构筑物，流经的水以瀑布形式通过，跌水可有单级或多级设置，其作用是降低流速和消减水流的能量；急流槽是具有较陡坡度的沟槽，但水流仍沿槽底流动，其作用是在落差较大、距离较短的地形条件下进行排水，通常用于截水沟流向排水沟（边沟）的地段或涵洞的进出口。

1.一般要求

（1）陡坡或沟谷地段的排水沟（边沟），宜设置跌水等消能结构物，避免其出口下游的桥涵、自然水道或农田受到冲刷。

（2）在坡面或者坡面平台上向下竖向集中排水时，宜设置急流槽（管）；截水沟、边沟、排水沟纵坡坡度很大时，可设置急流槽（管）减小纵坡。

2.设计要点

（1）设置跌水和急流槽应在满足排水需要和保证工程质量的前提下，力求构造简单，经济实用。

（2）确定跌水和急流槽的位置、类型和尺寸，要因地制宜，结合地形、地质、当地材料和施工条件，进行综合考虑。必要时可考虑改移路线或涵洞位置，以尽量简化或不设此类设施。

（3）简易的跌水和急流槽通常不需进行精确的水力计算，按一般常用的构造型式设置即可。

（4）边坡上若存在岩石山沟，可视为天然急流槽，应予利用。必要时适当加工修整，将水流沿该山沟引向汇水处。

（5）设计跌水和急流槽，可考虑采取增加槽底粗糙度的措施，使水流消能和减缓流速。

3.跌水的结构

（1）跌水的构造可分为进口、台阶和出口三个部分，边沟水进入涵洞前，可设置单级跌水的窨井，然后经由涵洞排出。土质地段边沟的纵坡坡度较大时，可设置多级跌水，以降低流速，减小冲刷，如图9－13所示。

图9－13　多级跌水示意图

（2）跌水台阶的高度，可根据地形、地质等条件而定，一般为30～40cm。多级台阶的各级高度，可以相同，也可以不同；其高度与长度之比，应与原地面坡度相适应。

（3）跌水可用砖或片（块）石浆砌，必要时可用水泥混凝土浇筑。跌水槽身一般砌成矩形。如跌水高度不大，槽底纵坡坡度较缓，亦可采用梯形。(www.xing528.com)

4.急流槽的结构

（1）急流槽（管）的进水口与沟渠泄水口之间宜采用喇叭口形式连接，并作铺砌处理；出水口处应设消能设施；急流槽的纵坡坡度一般不宜超过1∶2。

（2）急流槽可采用矩形断面等形式，槽深不应小于20cm，槽底宽度不应小于25cm。采用浆砌片石时，矩形断面槽底厚度不应小于20cm，槽壁厚度不应小于30cm。跌水槽横断面可采用矩形断面，断面尺寸要求与急流槽相同。

（3）急流槽底宜砌成粗糙面，或嵌入坚硬的碎石块，用以消能和减小流速。急流槽的基础要稳固，基底可每隔1.5～2.5m应设一平台，以防滑动。

（4）进水槽和出水槽底部须用片石铺砌，长度一般不短于10m，个别情况下，并应在下游设厚为0.2～0.5m、长为2.5m的防冲铺砌。

（5）急流槽长度较长时，应分段砌筑，每段长度一般不超过10m，接头处用需防水材料填缝。

五、土工排水材料的应用

土工排水材料是用于排水工程的一系列新型材料的总称，近年来在公路排水工程中已得到广泛应用，特别在坡面植被恢复工程中发挥了有效的排水、疏水作用。土工排水材料是以人工合成高分子聚合物（如化纤、塑料、合成橡胶等）为原料，通过一定工艺制成的多功能性产品，将其置于岩土体内部、表面或各结构层之间，可发挥以下重要的功能作用：

●透水与反滤

土工排水材料具有良好的透水、透气性能，当水流通过滤层后，水的流量不减小，此外还有大量孔径小的织物间隙（孔径可根据土的颗粒情况在制作时加以调整），当水流垂直于织物平面方向流过时，可使大部分土颗粒不被水流带走，起到透水、过滤作用。

●集水与排水

土工合成材料是良好的透水材料，无论是材料的法向或水平向，均具有较好的排水能力，它能将土体内的水分集聚到织物内部，形成排水通道并排出土体。例如，汇集与排出降落、流向坡面、路基路面范围内的水。

