濕陷性黃土地區(qū)公路排水及病害防治對策探索

張小兵

（甘肅省定西公路局，甘肅 定西 743000）

在公路工程施工建設(shè)過程中，需要面對各種各樣的地質(zhì)條件，濕陷性黃土就是其中之一，其如果在壓力條件下被水浸潤，會導(dǎo)致強度和穩(wěn)定性下降，如不能進行有效處理，會對公路工程的使用壽命和運行安全產(chǎn)生直接影響。

1 濕陷性黃土概述

濕陷性黃土是在上部覆土層重力或附加應(yīng)力的作用下，因浸水之后土體結(jié)構(gòu)的破壞引發(fā)顯著附加變形的特殊土體，其在我國東北、西北、華東和華中地區(qū)廣泛分布。濕陷性黃土的土質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)疏松，在沒有被水浸潤的情況下具有較高的強度和較低的壓縮性，而如果在一定壓力下被水浸潤，則土體結(jié)構(gòu)會被迅速破壞，并產(chǎn)生相對較大的附加下沉，土體強度也會顯著降低。因此，如果需要在濕陷性黃土地基上進行工程項目建設(shè)，應(yīng)該充分考慮地基濕陷引發(fā)的附加沉降問題，做好地基處理工作，以盡可能避免或消除地基濕陷的危害。

黃土的濕陷性評價常通過壓縮試驗用濕陷系數(shù)δS值來判定，并應(yīng)符合下列規(guī)定[1]：

1）當(dāng)濕陷系數(shù)δS<0.015時，為非濕陷性黃土；

2）當(dāng)濕陷系數(shù)δS≧0.015時，為濕陷性黃土；

3）黃土的濕陷程度劃分見表1。

表1 黃土的濕陷程度劃分

4）濕陷性系數(shù)按下式計算：δS=（hp-hp'）/h0

式中，hp—保持天然濕度和結(jié)構(gòu)的試件在加壓至一定壓力P時壓縮穩(wěn)定后的高度（mm）；

hp'—加壓穩(wěn)定后的試件在浸水作用下壓縮穩(wěn)定后的高度（mm）；

h0—試件的原始高度（mm）。

試驗時，一般取P=300kPa；對壓縮性較高的新黃土宜采用P=150kPa。

甘肅定西、天水、平?jīng)龅赛S土區(qū)域的土主要以粉土顆粒為主，0.01～0.05mm顆粒占總重量的55%～65%，大于0.05mm的顆粒一般占總重量不大于20%，天然含水率為9%～16%，塑限含水率為18%～22%，液限含水率為25%～30%，孔隙比為1.04～1.08，CBR值為2%～3%。

2 濕陷性黃土地區(qū)公路排水常見病害

2.1 路面排水

路面上的雨水和積水會沿縫隙向下滲透，而在下滲過程中，因為反復(fù)凍融，會引發(fā)更加嚴重的病害[2]。當(dāng)前，不少地區(qū)公路路面排水設(shè)施缺乏完善性，在排水不暢的情況下，濕陷性黃土?xí)艿剿慕櫍l(fā)路基沉降和變形問題。同時，部分公路在對排水系統(tǒng)進行施工的過程中，缺乏有效的質(zhì)量管控，細節(jié)處理不到位，存在排水設(shè)施連接錯位、連接區(qū)域破損以及排水不順暢等問題。

2.2 分隔排水

若公路中央分隔排水設(shè)施的設(shè)計不到位，則雨水在滲入后將無法及時排出，在長期積聚的情況下會導(dǎo)致路基浸泡，造成路基變形和沉陷的同時也會加劇路面病害的發(fā)展[3]。

2.3 邊坡排水

在公路工程中，路基邊坡排水設(shè)施的類型多種多樣，如排水溝、截水溝、急流槽等，常見的質(zhì)量通病有排水設(shè)施基底脫空、排水溝斷裂、排水溝堵塞等。對病害的原因進行分析，一是部分排水溝在施工過程中沒有對基底進行壓實，地基的不均勻沉降引發(fā)了排水溝破損斷裂問題[4]；二是采用的是預(yù)制排水溝，在現(xiàn)場安裝過程中沒有做好接縫處理，封閉不嚴密，雨水沿著孔洞和裂縫逐漸滲透到基底，引發(fā)斷裂破損問題；三是部分排水溝所處區(qū)域冬季寒冷，在凍脹作用下發(fā)生了結(jié)構(gòu)開裂的現(xiàn)象；四是缺乏對排水系統(tǒng)的有效維護，導(dǎo)致排水系統(tǒng)堵塞嚴重，積水無法及時排出。排水設(shè)施滲漏后土基坍塌見圖1、圖2所示。

