黃土地區(qū)高速公路排水問題探討

衛(wèi)高紅

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

國(guó)家“十一五”以來，高速公路在我國(guó)得到了大規(guī)模的發(fā)展，高速公路總里程在2012年已經(jīng)達(dá)到約9.6萬km。在高速公路的建設(shè)中，設(shè)計(jì)和施工人員往往對(duì)橋梁、涵洞、隧道、擋墻、路面、路基等非常重視，而對(duì)公路排水問題的重視程度卻不夠，經(jīng)常是一場(chǎng)暴雨過后，公路水毀大面積發(fā)生，這不僅需要投入大量的人力、財(cái)力、物力去解決，而且在很多情況下還會(huì)影響到公路功能的發(fā)揮，造成交通事故的發(fā)生。

在我國(guó)的華北及西北地區(qū)，黃土大面積分布，由于黃土具有疏松、易沖刷、濕陷性等特性，排水問題尤其重要。特別是近兩年來，該地區(qū)的雨量明顯比往常偏多，由此造成的水毀問題更為嚴(yán)重。做好公路的排水設(shè)計(jì)與施工，對(duì)于減少路基路面及公路構(gòu)造物水損害、提高公路耐久性、節(jié)約養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等都具有非常重要的意義。通過對(duì)數(shù)條高速公路的水毀調(diào)查，本文對(duì)公路排水的幾個(gè)相關(guān)問題進(jìn)行了分析探討。

1 關(guān)于挖方橋臺(tái)排水問題

在橋梁的設(shè)計(jì)及施工中，如何保證上部梁板、下部橋墩等結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計(jì)人員考慮得比較周全，但橋頭排水問題引起的重視程度卻不夠：一方面無論是在設(shè)計(jì)圖紙中還是在設(shè)計(jì)相關(guān)說明中，涉及排水的內(nèi)容較少，對(duì)于如何將路基邊溝排水順利地引到橋下天然河溝沒有明確說明；另一方面是施工人員的認(rèn)識(shí)不夠，排水設(shè)施的施工質(zhì)量往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。在本次調(diào)查中，橋頭水毀問題非常嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：

a）挖方橋臺(tái)處，橋下平臺(tái)的沖刷問題嚴(yán)重。此處水流主要來自于橋梁泄水孔的下泄水、臺(tái)側(cè)邊溝排水以及超高路段雙幅橋之間的空隙下泄水，水流集中下泄引起橋下護(hù)坡的損毀、黃土的濕陷、黃土平臺(tái)的垮塌等現(xiàn)象，從而造成橋臺(tái)樁基保護(hù)層的脫落，樁基外露，有效樁長(zhǎng)減小，并最終會(huì)影響到橋臺(tái)樁基的安全性（圖1）。

b）臺(tái)側(cè)邊溝及急流槽垮塌，引起搭板下路基的浸泡、臺(tái)前土體的沖刷。主要原因是施工單位將路基棄方傾倒在臺(tái)側(cè)，邊溝和急流槽的基底坐落在松土上，遇水會(huì)產(chǎn)生沉陷，從而造成邊溝和急流槽底部淘空，引起斷裂垮塌（圖2）。

圖1 橋下平臺(tái)土體沖刷

圖2 臺(tái)側(cè)邊溝垮塌

對(duì)于此類問題，建議通過如下方法加以解決：

a)將梁底挖方平臺(tái)進(jìn)行30 cm厚漿砌片石鋪砌，并做成向外側(cè)1%的坡度，在最外側(cè)設(shè)橫向排水溝，最終通過急流槽將水引向溝底。

b)超高路段，應(yīng)在雙幅橋之間的空隙處做15 cm高的攔水帶，將水引至臺(tái)側(cè)邊溝，防止水流在此處集中下泄，引起臺(tái)前護(hù)坡及梁底平臺(tái)的沖刷。