●隔离与防护

因土工排水材料还是不同材料或不同结构之间的隔层，当受外部荷载作用时，虽然结构材料受力互相挤压，但因其在中间发挥的隔离作用，可不使材料相互混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。此外，它还可起到分散应力、防止材料受外力作用破坏的防护作用。

在实际工程应用中，往往是根据工程的实际需要，使土工排水材料的一种功能处于主导地位，而其他功能则起到辅助作用。目前应用于边坡排水的土工排水材料主要有无纺土工织物、排水网（板）、透水管（软、硬式）、塑料盲管等。选择这些土工排水材料，既可单独使用形成局部的排水体系，也可以与其他常规的排水结构有机配合，共同构成完善的综合排水系统，以有效地对地表水、地下水或坡面植生基质中多余水分进行排除。有关土工排水材料的工程设计要求，可参照《公路土工合成材料应用技术规范》（JTG—T D32—2012）、《公路工程土工合成材料排水材料》（JT/T 665—2006）、《公路工程土工合成材料无纺土工织物》（JT/T 667—2006）等行业标准规范。

（一）无纺土工织物

1.材料工艺及特性

无纺土工织物是将合成纤维按一定或随机的某种方式相互结合而制成的平面织物（无纺布）。按纤维丝类型，无纺布可分为长丝和短纤两种；按纤维间固着结合的方法，无纺布主要有化学粘合法、热粘合法、针刺粘合法等。其主要特性有以下几方面：

（1）由于使用高分子合成纤维作为材料，无纺布具有良好的防水、耐低温、耐腐蚀以及抗压埋特性。

（2）由于质地柔软、蓬松并具有丰富的织物间隙，能够增加水中土粒的附着力，在阻止土粒流失的同时可有效排出结构物内的水分，无纺布具有良好的透水、反滤、隔离功能。

（3）由于材料具有较强的抗拉伸、抗撕裂、抗变形以及抗老化等理化特性，无纺布自身韧性好，无长期蠕变性，对结合面材料的保护性能较强，同时使用寿命也长。

2.常用产品及规格

无纺布的纤维原材料一般为聚酯（涤纶PET）、聚丙烯（丙纶PP）、聚酰胺（锦纶PA）等，成品多为卷布状，一般厚度为1～5mm，容重为100～1 500g/m2，幅宽为2～6m，长度为50～100m，抗拉强度大于10kN/m，梯形撕破强度大于350N。常见无纺土工织物产品外观如图9－14所示。

图9－14　常见无纺土工织物产品外观

3.工程应用

（1）排水暗沟或渗沟。

用无纺土工织物包裹碎石成为渗滤、排水体，构筑坡体、路基排水的暗沟或渗沟，或用无纺土工织物包裹带孔管道（如塑料管、波纹管、混凝土管、钢花管等）以及其他排水材料，构成复合土工材料排水设施（图9－15），用于导排开挖边坡出现的渗水、涌水。此时以无纺土工织物包裹碎石代替传统的沙砾和砾石过滤隔层，可有效解决泥沙随水流入空隙造成堵塞失效的问题；另外，这样做不仅可减小构筑物体积和工程规模，而且可有效提高排水效果。

图9－15　无纺土工织物用于排水暗沟或渗沟

（2）坡面人工土壤层防护。

无纺土工织物用于坡面人工土壤层防护，主要适用于岩质坡面的植被建植工程，目的是防止厚度本来就非常有限的喷播层因渗透水引起的流失、破坏。先将一定厚度的无纺土工织物铺设、固定于岩质坡面上，然后再进行客土或厚层基质喷播。当降雨产生渗透水时，无纺土工织物可对其进行汇集，并使其沿着材料平面方向缓慢排出，因而无纺土工织物成为岩面基底与人工土壤层之间的排水通道，这样可避免渗透水滞留在人工土壤层中形成滞水层进而形成软弱滑动面，提高坡面人工土壤的稳定性。无纺土工织物对坡面人工土壤的排水防护原理见图9－16。

图9－16　无纺土工织物的排水防护原理

（二）复合排水网

1.材料工艺及特性

复合排水网是一种新型排水合成材料，它以高密度聚乙烯（HDPE）为原料，经特殊的挤出成型工艺加工而成。复合排水网具有三层特殊结构，由中间的三维排水网芯、两面的热粘针刺无纺布组成。其中的三维排水网芯包括一层厚的纵向肋条，以及顶部和底部各一层斜置的肋条，以此形成排水通道和支撑结构。筋条的支撑作用是防止无纺布嵌入排水通道，保证在高荷载下也能保持良好的排水性能。三维排水网芯（排水和荷载分散功能）与两面的土工布（反滤作用）黏结复合后，具有“反滤—排水—透气—保护”的综合性能。其主要特点为：

