浅析黄土沟壑区路基防排水

高 泳

(河北省东光县公路管理站)

随着我国高等级公路向西部山区延伸,黄土沟壑区路基防排水成为越来越突出的工程技术问题。这是因为黄土沟壑区特殊的地形、地质条件,决定了路线走向大都沿沟川地、沟壑地带,使得路基不仅排水困难,而且经常受到两侧山体外来水的浸湿影响。

1 黄土沟壑区路基排水设施病害类型及产生原因

黄土沟壑区路基排水设施所处的环境较为复杂,导致排水设施破坏的因素较多。因而,破坏的形式也是多种多样。概括起来,黄土沟壑区路基排水设施病害的产生有两方面的因素。一是排水设施自身的因素,即排水设施本身设计施工不合理,基底未处理或处理不到位、采用不合格的材料等,在一定的外因诱发下,将产生开裂、断板、淤堵及冲刷等病害。一是外部环境因素,如地形、地貌、地下水、土质、地表植被、降雨条件、人类活动的影响等。

2 排水设施病害防治措施

针对上述排水设施的破坏类型,结合工程经验和黄土沟壑区特点,提出以下几个防治措施。

2.1 沟渠基底夯实

在土体节理发育,风化严重,特别是自重湿陷性黄土分布区,开挖后应将沟壁和沟底夯实或拍实,如在翻夯土中加适量白灰,效果更佳。夯实机械用小型电夯或人工拍实,经过简易处理后铺砌的排水沟槽,稳定性增加,有少量渗水时也不会产生湿陷变形。为防止路基边沟下沉变形造成边沟水下渗,在路基边沟开挖成型后,可分层摊铺 3∶7灰土夯实,再填筑砂砾垫层,铺砌预制混凝土块边沟。

2.2 沟渠加固

沟渠加固一般采用浆砌片石和混凝土衬砌,混凝土衬砌分就地整体式浇筑和预制板装配两种。浆砌片石衬砌接缝少、造价低、防渗效果好、耐久性强。混凝土衬砌因接缝多、抗冻性差,易于破坏,有时整段鼓起。目前,黄土沟壑区沟渠填缝多采用沥青麻絮,观察使用效果尚能满足要求,但沥青类填充料易老化,低温延伸性稍差。可使用聚氯乙烯类填缝料替代,此类材料耐热度高,低温塑性好,不易脆裂,适合北方气候,价格略高于沥青类,但防水性能大为改善。

2.3 土工膜防渗

由于单层土工膜易被再生杂草穿孔或被尖棱石块刺破而影响防渗效果,以及在承受水、土压力时因没有局部约束而易被挤破。因此,最好采用复合土工膜防渗(一布一膜、二布一膜或加筋复合土工膜)。复合土工膜抗拉、抗剪、抗渗强度均较高,具有抗老化、抗顶破、承受一定的变形、应变能力较强、低温性能良好等特点,但造价比较高。由于公路排水沟渠为间歇式过水,通过设计流量或大流量的时间很短,可采用半铺式,即渠底全铺,渠坡铺膜高度为正常水位的1/2～1/3,同样能达到较好的防渗要求。

2.4 进水口处理

各种排水构造物的进水口必须与水流方向一致,使水有来路。小桥涵进口必须铺砌,并有适当的导流和消能构造物。在地形特殊易滞水的地段,若黄土疏松、湿陷,应重点处理。办法是:深开挖、分层回填夯实,引水入涵,使流水不能下渗造成路基沉陷、塌陷。

2.5 出水口处理

涵洞、急流槽、排水沟等出口处处理是黄土沟壑区排水设计的难点,处理不当造成的病害非常普遍。根据黄土沟壑区地形、地质等特点。第一,对挑流或射流出口,当出口位于陡坡、悬崖断壁上时,用水泥预制管或金属管、金属矩形槽将水引伸出坡外,形成挑流和射流,将水送入自然沟槽,这样避免了长而陡的急流槽,造价低。考虑到挑流水冲击力较大,容易造成下游冲刷破坏,可在落水部位放置垫石。挑流管道或预制水槽后部用底座固定,或直接埋入路基,中间可设支撑。接缝处进行防渗处理。第二,当出口处设消力池时,建议在消力池底部设灌注桩或打入短预制桩以减少沉降变形。第三,当采用排水渠引水入沟时,由于排水沟很长,远离路基,出口的局部损坏一般对路基没有太大危害,及时养护维修即可。

3 黄土沟壑区路基工后防排水养护技术及病害防治

必要及时的养护是提高公路使用寿命,保证公路安全运营所必需的。排水沟渠设计时尽管已从沟渠纵坡设计上考虑了沟渠的自清能力及抗冲刷能力,然而事实证明,此举只能减轻而不能免除淤积或冲刷,这主要是因为水中携带的泥沙量事先无法预知,沟渠水流携沙能力及冲刷力无法预估。因此,必须借助养护措施清淤或修复冲刷破坏的地方。我国公路养护按作业性质、范围和工作量大小分为小修保养、中修、大修和改善四类。公路养护一般可划分为日常养护、定期养护、特别养护和改善工程四类。按养护工程发生于损坏之前还是之后,可将公路养护分为预防性养护和矫正性养护,我国现在大多数公路养护属于矫正性养护,相当大比例的高速公路通车仅二三年就要进行修补,在前期没有舍得投入预防性养护是重要原因之一。所谓预防性养护,就是在合理的时间内对相关公路设施进行正确维护,如在排水设施尚未发生破坏或刚出现病害迹象时采取强制性保养措施,将病害处理在萌芽阶段,延缓排水设施状况的恶化。养护不及时将增大养护成本,形成恶性循环。美国公路行业曾对几十万公里不同等级道路进行跟踪调查,发现这些道路的使用性能和寿命有一个共同的变化特征:一条质量合格的道路,在使用寿命 75%的时间内性能下降 40,这一阶段称之为预防性养护阶段,此阶段如不及时进行养护,在随后 12%的使用寿命时间内,性能再次下降 40,而养护成本却要增加 3～10倍,这一阶段称为矫正性养护阶段。预防性养护和矫正性养护是公路养护的两个重要方面,对于排水设施而言,预防性养护有时比矫正性养护更重要,以下针对黄土沟壑区路基防排水具体特点,按日常养护、雨季养护及维修、补救措施论述路基防排水养护技术,日常养护、雨季养护主要是预防性养护,而维修及补救措施主要是矫正性养护。

4 结 语

路基是路面的基础,其强度和稳定性至关重要,造成路基坍塌、沉陷、失稳等病害,几乎都与水有关。路基排水的任务就是将路基范围内的水迅速排除,将土基湿度降低到一定范围内,保持路基常年处于相对干燥状态,确保路基路面具有足够的强度和稳定性。路基防排水设计是公路设计过程中十分重要的环节,也是一项复杂的工作,需要结合公路所处的自然地理环境,公路等级,农田水利,环境保护等因素进行综合考虑。

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