c)施工單位進(jìn)行挖方段施工時(shí)，不應(yīng)將棄方堆置在臺(tái)側(cè)，而應(yīng)遠(yuǎn)離橋臺(tái)；施工邊溝及急流槽時(shí)，基底應(yīng)進(jìn)行夯實(shí)，當(dāng)基底為軟弱土層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行灰土或砂礫換填。

d)急流槽應(yīng)一直做到溝底，防止急流槽端部在水流的淘刷下一截一截地?cái)嗔眩罱K造成水流在臺(tái)前平臺(tái)及坡面漫流，引起沖刷；當(dāng)局部地形較陡時(shí)，可以考慮在適當(dāng)位置設(shè)跌井，減緩水流的沖擊力。

e)對(duì)于臺(tái)前邊坡過陡，不適合做急流槽的情況，可以考慮將邊溝水引入塑料波紋管下泄，但需要注意波紋管的管段不宜過長(zhǎng)，每10 m左右應(yīng)考慮設(shè)置跌水井將各管段相連，以防在管道自重和下泄水流的作用下引起管節(jié)連接部位的斷裂。

f)為了提高邊溝的整體穩(wěn)定性，可以將臺(tái)側(cè)漿砌片石邊溝改為混凝土邊溝。

2 關(guān)于涵洞排水問題

涵洞在公路排水中發(fā)揮著非常重要的作用，路面及邊坡水大部分通過涵洞引向路基外，因此，做好涵洞排水對(duì)于減少路基病害有著重要的意義。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分涵洞均按照規(guī)范要求設(shè)置，但是一些細(xì)節(jié)考慮得不是很周全，主要體現(xiàn)在以下方面：a）當(dāng)涵洞洞口不正對(duì)天然河溝或河溝較寬時(shí)，盡管設(shè)置了八字墻，但還不足以將水流完全引入涵洞，導(dǎo)致水流從八字墻的后方滲入路基，造成路基和涵洞基礎(chǔ)的浸泡，嚴(yán)重者甚至引起涵洞的沉降；b）施工單位將部分路基棄方堆置于涵洞出水口位置，導(dǎo)致涵洞出水不暢，造成涵洞內(nèi)積水；c）涵洞出口往往采用集中排水，當(dāng)下游有農(nóng)田、村莊等時(shí)，容易引起沖刷。

由于黃土往往具有遇水強(qiáng)度急劇降低、濕陷性以及抗沖刷能力差等特點(diǎn)，上述現(xiàn)象造成的破壞尤為明顯，因此，建議在黃土地區(qū)除了按照規(guī)范要求進(jìn)行涵洞的設(shè)計(jì)施工外，還應(yīng)特別注意做好以下工作：

a）涵洞的進(jìn)水口應(yīng)盡量和水流方向一致，當(dāng)與水流方向不一致時(shí)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流設(shè)施。當(dāng)進(jìn)水口的黃土有疏松、濕陷、陷坑時(shí)，可采用漿砌片石鋪砌、深開挖、分層回填夯實(shí)等措施，將水引入涵洞[1]。

b）為了解決涵洞出水口的沖刷及排水不暢問題，涵洞出水口可設(shè)置消力池、散流、跌坎、急流槽等設(shè)施。

c）施工單位在涵洞施工完成后，一定要進(jìn)行進(jìn)水口與出水口的疏通處理，以防出現(xiàn)堵塞問題。

3 關(guān)于路塹邊坡急流槽設(shè)置問題

《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ D30—2004）及《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/TD33—2012）均規(guī)定在路堤和路塹坡面或者坡面平臺(tái)向下豎向集中排水時(shí)，宜設(shè)置急流槽，但是對(duì)于急流槽的設(shè)置間距沒有具體要求，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在確定間距時(shí)隨意性較大。從本次調(diào)查的幾條高速公路來看，路塹邊坡急流槽的設(shè)置間距普遍偏大，導(dǎo)致急流槽的泄水能力不足，邊坡平臺(tái)截水溝的水流無法及時(shí)排泄而溢出，造成坡面漫流，影響邊坡的穩(wěn)定。為此，建議黃土地區(qū)路塹邊坡急流槽間距不宜超過50 m，以利排水。