圖1 排水溝急流槽垮塌

圖2 路肩急流槽垮塌

3 濕陷性黃土地區(qū)公路排水病害的防治對策

結(jié)合濕陷性黃土的性質(zhì)，公路施工中應(yīng)該設(shè)置臨時性排水設(shè)施來避免雨水對路基的浸泡，而在主體工程施工完成后需要修筑永久性排水設(shè)施，滿足公路排水需求。對公路排水設(shè)施常見病害的防治可以從以下方面著手。

3.1 做好排水設(shè)計

濕陷性黃土本身的特性要求在對公路排水系統(tǒng)進行設(shè)計時采用分散排水、以蓄為主的基本原則。黃土地區(qū)一般地形相對平坦，較小的路線縱坡會增大排水的難度。對此，在進行公路橫斷面設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先采用路堤式路基，并確保路堤高度在50cm以上，在適當(dāng)區(qū)域設(shè)置澇池對公路排出的水進行收集，在保證公路穩(wěn)定運行的同時也能避免水土流失問題。

3.2 路面排水病害防治

一是對路面施工質(zhì)量進行控制，保證其壓實效果和防滲性能滿足設(shè)計施工要求，做好路面邊緣接縫的細節(jié)處理，確保雨水不會下滲到基層；二是做好日常養(yǎng)護管理工作，尤其是在雨季，應(yīng)安排專門的巡查隊伍定期對路面排水設(shè)施進行檢查，清理其中的雜物和泥土，確保排水的通暢性。

3.3 分隔排水病害整治

在對分隔排水設(shè)施進行設(shè)計施工的過程中，應(yīng)充分考慮濕陷性黃土的特點以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，確定分隔排水設(shè)施的截面尺寸，考慮好積水的排放問題，避免長期積水引發(fā)的路基浸潤問題。

3.4 邊坡排水病害整治

結(jié)合公路工程沿線的地形地貌以及構(gòu)筑物分布情況，對邊坡排水設(shè)施的長度進行合理設(shè)計，計算好出水口最佳位置，同時依照段落設(shè)置的長度、坡度和匯水面積等對邊坡排水設(shè)施的類型進行選擇，將自然排水渠道和其他排水設(shè)施全部考慮在內(nèi)。邊坡排水設(shè)施施工中，應(yīng)確保其能夠?qū)崿F(xiàn)與排水溝、涵洞、自然溝渠的可靠連接，構(gòu)筑起完善的排水系統(tǒng)，實現(xiàn)對雨水和積水的有效排放。邊坡出水口與其他排水設(shè)施的連接必須平順，在針對公路路線曲線段的排水邊溝進行施工時，需確保其底部坡度和曲線前后坡度順接，避免內(nèi)側(cè)積水或者外溢的問題[3]。

排水設(shè)施滲漏是引起水害的主要因素，在排水設(shè)施設(shè)計中應(yīng)充分考慮柔性防水材料的應(yīng)用。通常采用一布一膜或兩布一膜的聚乙烯防水土工布，該材料柔韌性好，適應(yīng)變形能力強，抗凍性能優(yōu)越，主要是以高分子聚合物的不透水性提高排水設(shè)施的防滲效果。土工布的鋪設(shè)一般采用人工，接縫粘接寬度大于等于0.1m，搭接寬度大于等于0.2m，設(shè)計文件有明確規(guī)定的應(yīng)滿足設(shè)計要求。G30連霍高速天水至定西段的大部分路線穿越黃土區(qū)域，原來對邊溝、排水溝、急流槽、截水溝等設(shè)施的防滲漏功能重視不夠，不同部位的銜接也不夠順暢，近年來出現(xiàn)多處不同程度的水害，在養(yǎng)護過程中經(jīng)常需要對排水設(shè)施進行維修。防水土工布在水毀修復(fù)中的應(yīng)用如圖3、圖4所示。在排水設(shè)施與土基之間增加一層防水土工布，就排水溝、急流槽來說，每米增加造價10元左右，但排水設(shè)施防滲漏效果明顯增強，修復(fù)后沒有出現(xiàn)二次水毀的現(xiàn)象。

圖3 G30連霍高速天定段護面墻截水溝修復(fù)

圖4 G30連霍高速天定段排水溝修復(fù)

