高速公路路基排水設(shè)施病害類型及處治技術(shù)分析

趙亞君

（承德盛達(dá)高速公路養(yǎng)護(hù)有限公司，河北 承德 067000）

1 常見路基排水設(shè)施病害類型

1.1 邊溝、排水溝

排水溝、邊溝受到嚴(yán)重破壞，且溝渠底部漿砌面較為粗糙，水流速度下降，排水效果不佳。溝渠漿砌石由于路基壓實(shí)性不足，脫離原路基，出現(xiàn)溝渠沉陷開裂情況；排水溝、邊溝存在明顯雜物堆積現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)防沖、防淤效果，路基線形和溝底縱坡一致化造成路基邊坡泥沙下滑，引發(fā)溝渠堵塞；邊溝蓋板排水孔出現(xiàn)堵塞，阻礙了路面積水的快速排出。蓋板孔徑構(gòu)造偏小，在強(qiáng)降雨環(huán)境中，邊坡泥沙會導(dǎo)致泄水孔出現(xiàn)擁堵。

1.2 截水溝

路基截水溝破壞則主要表現(xiàn)為截水溝未做好防沖加固，地表徑流造成路基邊坡產(chǎn)生滑動，繼而引發(fā)截水溝坍塌破壞；截水溝堵塞則是由于截水溝布置距離棄土堆偏近，泥石流流入截水溝造成淤泥堵塞，且路基邊坡存在較多的雜草和樹枝也容易進(jìn)入截水溝，影響排水功能；截水溝沖刷則是其布置長度過長、設(shè)計(jì)坡度偏小，和周圍排水設(shè)施沒有充分銜接，地表徑流難以快速排出，積水長期滯留造成結(jié)構(gòu)沖刷嚴(yán)重。

1.3 急流槽

急流槽承擔(dān)不同排水設(shè)施徑流匯集作用，急流槽布置沒有充分結(jié)合地形，結(jié)構(gòu)底板防沖設(shè)計(jì)不佳，則會造成急流槽出水口沖溝產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞；急流槽缺乏緩沖設(shè)計(jì)則會在強(qiáng)降雨環(huán)境中造成結(jié)構(gòu)沖刷，引發(fā)路基邊坡強(qiáng)度穩(wěn)定性下降；截水溝和急流槽進(jìn)水口之間的銜接沒有進(jìn)行優(yōu)化加固，平緩程度不足，也會造成水流溢出急流槽，污染周圍環(huán)境生態(tài)。

1.4 小橋涵

過水涵洞雜物堆積數(shù)量過多（稻草、樹干等），則會阻礙地表徑流的正常排放，引發(fā)水面壅高、堵塞現(xiàn)象；進(jìn)水口具備較多垃圾和泥沙也會堵塞邊溝排放水流。

1.5 中央分隔帶排水

公路超高漸變段中央分隔帶的積水流速較慢，在縱坡及路拱坡度較低的情況下，地表徑流排放效果不良，水流極容易聚集在中央分隔帶周圍，地面漫流會造成相關(guān)設(shè)施的水毀；中央分隔帶滲溝失效則主要?dú)w因于外層土工布滲濾效果不良，結(jié)構(gòu)老化，滲溝堵塞會影響中央分隔帶排水；中溝分布于中央分隔帶兩側(cè)，中溝被泥沙和樹葉堆滿，中溝堵塞會造成淤積、水流雍高等情況。

2 工程概況

河北省某高速公路跨越了大范圍的山區(qū)地形，沿線降雨量豐富，設(shè)計(jì)起終點(diǎn)為K223+425～K230+600，路線全程7.175 km，雙向四車道，設(shè)計(jì)車速60 km/h。公路設(shè)計(jì)縱坡技術(shù)指標(biāo)較為復(fù)雜，高路塹路堤數(shù)量較多，路基填筑材料為當(dāng)?shù)胤植驾^廣的砂礫土，內(nèi)部粉黏土含量豐富，路塹邊坡多為巖土質(zhì)構(gòu)造。路線存在3座中大型橋梁，6座隧道，12座涵洞，一般路段路面為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目施工土石方數(shù)量63萬m3以上，防護(hù)排水污工數(shù)量達(dá)到了2860 m3以上。路基高邊坡護(hù)面采取窗孔式構(gòu)造，其內(nèi)設(shè)置數(shù)量密集的排水孔進(jìn)行坡體水流排放，路基框架梁則采取種植植被、草進(jìn)行綠化。該高速公路施工于2014年，至今已運(yùn)行8年時間。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路基排水設(shè)施主要存在以下幾種破壞類型：排水溝開裂破壞、邊溝沖刷斷裂破壞、急流槽邊坡土體坍塌堵塞、中央分隔帶防滲層失效及排水管設(shè)置不合理[1]。

