淺析黃土溝壑區(qū)路基防排水

高 泳

(河北省東光縣公路管理站)

隨著我國高等級公路向西部山區(qū)延伸,黃土溝壑區(qū)路基防排水成為越來越突出的工程技術(shù)問題。這是因為黃土溝壑區(qū)特殊的地形、地質(zhì)條件,決定了路線走向大都沿溝川地、溝壑地帶,使得路基不僅排水困難,而且經(jīng)常受到兩側(cè)山體外來水的浸濕影響。

1 黃土溝壑區(qū)路基排水設(shè)施病害類型及產(chǎn)生原因

黃土溝壑區(qū)路基排水設(shè)施所處的環(huán)境較為復(fù)雜,導(dǎo)致排水設(shè)施破壞的因素較多。因而,破壞的形式也是多種多樣。概括起來,黃土溝壑區(qū)路基排水設(shè)施病害的產(chǎn)生有兩方面的因素。一是排水設(shè)施自身的因素,即排水設(shè)施本身設(shè)計施工不合理,基底未處理或處理不到位、采用不合格的材料等,在一定的外因誘發(fā)下,將產(chǎn)生開裂、斷板、淤堵及沖刷等病害。一是外部環(huán)境因素,如地形、地貌、地下水、土質(zhì)、地表植被、降雨條件、人類活動的影響等。

2 排水設(shè)施病害防治措施

針對上述排水設(shè)施的破壞類型,結(jié)合工程經(jīng)驗和黃土溝壑區(qū)特點,提出以下幾個防治措施。

2.1 溝渠基底夯實

在土體節(jié)理發(fā)育,風(fēng)化嚴重,特別是自重濕陷性黃土分布區(qū),開挖后應(yīng)將溝壁和溝底夯實或拍實,如在翻夯土中加適量白灰,效果更佳。夯實機械用小型電夯或人工拍實,經(jīng)過簡易處理后鋪砌的排水溝槽,穩(wěn)定性增加,有少量滲水時也不會產(chǎn)生濕陷變形。為防止路基邊溝下沉變形造成邊溝水下滲,在路基邊溝開挖成型后,可分層攤鋪 3∶7灰土夯實,再填筑砂礫墊層,鋪砌預(yù)制混凝土塊邊溝。

2.2 溝渠加固

溝渠加固一般采用漿砌片石和混凝土襯砌,混凝土襯砌分就地整體式澆筑和預(yù)制板裝配兩種。漿砌片石襯砌接縫少、造價低、防滲效果好、耐久性強?；炷烈r砌因接縫多、抗凍性差,易于破壞,有時整段鼓起。目前,黃土溝壑區(qū)溝渠填縫多采用瀝青麻絮,觀察使用效果尚能滿足要求,但瀝青類填充料易老化,低溫延伸性稍差?？墒褂镁勐纫蚁╊愄羁p料替代,此類材料耐熱度高,低溫塑性好,不易脆裂,適合北方氣候,價格略高于瀝青類,但防水性能大為改善。

2.3 土工膜防滲

由于單層土工膜易被再生雜草穿孔或被尖棱石塊刺破而影響防滲效果,以及在承受水、土壓力時因沒有局部約束而易被擠破。因此,最好采用復(fù)合土工膜防滲(一布一膜、二布一膜或加筋復(fù)合土工膜)。復(fù)合土工膜抗拉、抗剪、抗?jié)B強度均較高,具有抗老化、抗頂破、承受一定的變形、應(yīng)變能力較強、低溫性能良好等特點,但造價比較高。由于公路排水溝渠為間歇式過水,通過設(shè)計流量或大流量的時間很短,可采用半鋪式,即渠底全鋪,渠坡鋪膜高度為正常水位的1/2～1/3,同樣能達到較好的防滲要求。

2.4 進水口處理

各種排水構(gòu)造物的進水口必須與水流方向一致,使水有來路。小橋涵進口必須鋪砌,并有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)流和消能構(gòu)造物。在地形特殊易滯水的地段,若黃土疏松、濕陷,應(yīng)重點處理。辦法是:深開挖、分層回填夯實,引水入涵,使流水不能下滲造成路基沉陷、塌陷。

2.5 出水口處理

涵洞、急流槽、排水溝等出口處處理是黃土溝壑區(qū)排水設(shè)計的難點,處理不當(dāng)造成的病害非常普遍。根據(jù)黃土溝壑區(qū)地形、地質(zhì)等特點。第一,對挑流或射流出口,當(dāng)出口位于陡坡、懸崖斷壁上時,用水泥預(yù)制管或金屬管、金屬矩形槽將水引伸出坡外,形成挑流和射流,將水送入自然溝槽,這樣避免了長而陡的急流槽,造價低?？紤]到挑流水沖擊力較大,容易造成下游沖刷破壞,可在落水部位放置墊石。挑流管道或預(yù)制水槽后部用底座固定,或直接埋入路基,中間可設(shè)支撐。接縫處進行防滲處理。第二,當(dāng)出口處設(shè)消力池時,建議在消力池底部設(shè)灌注樁或打入短預(yù)制樁以減少沉降變形。第三,當(dāng)采用排水渠引水入溝時,由于排水溝很長,遠離路基,出口的局部損壞一般對路基沒有太大危害,及時養(yǎng)護維修即可。