（1）导水率高，排水能力强（相当于1m厚砾石排水），导排水时间短。

（2）抗拉模量高，抗拉强度高。

（3）可减少土工织物嵌入网芯的概率，保持长期稳定的排水效果。

（4）能够长期承受高压载荷（大于2 000kPa的压缩载荷），且对排水能力影响不大。

（5）有类似于土工格栅的加筋作用，可限制承载材料的侧向移动，提高坡面土壤稳定性。

（6）耐腐蚀、抗老化、使用寿命长。

（7）施工方便、缩短工期、降低成本。

2.常用产品及规格

复合排水网以高密度聚乙烯（HDPE）为原料，另加抗紫外线助剂。常用产品厚度为4～8mm，容重为500～1 200g/m2，幅宽为2.5m，长度可根据需要加工，抗拉强度大于40kN/m。纵向通水量在30～180cm3/s范围内可选。常见的复合排水网产品外观如图9－17所示。

图9－17　常见的复合排水网产品外观

3.工程应用

复合排水网已在公路路基防护、排水工程中得到广泛应用，其主要功能是增强和改善过滤结构和排水结构的过滤排水能力，以及对结构材料的加固补强作用。复合排水网用于边坡排水的原理与无纺土工织物基本相同，目的也是导排坡面上的渗透水，对坡面人工土壤层进行防护，但由于在强度、排水能力上更胜一筹，其适应性也相对更强，在作为坡面人工土壤排水材料使用时，不仅适用于岩石基底，也适用于土质基底，特别当边坡出现有一定压力的裂隙水时，复合排水网可起到隔离、导排的双重作用，避免在客土或喷播层下形成压力水，以致引起掏空、失稳现象。复合排水网对坡面人工土壤的排水防护原理同图9－17。

（三）塑料盲管

1.材料工艺及特性

塑料盲管又称为复合土工排水体、三维排水板，是由高分子聚合物长丝经热粘堆缠、重叠，并将其相接点熔结而形成的三维网状排水结构体，其横断面形状为矩形和圆形，管内通道有单孔或多孔形式，管外包裹一层土工织物作滤材。盲沟是道路排水工程中的一种重要的功能性构筑物，但塑料盲管作为一种新型的复合土工排水材料，它较之盲沟具有更佳的特性，主要体现在以下方面：

（1）塑料盲管材料为直径2mm左右的纤维丝条，接点熔结呈立体网状体，其结构原理类似于钢结构物的桁架，抗压强度高，抗变形能力强，在250KPa压力下，其压缩率低于20%，且恢复性好。

（2）表面孔隙度大于60%，是有孔管的5倍以上、树脂网格管的3～4倍，具有较高的表面吸水性，集水性能好；水流通过阻力很小，在重压下的断面空隙度可达60%以上，具有很高的排水能力，能有效地收集渗水，并及时汇集排走。

（3）表面滤材满足挡土、保持排水通畅和防止淤堵的要求，渗透能力强且具有较高的强度，可以抵抗接触粒料的挤压破坏和土体变形，经久耐用。

（4）常规碎石盲沟施工过程繁琐，断面很难做到统一规则，碎石的压实度也不易把握，施工质量难以控制，但塑料盲管可体现出一定的灵活性，更容易做到规模化、规范化施工，施工效率也大为提高。

（5）塑料盲管既抗压又柔韧，对于弯道等曲位也能方便地进行施工，若回填深度在10 cm以下，还可用推土机进行回填作业，施工效率和施工质量非常高。

（6）对常规盲沟易出现的不均匀沉降或因超载引起部分闭塞，被挤压导致空隙全无而引起功能中断等问题，应用塑料盲管是行之有效的解决措施。

2.常用产品及规格

边坡排水工程中使用的塑料盲管多为圆形产品，外形直径为60～200mm，中孔直径为25～120mm，容重为400～2 900g/m，长度可根据需要加工。实体（管壁）孔隙度大于85%，耐压力大于90kPa（压应变20%时）。纵向通水量在10～25m3/h范围内可选。也可根据工程要求，以不同配方生产耐高温、阻燃、耐强酸碱、高弹性、高硬度等不同特性产品。常见的塑料盲管产品外观如图9－18所示。

