濕陷性黃土地區(qū)公路排水病害及處治

武 建 國

(山西呂梁路橋有限公司，山西 呂梁 033000)

濕陷性黃土地區(qū)公路排水病害及處治

武 建 國

(山西呂梁路橋有限公司，山西 呂梁 033000)

通過分析黃土濕陷性的機(jī)理，論述了黃土地區(qū)公路排水設(shè)施的主要破壞方式，探討了公路表面排水設(shè)施、中央分隔帶排水設(shè)施、坡面排水設(shè)施的施工措施，旨在減少公路排水病害的發(fā)生。

濕陷性黃土，排水系統(tǒng)，破壞方式

我國是世界上黃土分布最廣、厚度最大的國家，其中濕陷性黃土約占我國黃土總面積的60%。其中，我省(山西)的濕陷性黃土分布主要在汾河流域晉東南地區(qū)。黃土地基的濕陷變形往往是局部和突然發(fā)生，且不均勻，對建筑物破壞性大，危害嚴(yán)重。

黃土濕陷變形是黃土被水浸濕引起的一種附加變形，其外在條件是水的浸濕。在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，除進(jìn)行地基處置和對結(jié)構(gòu)采取措施來提高地基承載力外，最重要的就是進(jìn)行工程防水建設(shè)，防止雨水和其他來源的水滲入地基中導(dǎo)致不均勻沉降的發(fā)生，大大減輕對建筑物的損害。

1 黃土濕陷性的機(jī)理

黃土主要是由極小的粉狀顆粒組成，形成的一種以粗顆粒為主體的骨架多孔隙結(jié)構(gòu)(見圖1)，具有明顯的大孔隙、垂直節(jié)理發(fā)育和對水具有顯著的敏感性的主要特性。

在黃土結(jié)構(gòu)中，當(dāng)顆粒中的含水量較低時，顆粒之間彼此靠近，使得顆粒間抗滑移能力明顯增強(qiáng)，表現(xiàn)出的是黃土土體具有較高的強(qiáng)度和抗壓縮變形能力。當(dāng)黃土受水浸濕后，在土體顆粒間形成了一層起著潤滑作用的水膜，使得土體顆粒出現(xiàn)滑移，這就直接導(dǎo)致黃土的骨架強(qiáng)度大幅的降低或失效。當(dāng)黃土的骨架強(qiáng)度出現(xiàn)降低或失效時，在黃土自身的重力作用下，土體結(jié)構(gòu)迅速破壞出現(xiàn)塌陷，此時表現(xiàn)在黃土地基上出現(xiàn)的濕陷變形(見圖2)。

可以看出，黃土發(fā)生濕陷變形的內(nèi)在原因是其結(jié)構(gòu)特征和其物質(zhì)成分，外在的條件為水的浸濕。黃土地基對水十分敏感，在水分入侵后，黃土地基出現(xiàn)濕陷導(dǎo)致較大變形差異，從而導(dǎo)致構(gòu)筑物破壞。

在工程建設(shè)中，對黃土濕陷性解決的主要措施有地基處理、防水與結(jié)構(gòu)措施三類。本文主要通過對排水設(shè)施破壞的成因進(jìn)行分析并處置，以提高黃土地基的穩(wěn)定性，確保構(gòu)造物安全。

2 黃土地區(qū)公路排水設(shè)施的主要破壞方式

在我國大部分黃土地區(qū)進(jìn)行公路設(shè)計時，由于地下水位較深，地下水對路基的影響一般不予考慮。因此，地表排水是黃土地區(qū)公路排水設(shè)計的核心。在公路的地表排水設(shè)計中，一種是分散漫流式排水方式，另一種是集中排水的方式。

在我國大部分黃土地區(qū)，由于降雨比較集中，匯水量大，采用分散漫流式排水會使得黃土坡面被沖刷，極易導(dǎo)致水土流失和邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象。因此，在黃土地區(qū)公路工程排水方式的選擇上，應(yīng)盡量選擇集中排水，即在路肩外側(cè)邊緣處設(shè)置攔水帶將地表水收集，再將其通過泄水口和急流槽排放到路堤坡腳外。