1）沿線排水溝渠和攔沙壩破壞程度較為明顯，排水溝開裂主要是該結(jié)構(gòu)長期和農(nóng)田水渠共同使用，銜接急流槽結(jié)構(gòu)破壞，促使排水溝經(jīng)受了較長時間的水流浸泡，繼而產(chǎn)生坍塌破損，如圖1所示；攔沙壩破壞歸因于自然沖溝攔沙設(shè)置時并沒有分析泥石流作用，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)情況。

圖1 排水溝破損

2）現(xiàn)場邊溝破壞主要是缺少消水堤槽緩和坡段的設(shè)置，邊溝長度過大、坡度較陡，引發(fā)邊溝沖刷；邊溝斷裂則是路基和邊溝之間沒有經(jīng)過施工銜接緊密化處理，地表徑流極容易通過縫隙進(jìn)入邊溝，邊溝內(nèi)側(cè)則會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，導(dǎo)致整體受力的不均勻，車輛通行過程中也會造成邊溝頂部蓋板碾壓破壞和開裂。邊溝破壞如圖2所示。

圖2 邊溝破壞示意圖

3）沿線高路塹和高路堤邊坡巖土材料在強(qiáng)降雨環(huán)境中產(chǎn)生坍塌，進(jìn)入急流槽內(nèi)部的泥沙引發(fā)堆積堵塞，主要是施工階段及流槽開挖中缺少邊坡穩(wěn)定性分析及處理。

4）現(xiàn)場中央分隔帶排水設(shè)施存在以下幾種病害類型：防滲層缺乏防滲效果，防滲開挖的邊溝具備較為粗糙的表面，施工瀝青難以充分黏結(jié)，防滲層完整度、均勻性欠缺，布置的土工布也具備明顯接縫，不透水效果相對較差，盲溝側(cè)面在積水嚴(yán)重情況下不能阻止路基水流的滲入。橫向排水管施工質(zhì)量不佳導(dǎo)致標(biāo)高誤差的存在，上游位置橫向排水管極易出現(xiàn)排水不暢，地表徑流就會聚集于高程較低處，且下游排水管多采取無紡?fù)凉げ歼M(jìn)行包裹，整體排水效果不良，中央分隔帶積水情況嚴(yán)峻，路基受此影響會造成強(qiáng)度穩(wěn)定性喪失[2]。

3 公路排水設(shè)施病害處治設(shè)計(jì)

3.1 處治原則

項(xiàng)目排水設(shè)施病害處理主要分為以下幾種設(shè)計(jì)方案。

1）對于路段排水設(shè)施破壞程度較輕的情況，則可以采取C20混凝土或者漿砌片石進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理，對原有排水設(shè)施進(jìn)行重新修復(fù)、再次使用。

2）易于排水設(shè)施施工的路段，則可以在原地形開展重新修筑，對已經(jīng)具備明顯破壞程度的排水設(shè)施進(jìn)行后續(xù)拆除，且避開已形成的虛土、沖溝。對于邊溝和梁橋兩側(cè)相互銜接的急流槽，則要進(jìn)行合適位置的再次修筑，強(qiáng)化其排水防滲功能，急流槽施工需要延伸至溝底位置。

3）缺乏排水設(shè)施工條件的路段，如果現(xiàn)場排水設(shè)施破壞程度較大，則需要開展虛土清除，并且采取截水墻+跌水井、漿砌片石回填、擋土墻+跌水井形式進(jìn)行原有設(shè)施的加固。防護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合跌水井的方式可以消除勢能較大的水流，并且需要將水流引入現(xiàn)狀急流槽實(shí)現(xiàn)排放。

3.2 處治方案設(shè)計(jì)

