湖南省干线公路排水现状及其改善方案探究

欧阳宁， 邹静蓉， 李　涛， 张治强

(中南林业科技大学 土木工程与力学学院， 湖南 长沙　410000)



湖南省干线公路排水现状及其改善方案探究

欧阳宁， 邹静蓉， 李涛， 张治强

(中南林业科技大学 土木工程与力学学院， 湖南 长沙410000)

针对湖南省内国省干线公路中普遍存在的早期损害现象，结合大修工程建设，调查了省内多条干线公路的病害情况及排水现状，结合路缘石的设置提出相关的改善方案。

干线公路； 公路排水； 必要性； 路缘石

0　引言

水是公路上常有的自然物，它会直接或间接的影响到公路的使用质量乃至车辆的行车安全。研究[1,2]表明，我国沥青混凝土路面及水泥混凝土路面的过早损坏通常是由于路面承重结构处于水饱和状态下通行重载车辆所引起的。沥青面层出现的剥落及松散通常是由于水分进入结构层内部后可浸湿无机结合料处治的粒料层，导致基层强度下降而引起的。而路基的冻胀及翻浆现象通常是由于水分渗入路基内部后会使土基湿软所引起的。水的介入不仅加剧了路基及路面结构的损坏，也加速了路面使用性能的恶化，进而缩短了道路的使用寿命。

1　排水的必要性

纵观目前国省干线公路的设计中，并没有完全按照相关要求[3-6]来考虑，考虑最多的仅是通过设置道路的纵横坡度、边沟及排水沟等简易设施来排掉地表水。省内干线公路多为重交通，路面结构内部排水系统基本没有，我省属于多雨潮湿的地区，雨水透入后，及时排出滞留在路体结构内的水是非常重要的，由于省内道路设计中都有做封层，因此及时排出面层与基层间的滞留水分能有效的避免早期水损害的产生，有利于改善道路的综合使用性能，进而提高道路的使用寿命。

从交通来看，曾梦澜[7]的研究表明：相对排水质量良好路面的BZZ — 100累计作用次数，排水质量为中等时，累计轴次可以下降60%以上；排水质量较差时，累计轴次可以下降80%以上；排水质量极差时，累计轴次的下降幅度最大可以达到96%。另一方面，相对排水质量良好路面的BZZ-100累计作用次数，排水质量为优秀时，累计轴次至少可以增加110%，最大增加幅度达到480%。

从使用效果来看，在路缘石处有设置排水管道的路段排水效果显著，主要表现为产生的早期病害少，尤其是沥青路面松散现象的减少明显，另外，相较于没有设置的路段而言，维修记录更少，频率更低，使用寿命更长。从经济来看，研究[8,9]表明有排水设置的总体造价低于没有排水设置的。

2　干线公路调查情况

选取具有代表性的湖南省不同区域的几条大修干线公路进行调查，根据不同降雨程度、不同地理位置选择了16条干线公路作为调查对象。分属于长沙、浏阳、衡阳、岳阳、娄底、怀化6个市。

2.1病害情况

实地调查发现，沥青路面病害(例：如图1所示)多表现为麻面、松散、坑槽、沉陷、车辙、横纵裂缝；水泥路面病害(例：如图2所示)多为角隅断裂、唧浆、横纵斜裂缝、交叉裂缝、露骨。

图1沥青路面病害图

Figure 1Diseases of asphalt pavement

通过取芯发现，病害处所取芯样多为面层与基层分离、基层无法完全取出。究其缘由，首当其冲的则是面层与基层的层间结合不好，水渗入层间后由于封层的影响阻止了部分水的继续下渗，滞留于层间位置的水在车辆的累计作用后，易导致面层底部容易淘空，加剧了面层与基层的分离。基层无法完全取出是因为基层部分松散，部分水下渗或者地下水上渗，加上没有设置内部排水设施，水的作用加剧的路基的破坏。

图3所示均为车辙处所取的芯样，从图片中可以看出，面层与基层完全分离，基层松散无法完全取出，道路取芯之后的坑洞内也能明显看出面层与基层的分离缝隙。裂缝的产生导致水极易下渗，水的作用加速了道路的破坏，致使车辙现象越来越严重。

图2水泥路面病害图

Figure 2Diseases of cement pavement

图3　车辙处取芯图

图4所示均为沉陷处所钻芯样，芯样均无法取出。地下水上浸或者经表面裂缝下渗的水作用，加上车辆荷载作用，形成路基强度不够，导致产生沉陷。

图4　沉陷处取芯图

图5所示为沉陷附近的路肩位置所取芯样，从图片上可以看出面层(沥青面层)偏薄且与基层(水泥面板)完全分离，道路钻芯之后的坑洞内可明显看到面层与基层之间有淘空现象。断裂的芯样面层底部有明显松散，应为水经裂缝处渗入路面结构后，再加上重载车辆的反复碾压，致使淘空。