在我國，由于土質(zhì)和施工等方面的原因，集中排水易在下列部位產(chǎn)生破壞：

1)在攔水帶出水口位置產(chǎn)生的裂縫。

2)在中央分隔帶位置，由于雨水下滲導(dǎo)致的路面破壞。分隔帶回填土按照就近原則，一般使用黃土進(jìn)行回填。當(dāng)在分隔帶下方埋設(shè)通信電纜及管線時，則會給雨水滲入路基深處留下通道。隨著雨水順著縱坡向低凹處聚積，會使得部分路段地基土含水量過大，出現(xiàn)的不均勻沉降造成路基路面破壞，對黃土路堤危害更大。

3)邊溝長度和坡度設(shè)計不合理導(dǎo)致的塌陷。在集中排水設(shè)計中，當(dāng)邊溝出水口間距過長或是坡度設(shè)計過小時，會使得水流淤積。當(dāng)邊溝坡度設(shè)計過大時，則會導(dǎo)致水流沖刷嚴(yán)重。隨著使用年限的增加，無論是水流出現(xiàn)淤積還是沖刷嚴(yán)重，會首先在邊溝兩側(cè)出現(xiàn)沉陷，嚴(yán)重的會逐步發(fā)展到整個邊溝出現(xiàn)大面積濕陷破壞(見圖3)。

4)排水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性不足。在排水系統(tǒng)設(shè)計中，對于邊溝的設(shè)置，應(yīng)充分考慮其與急流槽、排水溝和涵洞的協(xié)調(diào)性，確保排水系統(tǒng)的良性運(yùn)營。否則，極易導(dǎo)致在局部路段出現(xiàn)排水系統(tǒng)失效的情況，使得局部的濕陷性破壞蔓延發(fā)展至整個排水系統(tǒng)失效，嚴(yán)重的甚至造成更大損失。

5)邊坡漿砌防護(hù)破損導(dǎo)致的沉陷。在邊坡襯砌施工中，由于施工質(zhì)量控制不嚴(yán)格導(dǎo)致襯砌勾縫脫落或表面破損出現(xiàn)的裂縫。當(dāng)雨水沖刷后，水分順著裂縫下滲影響了地基穩(wěn)定，從而出現(xiàn)沉陷破壞(見圖4)。

6)急流槽出現(xiàn)的破壞。在排水系統(tǒng)中，急流槽的主要作用在于路堤和路塹陡坡處的豎向排水。在我國，急流槽常見的病害有：a.進(jìn)水口出現(xiàn)下滲破壞。這主要是由于進(jìn)水口與泄水口連接處的基層壓實(shí)度不足導(dǎo)致。b.出水口嚴(yán)重破壞。這主要是由于消能設(shè)施的缺乏使得出水口沖刷嚴(yán)重導(dǎo)致。c.急流槽及坡體破壞。當(dāng)槽身有裂縫使得雨水滲入，或槽周邊雨水下滲導(dǎo)致的基底脫空都可以導(dǎo)致該破壞的發(fā)生(見圖5)。還有可能是基礎(chǔ)壓實(shí)度不足、漿砌片石脫落使得雨水滲入，或是槽身斷面過小使得水流溢出將周邊土體掏空等原因。

7)排水涵洞出現(xiàn)的破壞。涵洞的破壞與急流槽相類似。涵洞的進(jìn)水口、出水口及涵身是最主要的破壞部位。涵洞位置設(shè)置不合理導(dǎo)致的水流淤積，也會導(dǎo)致路堤的濕陷破壞(見圖6)。

3 排水系統(tǒng)病害的處治措施

在黃土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，造成黃土地區(qū)公路邊坡及排水構(gòu)造物病害的主要原因是黃土本身的特殊工程地質(zhì)特性。通過減小坡度坡長、通過護(hù)坡及排水工程積極恢復(fù)植被等工程措施提高黃土邊坡穩(wěn)定性。對于排水系統(tǒng)病害成因，針對性的通過工程措施解決。

1)嚴(yán)格控制路表面排水設(shè)施建設(shè)質(zhì)量和重視雨季養(yǎng)護(hù)。在施工的過程中，嚴(yán)控施工質(zhì)量，確保排水設(shè)施的防滲防漏效果。重視日常的巡視和養(yǎng)護(hù)工作，特別是要重視及時將雨季的路表積水排除。

2)中央分隔帶排水設(shè)施建設(shè)。在設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮分隔帶的寬度、綠化和交通設(shè)施等多種因素，合理選擇適用的排水方式。如對于超高路段排水設(shè)計的重點(diǎn)就應(yīng)放在超高外側(cè)路面雨水的處理上。