图9－18　常见的塑料盲管产品外观

3.工程应用

塑料盲管在坡面植被建植工程中的防护应用多为地下水的排泄和渗透水的导排，以及直接用于常规盲沟构筑物的替代。例如：坡体内存有承压水时，通过钻孔将塑料盲管深入至承压水层，并做工程处理，将承压水导排出坡体，保证坡体稳定；或者，当坡体的含水量较大（或有上层滞水）而易产生坡体（客土）滑动时，在坡体内按条形、分岔形或拱形设置塑料盲管，将渗透水及时收集排走，避免滞水层（软弱滑动面）的形成，保证回填客土的稳定。实验表明，在中等强度的降雨（10～100mm）和较陡（坡度大于30°）的边坡情形下，塑料盲管发挥的排水效果较为显著。塑料盲管对坡面的排水防护原理见图9－19。

图9－19　塑料盲沟的排水防护原理

（四）透水软管

1.材料工艺及特性

透水软管是以经防腐处理、外覆高分子聚合物的弹簧钢丝或其他高强度材料丝圈为骨架，在其上（由内向外）依次包裹透水层（经纬纱纤维）、过滤层（无纺布）、被覆层（经纬纱纤维）的土工透水软管，又称软式透水管。透水软管是一种具有反滤透（排）水作用的新型管材，它克服了常规排水管材的结构缺陷，利用毛细现象和虹吸原理，集吸水、透水、排水功能为一体，具有适应排水工程要求的耐压能力及透水性、反滤作用。透水软管的主要特性如下：

（1）管壁周身均为透水材料，透水面积大，渗透、过滤和防淤性能良好。

（2）分布众多毛细孔隙，有主动集水机能，吸水性强，可将管外水快速吸收、汇集到管内。

（3）管体结构先进，具有高抗拉强度和抗压扁能力，可承受土体压力和滑动，坚固耐用，并可防止倒管。

（4）质地柔韧，可任意弯曲，适应性好，能用于凹凸不平的开挖岩土面。

（5）安装连接简单，工艺要求低，施工效率高，工程造价低。

2.常用产品及规格

透水软管直径50～250mm，长度一般为4m，纵向通水量为30～300m3/h，扁平耐压力大于2kN/m。常见的透水软管产品如图9－20所示。

图9－20　常见的透水软管产品

3.工程应用

透水软管在坡面植被建植工程中的防护应用与塑料盲管基本相同，也可在许多排水设施设计上直接代替常规的盲沟。不仅如此，因透水软管质地柔韧、安装连接简单，且具有高抗拉强度，即使在地质、地形条件很差的坡面上，也能发挥出独特的适应能力和理想的排水效果，不失为一种先进、优良的坡面排水材料。图9－21给出一种将透水软管作为坡面集水、汇水和排水多功能设施的应用设计。

图9－21　透水软管在坡面上的多功能应用

六、生态型排水沟

如前所述，排水沟的作用是汇集和排除坡面、路面及路肩的降水，其断面有三角形、梯形、矩形等型式，其构筑材料主要以浆砌石、混凝土为主。近年来随着公路建设技术水平的不断提高，公路排水系统设计和施工技术也得到了快速发展，常规的排水沟构筑型式简易化、单一化的状况已不满足当前公路建设需要，特别是与公路生态化建设理念不相适应。据此，突破传统的圬工结构型式，能够发挥保护生态环境、减少水土流失以及保障路侧安全、美化路容景观等效应的新型排水沟设施应运而生，并在工程上得到越来越广泛的应用。

（一）生态型排水沟及其结构

所谓的“生态型排水沟”，目前仅是一个概念性术语，其设计及施工也缺少统一的规范标准，仍处于研究实验和实践探索阶段。根据目前工程应用来看，生态型排水沟就是将原来的浆砌边沟及边坡碎落台、部分土路肩合并，构筑成一种弧形（浅碟形）的凹沟，沟内经过覆土后再进行植草，从而起到排水以及减小圬工设施、增加植被防护的作用，其结构如图9－22所示。其中，B1为排水沟宽；B2为碎石盲沟宽度；H1为排水沟深度；H2为回填种植土高度；H3为碎石盲沟高度；R为排水沟半径。

（二）生态型排水沟的设计原则及要点

生态型排水沟的设计应以满足公路排水功能为前提，结合生态恢复和防护的要求，因地制宜，与周边地形、地貌、自然环境相协调，同时充分考虑路侧安全性和驾乘者的视觉感受，发挥植物的视觉诱导和柔化遮挡作用。设计要点主要包括：

