湿陷性黄土地区公路排水病害及处治

武 建 国

(山西吕梁路桥有限公司，山西 吕梁 033000)

湿陷性黄土地区公路排水病害及处治

武 建 国

(山西吕梁路桥有限公司，山西 吕梁 033000)

通过分析黄土湿陷性的机理，论述了黄土地区公路排水设施的主要破坏方式，探讨了公路表面排水设施、中央分隔带排水设施、坡面排水设施的施工措施，旨在减少公路排水病害的发生。

湿陷性黄土，排水系统，破坏方式

我国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家，其中湿陷性黄土约占我国黄土总面积的60%。其中，我省(山西)的湿陷性黄土分布主要在汾河流域晋东南地区。黄土地基的湿陷变形往往是局部和突然发生，且不均匀，对建筑物破坏性大，危害严重。

黄土湿陷变形是黄土被水浸湿引起的一种附加变形，其外在条件是水的浸湿。在湿陷性黄土地区进行工程建设，除进行地基处置和对结构采取措施来提高地基承载力外，最重要的就是进行工程防水建设，防止雨水和其他来源的水渗入地基中导致不均匀沉降的发生，大大减轻对建筑物的损害。

1 黄土湿陷性的机理

黄土主要是由极小的粉状颗粒组成，形成的一种以粗颗粒为主体的骨架多孔隙结构(见图1)，具有明显的大孔隙、垂直节理发育和对水具有显著的敏感性的主要特性。

在黄土结构中，当颗粒中的含水量较低时，颗粒之间彼此靠近，使得颗粒间抗滑移能力明显增强，表现出的是黄土土体具有较高的强度和抗压缩变形能力。当黄土受水浸湿后，在土体颗粒间形成了一层起着润滑作用的水膜，使得土体颗粒出现滑移，这就直接导致黄土的骨架强度大幅的降低或失效。当黄土的骨架强度出现降低或失效时，在黄土自身的重力作用下，土体结构迅速破坏出现塌陷，此时表现在黄土地基上出现的湿陷变形(见图2)。

可以看出，黄土发生湿陷变形的内在原因是其结构特征和其物质成分，外在的条件为水的浸湿。黄土地基对水十分敏感，在水分入侵后，黄土地基出现湿陷导致较大变形差异，从而导致构筑物破坏。

在工程建设中，对黄土湿陷性解决的主要措施有地基处理、防水与结构措施三类。本文主要通过对排水设施破坏的成因进行分析并处置，以提高黄土地基的稳定性，确保构造物安全。

2 黄土地区公路排水设施的主要破坏方式

在我国大部分黄土地区进行公路设计时，由于地下水位较深，地下水对路基的影响一般不予考虑。因此，地表排水是黄土地区公路排水设计的核心。在公路的地表排水设计中，一种是分散漫流式排水方式，另一种是集中排水的方式。

在我国大部分黄土地区，由于降雨比较集中，汇水量大，采用分散漫流式排水会使得黄土坡面被冲刷，极易导致水土流失和边坡失稳等现象。因此，在黄土地区公路工程排水方式的选择上，应尽量选择集中排水，即在路肩外侧边缘处设置拦水带将地表水收集，再将其通过泄水口和急流槽排放到路堤坡脚外。

在我国，由于土质和施工等方面的原因，集中排水易在下列部位产生破坏：

1)在拦水带出水口位置产生的裂缝。

2)在中央分隔带位置，由于雨水下渗导致的路面破坏。分隔带回填土按照就近原则，一般使用黄土进行回填。当在分隔带下方埋设通信电缆及管线时，则会给雨水渗入路基深处留下通道。随着雨水顺着纵坡向低凹处聚积，会使得部分路段地基土含水量过大，出现的不均匀沉降造成路基路面破坏，对黄土路堤危害更大。

3)边沟长度和坡度设计不合理导致的塌陷。在集中排水设计中，当边沟出水口间距过长或是坡度设计过小时，会使得水流淤积。当边沟坡度设计过大时，则会导致水流冲刷严重。随着使用年限的增加，无论是水流出现淤积还是冲刷严重，会首先在边沟两侧出现沉陷，严重的会逐步发展到整个边沟出现大面积湿陷破坏(见图3)。

4)排水系统的协调性不足。在排水系统设计中，对于边沟的设置，应充分考虑其与急流槽、排水沟和涵洞的协调性，确保排水系统的良性运营。否则，极易导致在局部路段出现排水系统失效的情况，使得局部的湿陷性破坏蔓延发展至整个排水系统失效，严重的甚至造成更大损失。

5)边坡浆砌防护破损导致的沉陷。在边坡衬砌施工中，由于施工质量控制不严格导致衬砌勾缝脱落或表面破损出现的裂缝。当雨水冲刷后，水分顺着裂缝下渗影响了地基稳定，从而出现沉陷破坏(见图4)。