由于典型的太行山地质构造，受储水层含水量的限制，和顺县境内泉水出漏量较小，联村集中供水工程不易采用泉水作为供水水源，而单村供水水源采用较多。主要优点：（1）当地的水资源达到充分利用，有效控制了地下水的开采量，使所属区域的地下水得到充分涵养。（2）山泉水水质优良是很好的饮用水水源。（3）水源建设形式简单，投资费用较小，多数山泉水所处地形较高属于高地泉，水借重力流向高位水塔，后期运行费用低。

图5　沉陷附近路肩位置取芯图

Figure 5The core-drilling samples in subsidence near the shoulder position

2.2排水现状

调查结果表明省内对于公路内部排水的设计基本无，所采取的排水措施则是最简便的通过路拱横坡进行排水，有路缘石的路段，表面均有固定间距的刻槽，是为了防止温度升高时，路缘石拱起造成破坏，每隔15～20 m做一个20 mm宽的胀缝，用切割机切割制成，并在表面上灰浆，且均有不同程度的堵塞，对于干线公路而言，是可以用来兼作路面及内部排水使用的，具体将在后文中揭示。

图6(a)所属路段设计了OGFC — 13(玄武岩)的排水面层，基层是旧路经碎石化处理后的半刚性基层，水分渗入路面结构后，由于半刚性基层的致密性，水分会滞留在面层底面和半刚性顶面之间，如果不及时排出，易使路面过早出现裂缝等破坏。采取的排水主要是通过路拱横坡来排水，路缘石上设置有胀缝，但横向并未完全贯穿整个路缘石，与路面接触部位仍是完整的路缘石，并没有兼作排水功能来使用。

图6(b)所示路缘石单纯的进行了胀缝的设计，间距大约为100 m一道，该路段附近边沟由于受到滑坡影响，边沟部分被毁。图6(c)(d)均属不同路段的胀缝现状图，受到不同程度的堵塞。

在调查过程中，发现有将胀缝兼做排水功能使用的，且效果不错。也有在路缘石内部提前预埋排水通道，进行排出路体内部水分的措施，所取得的效果也很明显。具体方案将在后文详述。

另外，道路两旁部分路段有设计边沟，其形式多样，而边沟的使用现状更是参差不齐(见图7)。省内干线公路所设计的边沟以矩形和梯形为主，由于自然或人为的清理不及时甚至是为了个人便利填埋部分边沟，导致了省内边沟存在不同程度的堵塞乃至破坏。

图6路缘石胀缝图

Figure 6The expansion joint in curb stone

图7　边沟现状图

3　路缘石排水改善方案

省内基层多为半刚性基层，由于结构层的致密性，极易在路面与路基之间滞留水分，若无法及时排出，会导致面层与基层的分离，易使路面过早出现裂缝等破坏。由于干线公路的资金配备有限，难以实现如高速公路那般完善的排水设计，因此，本文就现有状况的条件下，进行路体内部排水的改善分析。

① 设置路缘石综合缝或开创排水通道。

当设计有普通路缘石时，其透水性并不好，且会定距设置缝隙，是胀缝、缩缝还有通缝[10]。3种缝布置的间距、缝宽、缝深均不同，为了兼具排水功能，将这几种缝综合起来，即为路缘石综合缝。路缘石综合缝不仅具有避免路缘石在收缩时产生不规则裂缝的功能，也具有排出路面内部水的功能。

我省采用的沥青路面结构层基本为密实性好的结构层，但仍不可避免的有雨水会下渗，尤其是在产生裂缝、坑槽等病害的位置。为了及时排出路面内部的水分，综合缝间距应布置较密，在特殊路段，如纵坡坡底路段、降雨量集中多的路段可适当加密。为了不影响路缘石的整体性能，综合缝应每4～6 m设置一道，综合缝横向平面而言应贯穿整个路缘石，即缝直接与路面结构层相接，其缝的宽度应为1～2 cm，缝的深度低于设计路段的路面结构层厚度即可，宁深勿浅，一般为8～11 cm(见图8)。

图8　综合缝设置图Figure 8　Comprehensive seam setting chart

当路缘石直接与边沟相接时，可直接在路缘石上凿孔，为了便于清理通道，可将凿孔的孔径定为10～15 cm，位置位于距路缘石顶面10 cm左右即可，也就是略低于路面结构层与路基之间的位置。更为简便的方法就是在略低于路面结构层与路基之间的位置纵向设置排水缝(见图9)。为了保证路缘石的整体性，每道排水缝长度控制在10～20 cm，缝宽1～2 cm，每道排水缝的间距不应太近。无论是凿孔还是排水缝，都应是贯穿整个路缘石的，即与路体结构直接相接触。