3.2.1 另置修筑

1）橋梁

沿線K224+520處1號大橋?yàn)槿缃Y(jié)構(gòu)，跨徑較大，該大橋4號橋臺兩側(cè)受到地表徑流影響導(dǎo)致急流槽、邊溝等排水設(shè)施破壞，4號橋臺臺背處出現(xiàn)較大空洞病害。項(xiàng)目在結(jié)合實(shí)際環(huán)境下，采取原地修復(fù)排水設(shè)施。急流槽的修復(fù)主要在4號橋臺沖刷形成的陡坎處構(gòu)建擋土墻結(jié)構(gòu)，且擋土墻上部需要布置截水墻，銜接于原來的邊溝，擋土墻下部需要構(gòu)建跌水井，連接于急流槽。擋土墻+跌水井加固處理能夠?qū)扔衅茐牡亩缚矊?shí)現(xiàn)加強(qiáng)，且流速較大的徑流能夠通過跌水井達(dá)到勢能消除，最終通過急流槽流入溝底，具體設(shè)計(jì)如圖3所示。對于4號橋臺左右側(cè)邊溝損壞，則需要在靠近橋臺處采取M7.5漿砌片石進(jìn)行防水封堵，避免臺背及耳墻的水流沖刷；跌水井、擋墻新建時要對周圍虛土進(jìn)行處理，且擋土墻底部需要進(jìn)行6%灰土密實(shí)化處理，厚度一般控制在50～60 cm；邊溝空洞需要采取C20強(qiáng)度混凝土進(jìn)行回填處治，來優(yōu)化排水溝造[3]。

圖3 另置修復(fù)示意圖

2）中央分隔帶

中央分隔帶主要為無封閉構(gòu)造，其排水設(shè)計(jì)主要分析綠化人工降水、大氣降水的影響。項(xiàng)目中央分隔帶排水破壞主要分布在路段KK225+220～K225+308，依據(jù)路段實(shí)際環(huán)境的不同，擬采取以下兩種防排水方案：只進(jìn)行防水土工布的鋪設(shè)（適合原位加固）；盲溝、橫向排水管結(jié)合防滲土工布（適合新建）。方案2考慮到分隔帶土體內(nèi)部極容易會有水分滲入，則需要在中央分隔帶底部進(jìn)行縱向排水溝的設(shè)計(jì)。該滲溝需要采取反濾土工布進(jìn)行包裹，減少水帶入泥沙造成滲溝的排水堵塞，滲溝內(nèi)部需要布置0～15 cm直徑的透水管，橫向間距每100 m設(shè)置管徑5～10 cm的塑料管。依據(jù)當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范，管徑設(shè)計(jì)則需要考慮泥土顆粒對槽孔的影響，為此，中央分隔帶縱向排水選取內(nèi)徑10 cm的透水軟管，橫向排水則設(shè)置直徑10 cm的塑料管[3-4]。

3.2.2 原位加固

沿線K225+120處左側(cè)涵洞出口位置水毀破壞嚴(yán)重，關(guān)聯(lián)急流槽損壞程度明顯，涵洞鋪砌坍塌形成長度較大的沖溝。項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境，采取擋土墻+跌水井原位加固處理，設(shè)計(jì)如圖4所示。首先需要對涵洞周圍的虛土進(jìn)行清除，在涵洞坍塌位置需要構(gòu)建坡度1∶5內(nèi)部傾斜的平臺結(jié)構(gòu)，采取M7.5漿砌片石進(jìn)行回填壓實(shí)，繼而進(jìn)行涵洞出口處的修復(fù)加固。涵洞出口需要和擋土墻頂部平緩銜接，擋土墻底部需要進(jìn)行具備消能作用的跌水井構(gòu)造，跌水井要和急流槽進(jìn)行相互銜接；跌水井、擋土墻都采取C20混凝土施工，急流槽則采取M7.5漿砌片石修筑于路基左側(cè)河道，構(gòu)建于承載強(qiáng)度較大的土基上。跌水井內(nèi)部設(shè)計(jì)厚度為30 cm，截面尺寸為1.5 m×1.5 m，需要和前后路基排水溝順接[5]。

圖4 原位加固示意圖

4 結(jié)語

高速公路排水設(shè)施對于路基路面的安全穩(wěn)定至關(guān)重要。本文對河北省承德市范圍內(nèi)的高速公路排水設(shè)施病害類型進(jìn)行調(diào)查，并且結(jié)合具體公路項(xiàng)目開展了橋梁、中央分隔帶、涵洞、邊溝的排水病害處治分析，主要依據(jù)施工環(huán)境和成本從另置修筑、原位加固兩個角度開展方案設(shè)計(jì)，為類似工程提供重要參考。