3)坡面排水設(shè)施建設(shè)。在各種不同尺寸和形狀的溝渠(槽)組成的坡面排水設(shè)施設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)設(shè)計流量的大小合理確定溝渠(槽)橫斷面的形狀和尺寸，縱向坡度設(shè)計應(yīng)滿足不淤積、不沖刷的要求。

a.邊溝。在設(shè)計時，邊溝的設(shè)置應(yīng)充分利用周邊的灌溉溝渠、天然沖溝、涵洞等排水設(shè)施，形成良好的排水系統(tǒng)。應(yīng)考慮到路基沿線的地形、地貌、地表徑流分布等情況，分段設(shè)計不同類型的邊溝。根據(jù)各段的縱坡、排水面高程等多種因素合理確定邊溝類型、截面尺寸等。b.截水溝。設(shè)置截水溝是一個解決地表徑流沖刷導(dǎo)致邊坡坍塌的有效手段。在設(shè)計階段，應(yīng)詳細(xì)的進(jìn)行氣候特征調(diào)查，重視地形地貌等因素的影響，將設(shè)置的截水溝納入環(huán)境綜合整治的大系統(tǒng)中。在施工中，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保溝底基層的壓實(shí)度，符合耐沖刷、防滲漏的性能要求。重視在滑坡區(qū)周邊進(jìn)行的環(huán)形截水溝建設(shè)，以確保外來的地表水難以流入滑坡區(qū)內(nèi)。c.排水溝。其功能主要是將路基附近的積水引至路基以外。在排水溝設(shè)計中，必須考慮到路基穩(wěn)定、水土保持、環(huán)境保護(hù)等相關(guān)因素，確保近期目標(biāo)與長遠(yuǎn)發(fā)展相協(xié)調(diào)。在小型沖溝地帶等特殊地段，應(yīng)采取工程措施來有效提高路基的穩(wěn)定性，盡可能的將沖刷減小。d.急流槽。對于不同的急流槽病害采取不同的處治措施。對進(jìn)水口和出水口處的輕微破損和沖刷破壞等，應(yīng)區(qū)分不同情況采取不同的處治措施。一般可采取設(shè)置消力坪或消力池的方式進(jìn)行處治，通過采取拋石防護(hù)或石籠防護(hù)也是一種減少沖刷的有效方式。

對于急流槽槽底局部淘蝕產(chǎn)生的塌陷，或?qū)е碌募绷鞑燮茐模瑧?yīng)采取有效的工程措施來確保急流槽底的壓實(shí)度。當(dāng)急流槽坡度很陡時，可通過在槽底設(shè)置石灰土砂礫墊層來提高槽底的強(qiáng)度和抗沖刷能力。

排水系統(tǒng)要發(fā)揮功能，重視建成后的養(yǎng)護(hù)特別重要，可有效地防止或抑制病害發(fā)展，并能避免引發(fā)其他病害。

4 綜合排水系統(tǒng)建設(shè)

在工程建設(shè)中，對于黃土地區(qū)排水系統(tǒng)病害處治，僅靠單一方法是難以解決的，只有進(jìn)行綜合防治，確保不發(fā)生不均勻沉陷。在設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮地形、水文、水土保持等因素，通過采用排水溝、截水溝、急流槽及植被防護(hù)相結(jié)合的措施來確保排水系統(tǒng)的有效性。同時，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)力度，做到早發(fā)現(xiàn)，早處置，以有效減少因排水系統(tǒng)病害導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

[1] 劉國榮，張滿如.濕陷性黃土公路路基病害類型及成因分析.城市建設(shè)理論研究，2014(9)：50-52.

[2] 蘇東東.黃土地區(qū)路基排水設(shè)施應(yīng)用研究.黑龍江科技信息，2014(5)：36-37.

[3] 王 琛，王勝利，趙 軍，等.黃土山區(qū)路基排水病害類型及防治對策.水利與建筑工程學(xué)報，2007(3)：11-13.

The highway drainage disease and treatment of collapsible loess area

Wu Jianguo

(ShanxiLvliangRoad&BridgeLimitedCompany,Lvliang033000,China)

Through the analysis on the mechanism of loess collapse, this paper discussed the main failure modes of highway drainage facilities in loess area, discussed the construction measures of highway surface drainage facilities, central median drainage facilities, slope surface drainage facilities, in order to reduce the highway drainage failures.

collapsible loess, drainage system, failure mode

2015-09-14

武建國(1976- )，男，工程師

1009-6825(2015)33-0162-03

U417.3

A