另外，從調(diào)查的情況看，大部分急流槽的底面做成平的，沒有設(shè)置防滑平臺(tái)或凸榫，這樣做一方面不利于消能，另一方面不利于公路養(yǎng)護(hù)人員檢查邊坡的情況。建議在可能的情況下，將急流槽底面做成階梯狀，以便于消能以及養(yǎng)護(hù)人員的作業(yè)。

4 關(guān)于路堤邊坡的排水問題

本次調(diào)查中，路堤邊坡的水毀現(xiàn)象也較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為由于水流的沖刷，路堤邊坡防護(hù)構(gòu)造物破壞嚴(yán)重，部分路段由于邊坡受水浸泡下陷，帶動(dòng)路基沉降，并造成路面的開裂，此外，填挖交界處急流槽破壞現(xiàn)象嚴(yán)重。分析發(fā)生上述現(xiàn)象的原因主要為以下3點(diǎn)：

a）在邊坡防護(hù)施工前，沒有削除寬填部分，路面拱形骨架防護(hù)等構(gòu)造物直接做在松土上，一旦遇水沖刷，很容易遭到破壞（圖3）。

b）路堤邊坡的急流槽斷面偏小，間距偏大，導(dǎo)致路面水不能及時(shí)排出，部分路面水從攔水帶頂部溢出，形成坡面漫流。

c）填挖交界處的急流槽的基底坐落在松散的土體上（圖 4）。

圖3 拱形骨架防護(hù)水毀

圖4 填挖交界處急流槽垮塌

建議在以后的設(shè)計(jì)施工中，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

a）在泄水能力計(jì)算的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減小急流槽的間距，一般取30～40 m為宜。

b）增大攔水帶泄水喇叭口的尺寸，喇叭口的寬度不宜小于1.5 m，在可能的情況下，在喇叭口入口處設(shè)置10～15 cm深的跌水，以加快水流的排泄速度。此外，喇叭口的進(jìn)口一定要做成弧形，嚴(yán)禁為了施工方便，而將入口做成方形。

c）填挖交界處的急流槽一定要做在原狀土上，當(dāng)基底為軟弱土?xí)r，應(yīng)進(jìn)行砂礫或灰土換填壓實(shí)處理，必要時(shí)可采用混凝土邊溝。

5 關(guān)于中央分隔帶的排水問題

本次調(diào)查中，由于中央分隔帶排水問題引起的水毀現(xiàn)象也非常嚴(yán)重，主要有以下兩方面：

a）中央分隔帶滲漏水造成路基的沉降和路面開裂。

b）填方路基通常在上路堤的頂部鋪設(shè)一層砂礫層，中央分割帶的滲漏水通過此層對(duì)路堤邊坡形成沖刷。

通過對(duì)上述水毀現(xiàn)象進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)主要原因?yàn)椋篴）局部路段土工布鋪設(shè)施工不規(guī)范，存在漏鋪以及被尖銳物體刺破的情況；b）當(dāng)進(jìn)行波形梁護(hù)欄施工時(shí)，護(hù)欄立柱穿過土工布，必然會(huì)破壞土工布的完整性，由于沒有對(duì)破損處及時(shí)進(jìn)行密封，當(dāng)雨季來臨時(shí)，就會(huì)形成滲漏水通道。

針對(duì)上述原因，施工時(shí)一定要注意土工布的施工質(zhì)量，并對(duì)護(hù)欄施工引起的破損處進(jìn)行密封。

6 結(jié)語

公路排水設(shè)計(jì)與施工是一個(gè)非常系統(tǒng)的工程，其設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的好壞對(duì)于公路功能的發(fā)揮、減少水毀、節(jié)約養(yǎng)護(hù)費(fèi)用有著重要的意義。本文針對(duì)黃土地區(qū)高速公路發(fā)生的一些水毀現(xiàn)象分析了原因并提出了解決方法，對(duì)于黃土地區(qū)公路的排水設(shè)計(jì)與施工以及減少水毀問題的發(fā)生有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。