●根据汇水面积、沟底纵坡、所用材料及地形条件，合理确定排水沟的几何断面形状及尺寸。

●排水沟长度不宜过长，力求做到及时疏排、就近分流。

●排水沟的纵坡一般与路线纵坡一致，最大纵坡不宜超过4.0%，否则会因水流速度过大，加剧对草被的冲刷；在局部较平坦路段，可以不积水为原则，适当降低纵坡标准。

图9－22　生态型排水沟断面结构

●排水沟底的标高根据现场情况可适当提高，以防止农田水倒灌。

●对于某些不良地质路段，如膨胀土路段应慎用，此时应加强相应的防护处理措施。因路基施工对沿线地形破坏较大，排水沟设计还应因地制宜地进行优化。

●排水沟覆土后采用人工播种或机械喷播方式进行植草，草种可选择紫羊茅、无芒雀麦、草地早熟禾、紫花苜蓿等，并可按适当比例进行多品种混播。

（三）常见生态型排水沟的设计方案

1.双侧柔化浅碟式生态型边沟

双侧柔化浅碟式生态型边沟（图9－23），采用立体式多层排水组合方式，边沟断面能满足区域汇排水要求，具有一定的生态环保效应，行车安全性高。该方案适用于排除路基范围内的汇水、原边沟的宽度在180cm以上，排水距离小于150m的平直路段。

图9－23　双侧柔化浅碟式生态型边沟的结构（单位：cm）

具体工程做法为：在原沟底部铺20cm厚碎石，上覆土工布，然后再回填石渣；在沟底部采用10cm厚砼按照抛物线形进行硬化处理，硬化部分沟深9cm，宽度为60cm；两侧回填种植土并植草，两侧沟壁的坡度为1∶2.5。边沟全断面沟深30～40cm，断面积约为0.32m2。此种型式边沟具有以下特点：

●一般降雨时，边沟水深为2～8cm，可由硬化的抛物线形沟底迅速排空；而当雨量大时，则双侧柔化坡面参与排水，断面尺寸能够满足排除汇集至边沟的设计流量。

●在边沟坡面表层实施植草覆盖，扩大绿色覆盖率，使得原有的圬工防护、硬质防护变成植被防护、柔性防护，弱化了硬质构筑物对驾乘者的视觉冲击以及“明沟效应”，并起到提高安全性和保持水土的作用。

●在原沟底回填20cm的碎石，可有效排走边沟底部、侧壁及上部渗水。

●边沟表面横向坡度较缓，增大了路侧安全宽度，能对失控驶入边沟的车辆起到缓冲、消能作用，以降低事故风险和危害，同时增大了路侧空间，给驾乘者以开阔感，提升了道路行车的安全性。

对原始边沟的宽度在180cm以上、排水距离大于200m以及常年有水路段，可将浅碟式硬化部分改成40×10cm的砼U型沟槽，以提高砼底部的排水能力。

2.组合式生态型边沟

这种边沟是双侧柔化浅碟式生态型边沟的一种优化型式，它采用立体式明暗排水组合方式，上部采用双侧柔化浅碟式明沟，下部构筑暗埋式渗沟，其内用粒径为1～5cm的碎石填充，并顺向铺设直径为20cm的塑料盲管或透水软管，整个渗沟四周采用反滤土工布包裹，以防止堵塞并确保渗沟的渗水和排水功能（图9－24）。该型式将地表水与地下水采取相互分离的排水措施，对路面水及坡面水等地表水通过浅碟式明沟排走；而对裂隙水、泉眼、路面下渗的层间水及路基底面上升的毛细水等地下水，通过渗沟排除。

该方案适用于地下水较多以及边沟断面突变，回填边沟会引起流水淤积路段。

图9－24　组合式生态型边沟的结构（单位：cm）

3.盖板式生态型边沟

对于长路堑路段、地表汇水面积较大路段，若边沟仍采用上述结构型式，将难以满足及时、快速排水的要求，特别在暴雨季节，明沟会遭受较大的冲刷破坏，从而直接影响路基的稳定。为此，增设暗埋的盖板式矩形边沟来增大排水断面，以保证边沟的排水能力，同时可使常规的浆砌石盖板边沟“变明为暗”，改善了路容路貌（图9－25）。

图9－25　盖板式生态型边沟的结构（单位：mm）

具体工程做法为：边沟底板及侧墙采用现浇C20混凝土，盖板采用C30钢筋混凝土预制，盖板上部铺设厚度为10cm的弧形种植土层，其与两侧边坡自然衔接，其上进行喷播植草（必要时可结合使用三维网或椰丝网），形成植被覆盖的汇水明沟。为便于将明沟的汇水及时导入暗埋的边沟内，沿排水纵向每隔20～30m设置一处集水井，其顶部设置带泄水孔的明盖板。此种型式的边沟具有以下特点：