3 黃土溝壑區(qū)路基工后防排水養(yǎng)護技術(shù)及病害防治

必要及時的養(yǎng)護是提高公路使用壽命,保證公路安全運營所必需的。排水溝渠設(shè)計時盡管已從溝渠縱坡設(shè)計上考慮了溝渠的自清能力及抗沖刷能力,然而事實證明,此舉只能減輕而不能免除淤積或沖刷,這主要是因為水中攜帶的泥沙量事先無法預(yù)知,溝渠水流攜沙能力及沖刷力無法預(yù)估。因此,必須借助養(yǎng)護措施清淤或修復(fù)沖刷破壞的地方。我國公路養(yǎng)護按作業(yè)性質(zhì)、范圍和工作量大小分為小修保養(yǎng)、中修、大修和改善四類。公路養(yǎng)護一般可劃分為日常養(yǎng)護、定期養(yǎng)護、特別養(yǎng)護和改善工程四類。按養(yǎng)護工程發(fā)生于損壞之前還是之后,可將公路養(yǎng)護分為預(yù)防性養(yǎng)護和矯正性養(yǎng)護,我國現(xiàn)在大多數(shù)公路養(yǎng)護屬于矯正性養(yǎng)護,相當(dāng)大比例的高速公路通車僅二三年就要進行修補,在前期沒有舍得投入預(yù)防性養(yǎng)護是重要原因之一。所謂預(yù)防性養(yǎng)護,就是在合理的時間內(nèi)對相關(guān)公路設(shè)施進行正確維護,如在排水設(shè)施尚未發(fā)生破壞或剛出現(xiàn)病害跡象時采取強制性保養(yǎng)措施,將病害處理在萌芽階段,延緩排水設(shè)施狀況的惡化。養(yǎng)護不及時將增大養(yǎng)護成本,形成惡性循環(huán)。美國公路行業(yè)曾對幾十萬公里不同等級道路進行跟蹤調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這些道路的使用性能和壽命有一個共同的變化特征:一條質(zhì)量合格的道路,在使用壽命 75%的時間內(nèi)性能下降 40,這一階段稱之為預(yù)防性養(yǎng)護階段,此階段如不及時進行養(yǎng)護,在隨后 12%的使用壽命時間內(nèi),性能再次下降 40,而養(yǎng)護成本卻要增加 3～10倍,這一階段稱為矯正性養(yǎng)護階段。預(yù)防性養(yǎng)護和矯正性養(yǎng)護是公路養(yǎng)護的兩個重要方面,對于排水設(shè)施而言,預(yù)防性養(yǎng)護有時比矯正性養(yǎng)護更重要,以下針對黃土溝壑區(qū)路基防排水具體特點,按日常養(yǎng)護、雨季養(yǎng)護及維修、補救措施論述路基防排水養(yǎng)護技術(shù),日常養(yǎng)護、雨季養(yǎng)護主要是預(yù)防性養(yǎng)護,而維修及補救措施主要是矯正性養(yǎng)護。

4 結(jié) 語

路基是路面的基礎(chǔ),其強度和穩(wěn)定性至關(guān)重要,造成路基坍塌、沉陷、失穩(wěn)等病害,幾乎都與水有關(guān)。路基排水的任務(wù)就是將路基范圍內(nèi)的水迅速排除,將土基濕度降低到一定范圍內(nèi),保持路基常年處于相對干燥狀態(tài),確保路基路面具有足夠的強度和穩(wěn)定性。路基防排水設(shè)計是公路設(shè)計過程中十分重要的環(huán)節(jié),也是一項復(fù)雜的工作,需要結(jié)合公路所處的自然地理環(huán)境,公路等級,農(nóng)田水利,環(huán)境保護等因素進行綜合考慮。

[1] 姚祖康.公路排水設(shè)計手冊.《公路排水設(shè)計規(guī)范》[M].人民交通出版社,2002.

[2] 沈冰,李懷恩,沈晉.坡面降雨強度漫流過程中有效糙率的實驗研究[J].水利學(xué)報,1994.

[3] 戚隆溪,黃興法.坡面降雨徑流和土壤侵蝕的數(shù)值模擬[J].力學(xué)學(xué)報,1997.

[4] 交通部第二公路勘察設(shè)計院.公路設(shè)計手冊一路基(第二版)[M].人民交通出版社,1997.

[5] 李家春,田偉平,呂亞莉.高等級公路路面集中排水水力計算[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報,2002.