6)急流槽出现的破坏。在排水系统中，急流槽的主要作用在于路堤和路堑陡坡处的竖向排水。在我国，急流槽常见的病害有：a.进水口出现下渗破坏。这主要是由于进水口与泄水口连接处的基层压实度不足导致。b.出水口严重破坏。这主要是由于消能设施的缺乏使得出水口冲刷严重导致。c.急流槽及坡体破坏。当槽身有裂缝使得雨水渗入，或槽周边雨水下渗导致的基底脱空都可以导致该破坏的发生(见图5)。还有可能是基础压实度不足、浆砌片石脱落使得雨水渗入，或是槽身断面过小使得水流溢出将周边土体掏空等原因。

7)排水涵洞出现的破坏。涵洞的破坏与急流槽相类似。涵洞的进水口、出水口及涵身是最主要的破坏部位。涵洞位置设置不合理导致的水流淤积，也会导致路堤的湿陷破坏(见图6)。

3 排水系统病害的处治措施

在黄土地区进行工程建设，造成黄土地区公路边坡及排水构造物病害的主要原因是黄土本身的特殊工程地质特性。通过减小坡度坡长、通过护坡及排水工程积极恢复植被等工程措施提高黄土边坡稳定性。对于排水系统病害成因，针对性的通过工程措施解决。

1)严格控制路表面排水设施建设质量和重视雨季养护。在施工的过程中，严控施工质量，确保排水设施的防渗防漏效果。重视日常的巡视和养护工作，特别是要重视及时将雨季的路表积水排除。

2)中央分隔带排水设施建设。在设计中，应综合考虑分隔带的宽度、绿化和交通设施等多种因素，合理选择适用的排水方式。如对于超高路段排水设计的重点就应放在超高外侧路面雨水的处理上。

3)坡面排水设施建设。在各种不同尺寸和形状的沟渠(槽)组成的坡面排水设施设计中，应根据设计流量的大小合理确定沟渠(槽)横断面的形状和尺寸，纵向坡度设计应满足不淤积、不冲刷的要求。

a.边沟。在设计时，边沟的设置应充分利用周边的灌溉沟渠、天然冲沟、涵洞等排水设施，形成良好的排水系统。应考虑到路基沿线的地形、地貌、地表径流分布等情况，分段设计不同类型的边沟。根据各段的纵坡、排水面高程等多种因素合理确定边沟类型、截面尺寸等。b.截水沟。设置截水沟是一个解决地表径流冲刷导致边坡坍塌的有效手段。在设计阶段，应详细的进行气候特征调查，重视地形地貌等因素的影响，将设置的截水沟纳入环境综合整治的大系统中。在施工中，严把质量关，确保沟底基层的压实度，符合耐冲刷、防渗漏的性能要求。重视在滑坡区周边进行的环形截水沟建设，以确保外来的地表水难以流入滑坡区内。c.排水沟。其功能主要是将路基附近的积水引至路基以外。在排水沟设计中，必须考虑到路基稳定、水土保持、环境保护等相关因素，确保近期目标与长远发展相协调。在小型冲沟地带等特殊地段，应采取工程措施来有效提高路基的稳定性，尽可能的将冲刷减小。d.急流槽。对于不同的急流槽病害采取不同的处治措施。对进水口和出水口处的轻微破损和冲刷破坏等，应区分不同情况采取不同的处治措施。一般可采取设置消力坪或消力池的方式进行处治，通过采取抛石防护或石笼防护也是一种减少冲刷的有效方式。

对于急流槽槽底局部淘蚀产生的塌陷，或导致的急流槽破坏，应采取有效的工程措施来确保急流槽底的压实度。当急流槽坡度很陡时，可通过在槽底设置石灰土砂砾垫层来提高槽底的强度和抗冲刷能力。

排水系统要发挥功能，重视建成后的养护特别重要，可有效地防止或抑制病害发展，并能避免引发其他病害。

4 综合排水系统建设

在工程建设中，对于黄土地区排水系统病害处治，仅靠单一方法是难以解决的，只有进行综合防治，确保不发生不均匀沉陷。在设计中，应综合考虑地形、水文、水土保持等因素，通过采用排水沟、截水沟、急流槽及植被防护相结合的措施来确保排水系统的有效性。同时，加强养护力度，做到早发现，早处置，以有效减少因排水系统病害导致的经济损失。

[1] 刘国荣，张满如.湿陷性黄土公路路基病害类型及成因分析.城市建设理论研究，2014(9)：50-52.

[2] 苏东东.黄土地区路基排水设施应用研究.黑龙江科技信息，2014(5)：36-37.

[3] 王 琛，王胜利，赵 军，等.黄土山区路基排水病害类型及防治对策.水利与建筑工程学报，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

武建国(1976- )，男，工程师

1009-6825(2015)33-0162-03

U417.3

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