●将地上圬工结构转为地下暗埋方式，“化明为暗”、“变灰为绿”，有效地减少了水土流失，并保持了边沟的排水能力不受影响。

●增加了路侧净区的宽度以及边沟表层的承载能力，彻底消除了明沟带来的行车安全隐患。在低路基路段可省去护栏，在一定程度上降低了工程造价。

●通过对明沟及两侧坡面进行合理的植物配置，并进行大面积的喷播植草，可取得较为理想的植被恢复效果，使路容景观质量、驾乘者视觉感受以及环境生态效应得到明显改善。

第三节　坡面雨水收集及回用微灌

水分是植物体的重要组成成分，作为坡面植被建植中最为常用的草本植物来讲，其含水量一般可达本身鲜重的65%～80%，如果其体内水分含量下降就会产生萎蔫，当含水量下降到60%时，草就会出现干枯、死亡现象，故当降水不足以提供坡面植被需水时，就应及时进行灌溉作业。另一方面，坡面的蓄保水性能很差，尽管建植以抗干旱、耐瘠薄的植物为主，但在持续干旱缺水的情况下，也必须及时对其进行灌溉浇水。因此，灌溉是坡面植物需水的一个重要来源，也是常规养护管理的重要内容。

边坡植被恢复工程实施区很多地处偏远的山区，并常年处于“水源缺、供水难”的环境下，特别在干旱、半干旱地区，灌溉水源问题一直难以解决，适时灌溉几乎不可能做到，已成为制约坡面植被恢复工程质量的瓶颈问题。另一方面，雨天大量的雨水却从公路沿途的沟渠无组织地流失，雨水资源不仅得不到利用，而且还有可能造成水害。根据有关统计，已建成的高速公路用于植被养护费用已达高速公路日常养护费用的20%以上，该费用主要体现在水的利用率和输送成本上。基于坡面植被对灌溉需求更高，特别是对节水灌溉尤为迫切的现状，本着“排用结合”思路，可利用已有技术对坡面雨水进行收集、处理后，再经微灌设施回用于坡面植被的灌溉，以降低灌溉养护成本，提高水资源利用率和坡面植被恢复效果。

一、坡面雨水收集及处理

雨水作为自然界水循环的阶段性产物，其水质优良，是一种十分宝贵的水资源。充分利用边坡这一自然的集水面，借鉴已有的城市雨水收集和利用技术，通过合理的设计及相应的工程措施，可将坡面径流加以收集、回用。此外，在条件允许的情况下，路面径流也可一并进行收集。这样，在一定程度上可有效缓解坡面灌溉用水不足的状况。

（一）集水量的计算

坡面（路面）径流是雨水收集的主要来源，在确定年降雨量、径流系数和集水面积后，可按下式计算集水量：

W＝ψβP A×10－3

式中，W为地面集水量，m3/a；ψ为径流系数（沥青混凝土路面取0.8，绿地取0.2）；β为初期弃流系数（取0.9）；P为年降雨量，mm；A为集水面积（以水平投影面积计），m2。

（二）坡面雨水收集处理系统

由坡面（路面）收集的雨水一般水量大，但水质较差，需经由雨水收集处理系统进行专门处理后才能回用。因边坡所处环境条件的局限性，坡面雨水收集处理系统主要由雨水汇集区（坡面、路面）、输水沟渠、弃流设施、简易净化设施、蓄水池组成（图9－26），所采用的净化方法是物理法。各单元的功能作用分别为：

1.输水沟渠

输水沟渠用于坡面或路面雨水的汇集，并使汇水在地势坡度重力作用下流向系统中的处理单元。输水沟渠一般可直接利用现有路面、坡面的排水沟渠、边沟等设施，也可根据需要对其流向、断面、材质进行改造和完善，以更适于与系统的配套及衔接。

2.弃流设施

因受汽车尾气、燃油和润滑油、铁锈以及轮胎与路面材料摩擦的影响，路面雨水污染情况较为严重，主要污染物SS、COD、BOD、N、P和石油类、部分重金属的初期浓度相对较高，同时水中也含有大量杂物，为了降低处理工艺的难度和系统设施的负荷，需通过弃流设施对初期雨水（2mm降雨量）进行舍弃。设施配置可根据现场条件而定，主要考虑其可行性和经济性，一般采用简易的弃流井即可。