无论是设置综合缝还是开创新的排水通道，其可操作性强，不仅能用于新建、改建的工程中，也能用于已建的工程上，且成本并不高。但需要定期进行综合缝的疏通清理，保持其顺畅排水。

图9　排水缝设置图Figure 9　Drainage seam setting chart

② 提前预留排水通道。

当路缘石直接与边沟相接时，可通过在路缘石预留排水孔，或者排水管道将水排出。若采用排水管道，其横向排水管坡度不小于5%。为了方便疏通及清理排水通道，横向排水管宜采用不开孔的PVC管，管径为10～15 cm。横向排水管按间距25 m设置(如图10所示)。为防止鼠类进入横向排水管，横向排水管的出口处用铁丝网罩住或者使用土工布。若不采用预埋排水管道，也可采用特定模版进行预留排水孔的方法，等路缘石强度形成后拆掉模板即可。该方法可操作性较强，只适用于新建或者改建的工程中。

图10　预留排水通道设置图Figure 10　The reserved drainage channel setting chart

③ 设置新型路缘石。

根据张忠桥[11]的研究，可参考其思路，在有路缘石设计的路段上，采用新型的路缘石，即采用上下双层复合结构，上层为多孔混凝土，下层为细石混凝土，从而使得路缘石上层具有透水功能。上下两层的具体厚度根据设计结构层来确定，新型混凝土上下两层的层间位置处于封层的位置即可。为了防止水分继续下渗，可在多孔混凝土与细石混凝土之间设置返滤织物。透水基层下面采用的是1 cm沥青封层(或者防水土工布)，可使返滤织物与防水土工布搭接。在设排水沟的一侧，在排水沟与新式路缘石相接触的位置预留排水孔，也可埋设排水管道。不设排水沟的一侧，可不做处理(见图11)。

图11　新型路缘石设置图Figure 11　New curb stone setting chart

该方法适用于新建或改建的工程中，其设计成本比普通路缘石的成本高，且需根据具体路段来设置比例。

4　结语

湖南省年降雨大，属于多雨潮湿地区，结合整体调查情况来看，水损害是导致道路破坏的一个主要原因，而进入路面结构内的水又是造成或加速路面损坏的主要原因。因此，将存在于道路结构中的水分迅速排除出，是延长道路使用寿命的有效手段。无论采取何种方式，都应注重后期的管理与维护工作，及时清理疏通排水通道，保证排水通道及边沟的正常工作是尤为重要的。

[1]朱前文. 道路排水设计的重要性[J]. 科学之友(B版),2009(06):58-59.

[2]刘敏. 高等级公路沥青路面结构内部排水系统的设计研究[J]. 价值工程,2010(18):56.

[3]朱新实,蒋周平.公路排水设施[M]. 北京：人民交通出版社, 2000

[4]JTG/TD33-2012,公路排水设计规范[S].

[5]资建民. 路面结构内部排水系统[J]. 武汉城市建设学院学报,1999(04):54-58.

[6]姚祖康,沈惠生,陈诗信,等.路面结构的内部排水设施[J]. 公路,1997(05):17-23.

[7]曾梦澜,孙丽萍,徐发琼. 结构内部排水条件对沥青路面使用性能的影响[J]. 湘潭大学自然科学学报,2008(02):62-66.

[8]马庆雷,陈拴发. 路面结构内部排水系统研究进展[J]. 公路交通科技:应用技术版,2009(04):21-25.

[9]Mathis, D.M.Permeable Base Design and Construction [C].Proceedings，4th International Conference on Concrete Pavement Design and Rehabilitation.Purdue University，1989，P663-670.

[10]JC899-2002,混凝土路缘石[S].

[11]张忠桥. 一种新型路缘石的设计与施工[J]. 市政技术,2013(05):155-156.

The Drainage Status of Hunan Provincial Trunk Highway and the Research of Its Improvement Plan

OU Yangning， ZOU Jingrong， LI Tao， ZHANG Zhiqiang

(School of Civil Engineering and Mechanics，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410000，China)

For the early damage phenomenon of prevalent in Hunan Province national and provincial trunk highway, this paper survey the province trunk road disease status and drainage situation，combined with overhaul engineering construction, put forward the related improvement plan according to the curb stone.

trunk road； highway drainage； Indispensable； curb stone

2016 — 03 — 08

湖南省交通科技项目(201402)

欧阳宁(1992 — )，女，湖南永州人，在读硕士研究生，研究方向为市政与道路工程。

U 418.5+4

A

1674 — 0610(2016)04 — 0130 — 05