黄土地区高速公路排水问题探讨

卫高红

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

国家“十一五”以来，高速公路在我国得到了大规模的发展，高速公路总里程在2012年已经达到约9.6万km。在高速公路的建设中，设计和施工人员往往对桥梁、涵洞、隧道、挡墙、路面、路基等非常重视，而对公路排水问题的重视程度却不够，经常是一场暴雨过后，公路水毁大面积发生，这不仅需要投入大量的人力、财力、物力去解决，而且在很多情况下还会影响到公路功能的发挥，造成交通事故的发生。

在我国的华北及西北地区，黄土大面积分布，由于黄土具有疏松、易冲刷、湿陷性等特性，排水问题尤其重要。特别是近两年来，该地区的雨量明显比往常偏多，由此造成的水毁问题更为严重。做好公路的排水设计与施工，对于减少路基路面及公路构造物水损害、提高公路耐久性、节约养护费用等都具有非常重要的意义。通过对数条高速公路的水毁调查，本文对公路排水的几个相关问题进行了分析探讨。

1 关于挖方桥台排水问题

在桥梁的设计及施工中，如何保证上部梁板、下部桥墩等结构的安全，设计人员考虑得比较周全，但桥头排水问题引起的重视程度却不够：一方面无论是在设计图纸中还是在设计相关说明中，涉及排水的内容较少，对于如何将路基边沟排水顺利地引到桥下天然河沟没有明确说明；另一方面是施工人员的认识不够，排水设施的施工质量往往达不到设计要求。在本次调查中，桥头水毁问题非常严重，主要表现为以下两个方面：

a）挖方桥台处，桥下平台的冲刷问题严重。此处水流主要来自于桥梁泄水孔的下泄水、台侧边沟排水以及超高路段双幅桥之间的空隙下泄水，水流集中下泄引起桥下护坡的损毁、黄土的湿陷、黄土平台的垮塌等现象，从而造成桥台桩基保护层的脱落，桩基外露，有效桩长减小，并最终会影响到桥台桩基的安全性（图1）。

b）台侧边沟及急流槽垮塌，引起搭板下路基的浸泡、台前土体的冲刷。主要原因是施工单位将路基弃方倾倒在台侧，边沟和急流槽的基底坐落在松土上，遇水会产生沉陷，从而造成边沟和急流槽底部淘空，引起断裂垮塌（图2）。

图1 桥下平台土体冲刷

图2 台侧边沟垮塌

对于此类问题，建议通过如下方法加以解决：

a)将梁底挖方平台进行30 cm厚浆砌片石铺砌，并做成向外侧1%的坡度，在最外侧设横向排水沟，最终通过急流槽将水引向沟底。

b)超高路段，应在双幅桥之间的空隙处做15 cm高的拦水带，将水引至台侧边沟，防止水流在此处集中下泄，引起台前护坡及梁底平台的冲刷。

c)施工单位进行挖方段施工时，不应将弃方堆置在台侧，而应远离桥台；施工边沟及急流槽时，基底应进行夯实，当基底为软弱土层时，应进行灰土或砂砾换填。

d)急流槽应一直做到沟底，防止急流槽端部在水流的淘刷下一截一截地断裂，最终造成水流在台前平台及坡面漫流，引起冲刷；当局部地形较陡时，可以考虑在适当位置设跌井，减缓水流的冲击力。

e)对于台前边坡过陡，不适合做急流槽的情况，可以考虑将边沟水引入塑料波纹管下泄，但需要注意波纹管的管段不宜过长，每10 m左右应考虑设置跌水井将各管段相连，以防在管道自重和下泄水流的作用下引起管节连接部位的断裂。

f)为了提高边沟的整体稳定性，可以将台侧浆砌片石边沟改为混凝土边沟。

2 关于涵洞排水问题

涵洞在公路排水中发挥着非常重要的作用，路面及边坡水大部分通过涵洞引向路基外，因此，做好涵洞排水对于减少路基病害有着重要的意义。本次调查发现，大部分涵洞均按照规范要求设置，但是一些细节考虑得不是很周全，主要体现在以下方面：a）当涵洞洞口不正对天然河沟或河沟较宽时，尽管设置了八字墙，但还不足以将水流完全引入涵洞，导致水流从八字墙的后方渗入路基，造成路基和涵洞基础的浸泡，严重者甚至引起涵洞的沉降；b）施工单位将部分路基弃方堆置于涵洞出水口位置，导致涵洞出水不畅，造成涵洞内积水；c）涵洞出口往往采用集中排水，当下游有农田、村庄等时，容易引起冲刷。