图9－26　坡面（路面）雨水收集处理系统

3.净化设施

通过弃流后的雨水水质较好，然后再采用过滤方式进行净化。净化设施一般为矩形的钢筋混凝土过滤池，顶部有木质或混凝土盖板，池内填充粗滤料（石英粗砂和砾石），自上而下粒径由小至大，依次为2～4mm、4～8mm、8～24mm，每层厚度150mm左右，出水管管口处装有滤网。

4.蓄水池

蓄水池用于储存净化后的雨水，以回用于坡面植被的灌溉养护。过滤池、蓄水池应设置在坡面径流易集中的低洼地带，工程设计时需根据现场地势情况，尽量利用自然地形条件设计二者的基准标高，以保证前级所净化的雨水能够顺畅流入蓄水池，否则应增加动力提水装置。

二、互通立交区雨水收集处理系统

互通立交区密集、多层的路面形成了面积可观的雨水集流面，为雨水收集利用提供了极大便利条件，并且互通立交区一般具有较为完备的土建、机电等配套设施，占地空间也较为开阔。同时该区域建植工程规模一般较大，且景观效果要求也较高，可以考虑利用现场资源、条件，对雨水进行深度处理，以满足更高的坡面植被灌溉要求。公路雨水收集利用目前尚处于探索阶段，工程设计可参考《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB 50400—2006）、《雨水集蓄利用工程技术规范》（SL 267—2001）中有关内容进行。

图9－27　互通立交区雨水收集及处理方案

图9－27给出一种互通立交区雨水收集及处理方案，该方案不同于简易的雨水净化工艺，增加了生态型边沟，并可分别选用先进的人工湿地、土壤渗滤处理技术，通过不同的工艺过程对雨水进行深度处理。其中，生态型边沟用于雨水的预处理，雨水流经时，可以降低流速，使悬浮物和颗粒物得到沉淀，同时某些污染物在过滤、渗透、吸收及降解的作用下可被部分去除；人工湿地利用水生植物、土壤和微生物等作用对雨水进行深度处理，对SS有物理截留作用，所形成的好氧、缺氧、厌氧环境，可有效地去除雨水中的COD、BOD、N、P以及石油类等污染物；土壤渗滤处理以土壤为基质，利用现代厌氧、好氧人工强化处理技术，与厌氧发酵及生态草坪相结合，可有效去除溶解性污染物，特别其脱氮除磷的效果较为显著。这样的系统配置不仅可提高雨水处理能力和雨水利用率，而且可使出水水质达到更高的排放标准。人工湿地技术和土壤渗滤技术近年来在公路生态环保工程上的应用已渐成趋势，具体设计可参阅相关资料文献，此不赘述。

三、坡面植被微灌系统

微灌是一种节水效果显著的新型农业灌溉技术方法。微灌系统可以根据作物需水要求，通过水泵、低压管道系统及安装在末级管道上的灌水器，将作物所需的水分、营养以最小的流量均匀地输送到作物根部附近的土壤表面或土层中。相对于常规的地面灌水和喷灌方式，微灌具有如下优点：

●节水节能。可按植物需水要求适时、适量地灌水，显著减少了水损失；因用管道输水，不易产生地表径流和深层渗透；因在低压（50～150kPa）下运行，能量损耗较小；一般比喷灌省水30%左右，比地面浇灌省水40%～60%。

●灌水均匀。能够对每个灌水器的出水流量进行控制，因而灌水均匀度高，一般可达85%以上。

●适应性强。可适应复杂的地形条件，并能根据不同的土壤入渗特性调节供水压力和灌水速度。

●省工效率高。因属管网供水，工作效率高，而且便于实现自动控制，因而可明显节省劳力；施肥可通过微灌系统进行，肥料与水一起混合施加到土壤中，可节肥20%～40%，且不需人工作业。

显而易见，上述特点也体现出微灌技术用于坡面植被灌溉的可行性和合理性，而且边坡的地形特征可使微灌供水凭借重力自流，从而无需配置常规的加压水泵及其供电，这极大提高了微灌技术用于坡面植被灌溉的适应性。因此，微灌技术与前述的雨水收集处理技术结合，这无疑是解决坡面植被灌溉需求与“水源缺、供水难”之间矛盾的有效途径，特别对处于无电、缺水条件下的坡面植被养护管理而言，需求迫切、意义重大。