3.5 其他病害防治

一是截水溝病害的防治。技術(shù)人員需對當(dāng)?shù)氐臍夂驙顩r進行全面調(diào)查，結(jié)合公路所處區(qū)域的地形特點和排水需求，對排水系統(tǒng)進行綜合設(shè)計。應(yīng)對截水溝的長度進行嚴格控制，對照地形條件選擇好出水口的位置，如果相關(guān)路段容易發(fā)生山體滑坡，則需要在滑坡體范圍內(nèi)設(shè)置環(huán)向截水設(shè)施，避免地表水進入滑坡區(qū)引發(fā)滑坡災(zāi)害。二是排水溝病害的防治。在對排水溝進行設(shè)計時，同樣需要做好現(xiàn)場勘察，明確路基穩(wěn)定性和水土保持，設(shè)置好可靠的防護措施。排水溝應(yīng)做到線型平順、轉(zhuǎn)角圓順，若在公路沿線設(shè)置排水溝，必須確保排水溝遠離路基，如果所處區(qū)域降水集中、降水量大，需要對排水溝底部進行加固處理，確保其能夠應(yīng)對較高的水流速度。應(yīng)做好排水溝的維修養(yǎng)護工作，定期清淤保暢，避免排水不暢引發(fā)其他病害。三是急流槽病害的防治。急流槽一般設(shè)置在地面縱坡相對較大的路段，需要實現(xiàn)與邊溝、排水溝和截水溝的順接，將水流引入橋涵或者自然溝渠中。如果急流槽的長度較大，需要設(shè)置多個縱向坡度，確保其逐漸變緩。針對施工環(huán)節(jié)，需要將急流槽和順接涵洞進出口形成過渡段，要求基礎(chǔ)嵌入地面以下，在其底部設(shè)置端墻和防滑平臺。急流槽的設(shè)置必須充分考慮地形因素，并在出水口位置設(shè)置消力池，避免水流沖刷對地基穩(wěn)定性的影響。四是重視綜合排水系統(tǒng)，綜合考慮路基排水與橋涵等構(gòu)造物合理有效銜接[5]。

定西地區(qū)黃土區(qū)域面積廣闊，多年來“年年修、年年壞，邊修邊壞、越修越壞”的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，需要尋求一個合理實用的方式來解決這個問題。近年來交通系統(tǒng)投入大量人員對黃土地區(qū)的路基邊坡排水設(shè)施進行深入研究，取得了明顯成效，將傳統(tǒng)開放式急流槽變?yōu)镻VC管式急流槽，這種急流槽防滲漏效果好，易施工，自重輕，長短靈活，接頭少，且安全可靠，成本較低，特別在高差大、長距離邊坡排水設(shè)施中效果尤為明顯。多采用單管式和雙管式，個別地方也采用三管式。PVC管式急流槽的缺點是有進水口管口堵塞風(fēng)險，進水口溢流對急流槽的破壞是致命的。這就需要養(yǎng)護人員進行經(jīng)常性巡查，在雨季加大巡查力度，確保進水口不被雜物堵塞。圖5所示為新增加的兩處PVC管式急流槽。

圖5 G30連霍高速天定段新增PVC管式急流槽

3.6 做好預(yù)防性養(yǎng)護

做好預(yù)防性養(yǎng)護工作是減少乃至避免公路水毀的一個關(guān)鍵措施，而在日常工作中，由于養(yǎng)護不到位引發(fā)的公路水毀問題時有發(fā)生。在公路養(yǎng)護過程中，應(yīng)該強調(diào)全面養(yǎng)護以及預(yù)防性養(yǎng)護，將路面、橋涵、防護結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)、路堤等全部納入養(yǎng)護工作范圍內(nèi)，及時對存在的異常進行處理，避免事故的發(fā)生。同時，應(yīng)該安排專人做好汛前公路檢查以及雨季巡查工作，如發(fā)現(xiàn)橋涵或防護構(gòu)筑物的基礎(chǔ)被雨水沖刷外露，需及時進行加固處理，并對橋涵和排水系統(tǒng)中的淤塞物進行清理，做好路基缺口填補工作，消除隱患，保障公路的安全穩(wěn)定運行。對于已經(jīng)發(fā)生的水毀問題，需做好及時搶修，確保公路正常運行。應(yīng)該落實雨中查路制度，及時對公路上出現(xiàn)的險情進行處理，例如，發(fā)現(xiàn)路基沉陷、橋涵損壞或泥石堆積時，有關(guān)部門應(yīng)該做好相應(yīng)區(qū)域的交通管制，安排搶修隊伍盡快處理，將水毀損失降到最低。對于存在較大水毀隱患的工程，如變遷式河床、大型防護、壩式路堤等，需要結(jié)合路段的實際情況制定具備可行性和可靠性的防范維修措施，保證公路正常通行以及過往車輛安全。

4 結(jié)語

公路工程是基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)生水毀不僅影響正常使用，還會引發(fā)巨大經(jīng)濟損失。因此，相關(guān)部門在對公路工程進行施工建設(shè)的過程中，應(yīng)該切實做好排水系統(tǒng)的設(shè)計施工，并對常見病害進行防治，有效預(yù)防水毀問題，保證公路工程的使用壽命和運行安全。