由于黄土往往具有遇水强度急剧降低、湿陷性以及抗冲刷能力差等特点，上述现象造成的破坏尤为明显，因此，建议在黄土地区除了按照规范要求进行涵洞的设计施工外，还应特别注意做好以下工作：

a）涵洞的进水口应尽量和水流方向一致，当与水流方向不一致时，应设置导流设施。当进水口的黄土有疏松、湿陷、陷坑时，可采用浆砌片石铺砌、深开挖、分层回填夯实等措施，将水引入涵洞[1]。

b）为了解决涵洞出水口的冲刷及排水不畅问题，涵洞出水口可设置消力池、散流、跌坎、急流槽等设施。

c）施工单位在涵洞施工完成后，一定要进行进水口与出水口的疏通处理，以防出现堵塞问题。

3 关于路堑边坡急流槽设置问题

《公路路基设计规范》（JTJ D30—2004）及《公路排水设计规范》（JTG/TD33—2012）均规定在路堤和路堑坡面或者坡面平台向下竖向集中排水时，宜设置急流槽，但是对于急流槽的设置间距没有具体要求，导致设计人员在确定间距时随意性较大。从本次调查的几条高速公路来看，路堑边坡急流槽的设置间距普遍偏大，导致急流槽的泄水能力不足，边坡平台截水沟的水流无法及时排泄而溢出，造成坡面漫流，影响边坡的稳定。为此，建议黄土地区路堑边坡急流槽间距不宜超过50 m，以利排水。

另外，从调查的情况看，大部分急流槽的底面做成平的，没有设置防滑平台或凸榫，这样做一方面不利于消能，另一方面不利于公路养护人员检查边坡的情况。建议在可能的情况下，将急流槽底面做成阶梯状，以便于消能以及养护人员的作业。

4 关于路堤边坡的排水问题

本次调查中，路堤边坡的水毁现象也较为严重，主要表现为由于水流的冲刷，路堤边坡防护构造物破坏严重，部分路段由于边坡受水浸泡下陷，带动路基沉降，并造成路面的开裂，此外，填挖交界处急流槽破坏现象严重。分析发生上述现象的原因主要为以下3点：

a）在边坡防护施工前，没有削除宽填部分，路面拱形骨架防护等构造物直接做在松土上，一旦遇水冲刷，很容易遭到破坏（图3）。

b）路堤边坡的急流槽断面偏小，间距偏大，导致路面水不能及时排出，部分路面水从拦水带顶部溢出，形成坡面漫流。

c）填挖交界处的急流槽的基底坐落在松散的土体上（图 4）。

图3 拱形骨架防护水毁

图4 填挖交界处急流槽垮塌

建议在以后的设计施工中，应做好以下几点：

a）在泄水能力计算的基础上，适当减小急流槽的间距，一般取30～40 m为宜。

b）增大拦水带泄水喇叭口的尺寸，喇叭口的宽度不宜小于1.5 m，在可能的情况下，在喇叭口入口处设置10～15 cm深的跌水，以加快水流的排泄速度。此外，喇叭口的进口一定要做成弧形，严禁为了施工方便，而将入口做成方形。

c）填挖交界处的急流槽一定要做在原状土上，当基底为软弱土时，应进行砂砾或灰土换填压实处理，必要时可采用混凝土边沟。

5 关于中央分隔带的排水问题

本次调查中，由于中央分隔带排水问题引起的水毁现象也非常严重，主要有以下两方面：

a）中央分隔带渗漏水造成路基的沉降和路面开裂。

b）填方路基通常在上路堤的顶部铺设一层砂砾层，中央分割带的渗漏水通过此层对路堤边坡形成冲刷。

通过对上述水毁现象进行分析，我们发现主要原因为：a）局部路段土工布铺设施工不规范，存在漏铺以及被尖锐物体刺破的情况；b）当进行波形梁护栏施工时，护栏立柱穿过土工布，必然会破坏土工布的完整性，由于没有对破损处及时进行密封，当雨季来临时，就会形成渗漏水通道。

针对上述原因，施工时一定要注意土工布的施工质量，并对护栏施工引起的破损处进行密封。

6 结语

公路排水设计与施工是一个非常系统的工程，其设计与施工质量的好坏对于公路功能的发挥、减少水毁、节约养护费用有着重要的意义。本文针对黄土地区高速公路发生的一些水毁现象分析了原因并提出了解决方法，对于黄土地区公路的排水设计与施工以及减少水毁问题的发生有一定的借鉴和指导意义。