近年来随着“资源节约、环境友好”公路行业建设的推进以及水资源循环利用技术的应用，业内对公路雨水收集回用和节水灌溉的技术研发也开始重视起来，尽管目前尚未形成成熟的适用技术，但探索性措施在个别公路水资源循环利用示范工程中已见雏形，并产生了一定的有益效果。工程实践初步表明，微灌效率可达90%以上，远高于水车漫灌12%的利用率，并且微灌系统初始投资仅为水车漫灌方式的30%，长期年运行成本仅为后者的40%左右，故微灌技术综合优势较为明显。图9－28显示出一种坡面植被节水微灌系统设计方案。

如图9－28所示，在坡顶和坡面平台上设置容积与灌溉水量适配的橡胶水囊，橡胶水囊结构及基础形式与橡胶坝类似，并再用柔性的布鲁克网将其笼罩锚定，以保持充水后的稳定。橡胶水囊的安装位置应尽量处于隐蔽处（如坡顶背侧），或种植乔灌木进行遮挡，以减少对坡面景观的影响。根据坡面灌溉区域及面积，每个橡胶水囊按分片设置、单独输出灌溉水。坡面微灌系统组成除了首部枢纽由橡胶水囊取代外，其他部分的配置与常规的微灌工程基本相同。

图9－28　一种坡面植被节水微灌系统设计方案

如图9－28所示，坡面微灌系统以平台为界按上坡面和下坡面分区设计，共有独立的3套系统（上坡区1套、下坡区2套），各自在坡面上分片配置，其中的橡胶水囊是1个分片的水源。灌溉管网包括干管、支管和毛管3级管道，每路干管分上坡和下坡2个支路，每个支路的支管又通过电磁阀分组设置。由于坡面地形起伏多变，为保证灌溉流量、压力在一定范围内达到基本均衡，干、支管连接采用鱼骨式结构，支、毛管连接采用鱼骨式和梳齿形2种结构。微灌系统的运行采用智能化控制，微灌控制器能根据人工预设程序或动态的植物需水量、气象条件等因素，适时发出分片控制、分组控制、流量控制、间歇控制、泄流控制等指令，自动完成不同轮灌方式、不同灌溉强度下的运行过程，使坡面植被灌溉实现智能化、精细化、节约化。橡胶水囊的水源来自运水车的供水（适于无水源、无动力条件的偏远地带边坡）或雨水收集蓄水池的回用水，并通过提水管道（经由单向阀）定期进行补水。

坡面微灌系统的组成配置尽管不复杂，但因其管路处于一种非水平面状态下，管内水流分配受重力因素影响较大，故系统的设计与常规的地面灌溉系统有所不同，根据工程实施经验，管网设计时需把握以下几个要点。

●土壤的允许喷灌强度随着坡度的增加而显著减小，喷灌强度不能大于土壤入渗率，宜选用低灌溉强度的喷头，同时需通过调节阀进行压力控制，这样可以减少地表径流和水土流失。

●初步研究与试验表明，当微灌用于边坡客土层时，微灌水的浸润范围与坡度有关，当坡度大于35°时，其随坡度增加而快速增长，因此设计坡面喷头布设时，可将其竖向间距适当加大，不需与横向间距相同，这样可减少喷头数量，降低工程造价，但并不影响微灌效果。

●为分散流量，降低水头损失，减小管道直径，应采用分组轮灌的方式，即将支管划分为若干组，每组毛管由电磁阀进行灌溉控制；为了防止发生坡面径流损失，增加灌溉水的入渗量，每组毛管还应采用间歇控制，将所需灌溉量分时段断续供应。

●当坡面起伏不平时，毛管应沿水平等高线布设；因存在重力渗流作用，每一分片内布设的毛管，其上、下部分的间距可有所不同，一般上2/3部分的毛管间距可按常规计算设计，而下1/3部分的毛管间距可增大30%左右。

●除了合理布设系统的管路外，微灌控制器能够提供的功能特性、控制策略也非常重要，因此需从实用性、可靠性和经济性上选择相关的智能化产品。此外，需考虑到供电条件的约束，电磁阀、微灌控制器应具有低功耗特性，以便与太阳能光伏发电或风光互补发电装置配套。

坡面微灌系统设计可参照《微灌工程技术规范》（GB/T 50485—2009）进行。但因坡面上影响灌溉水量、灌溉强度等指标的因素较为复杂，常规的微灌计算方法所得出的设计往往与坡面实际情况偏差较大，因此最好借鉴已有工程的设计经验，并进行现场实地试验、观测，以保证微灌系统设计的合理性、有效性和经济性。