花岗岩崩岗侵蚀区坡面破坏及新型排水结构研究

兰金陵，刘韦华，黄小桂

(1.广东省长大公路工程有限公司，广东 广州 510620；2.长沙理工大学土木工程学院，湖南 长沙 410114；3.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

公路防排水工程设计通常依据规范要求、地形地貌、水文条件按常规方法设计即可。常见的排水结构有排水沟和天沟、支撑渗沟及盲沟、泄水隧洞等。在特殊地质和特殊土质条件下，边坡具有不同的坡面及坡体破坏形式，排水结构物也会出现特有的病害类型，因此还有必要进一步开展针对性的研究工作。田亚护等[1]研究了青藏铁路冻土区排水沟的破坏形式、病害成因，并提出了防治措施；樊友庆等[2]

针对赣南地区花岗岩边坡分布区的破坏形式，提出了公路边坡截排水系统；强鲁斌等[3]分析了膨胀土渠坡的风化特征，讨论了坡面排水形式。针对不同的边坡条件，部分学者开展了新型排水结构及其方法的研究：田卿燕等[4]采用新型可更换仰斜排水孔方法有效解决了常规PVC塑料管边坡内排水结构易被泥土淤塞的问题；张素磊等[5]应用毛细排水管结构[6]有效处治了某公路隧道渗漏水治理工程；冷伍明等[7]采用毛细透排水带制成的水钉边坡和支挡结构内排水结构能有效完成吸水、集水、排水的功能；杜丽丽等[8]模拟采用充气方式对滑坡条件下实现截排水效果。

我国南方受湿热气候影响化学分化作用强烈，在花岗岩地区往往在地表形成厚层风化壳。我国南方花岗岩的主要造岩矿物为石英、黑云母和长石等，石英是耐分化矿物，黑云母和长石经化学分化作用常形成绢云母和高岭土。因此，厚层花岗岩风化壳中上部主要为由疏松的石英、高岭土及绢云母组成的完全分化层及残积土，粘聚力低、极易被雨水侵蚀，常常发生大规模的雨水侵蚀作用，极易形成大面积的崩岗侵蚀作用，如广东省德庆—云浮及五华、广西苍梧、江西赣南、福建长汀等地[9]的花岗岩分布区均坡面侵蚀现象极度发育。厚层花岗岩分化壳往往厚度达到30～40 m，就地取石困难；又由于强烈的坡面侵蚀作用容易导致坡面掏蚀、坍塌，常引起坡面浆砌片石边沟失效，给边坡防护与水土保持带来困难。广佛肇高速全长约177.34 km，于2012-10-27开工，2016年底通车，其中第C合同段大部分位于广东省德庆县内，因此，研究适用于花岗岩崩岗侵蚀区的新型排水结构就成了工程建设亟待解决的问题。

1 崩岗地区边坡坡面侵蚀破坏形式

花岗岩崩岗地区残积土及强分化层厚度较大，具有土质疏松、土体粘聚力小、渗透力强等特点。新开挖坡面缺乏防护，极易形成坡面细沟侵蚀现象。对于边坡排水结构物来说，坡面防护未形成前，排水结构物渗漏和堵塞容易造成不同的坡面侵蚀破坏。

1.1 边沟渗漏

在厚层残积土和强分化花岗岩分布区，往往适于用作浆砌片石排水结构的片石材料匮乏，常采用预制块砌筑排水结构。预制块砌筑排水结构及浆砌片石排水结构容易因浆砌缝隙开裂或不饱满造成漏水，会形成沟底掏蚀现象，一两场暴雨过后，就可掏空排水沟底部，导致排水沟悬空，进一步发展可引起排水沟破坏，造成更严重的径流冲刷沟破坏。平台边沟渗漏往往会导致沟底掏空，坡面冲蚀，平台沟断裂，直至造成边坡平台顶部的局部坡面水毁破坏。急流槽渗漏往往会造成槽底掏空、断裂，最后形成破坏部位下部坡面的局部水毁破坏。

1.2 堵塞破坏

平台边沟一般断面尺寸不大，在崩岗地区，新开挖的路堑边坡坡面侵蚀严重，常常会发生坡面侵蚀泥沙，冲毁和堵塞平台边沟，形成溢流和渗漏，极易引发平台顶部的冲沟沟蚀及崩塌等水毁破坏。

1.3 冲沟侵蚀破坏

我国南方在台风期间，往往发生连续暴雨作用。在台风暴雨期间，平台边沟及急流槽一旦发生渗漏或堵塞破坏，极易形成冲沟侵蚀破坏。冲沟侵蚀破坏的初期，主要是造成冲沟附近排水结构物的破坏以及坡面冲蚀，随着冲沟的加深，冲沟沟壁坍塌，在平台堵塞引起溢流范围较大的坡面，可以造成浅层溜坍。

2 常见坡面排水结构适宜性分析

2.1 浆砌片石排水结构

花岗岩崩岗地区石料严重缺乏，浆砌片石排水结构用于平台边沟和急流槽材料成本偏高；花岗岩崩岗地区往往地形起伏大，多数属于高边坡，坡面排水结构工程数量较大，运输不便，造成工期长、人工成本高。

2.2 预制块砌筑排水结构

预制块尺寸远比浆砌片石尺寸小，沟缝数量远多于浆砌片石排水结构，造成缝隙砌筑施工质量很难控制，极易出现因缝隙浆砌不饱满产生孔洞，从而造成漏水现象。此外，预制块排水结构尺寸较小，容易引起冲毁或堵塞，导致坡面冲蚀，引发大面积水毁破坏。

2.3 现浇水泥混凝土排水结构

现浇水泥混凝土结构尺寸往往较小，易引起结构被堵塞，引起坡面溢流、冲蚀导致边坡水毁破坏。此外，现浇水泥混凝土结构材料造价较高。

2.4 平台封水结构

通常采用压实黏性土和防渗土工布对平台进行封闭。在花岗岩地区，黏性土往往在数十公里以外，运距大、费用高，难以被建设者接受；若采用混凝土层封水，不但造价偏高，还易出现局部开裂，从而因地表水沿裂缝下渗而造成路堤局部水毁破坏。

3 新型平台排水结构研究

3.1 研究目的

花岗岩崩岗地区边坡在连续降雨作用下，含水量增大，土体软化，易产生水毁破坏。由于传统平台边沟结构未进行封闭，边沟漏水或堵塞是造成崩岗地区排水结构破坏及侵蚀的主要原因；另一方面，浆砌片石及预制块砌体结构排水物作为最常用的平台排水结构，又存在容易渗漏或堵塞的弊端。因此，工程实践急需研究一种能替代常规排水结构物、施工简便、成本低廉、防渗漏的新型平台排水结构。

3.2 研究思路

针对易出现渗漏或堵塞并引起边坡水毁病害是花岗岩崩岗地区边坡平台排水结构的主要破坏形式的特征，新结构拟通过提高平台的封水能力和排水结构的整体性来防止渗漏发生；通过扩大排水结构物尺寸来避免堵塞破坏的发生。

针对常用平台排水结构物成本高、施工工期长，主要是由于外运材料成本高和人力用工成本高造成的特点，新结构拟通过尽量利用当地材料和机械化施工来降低成本。

3.3 新型平台结构的特征

新型平台排水结构采用水泥改性土平台边沟复合防排水结构(图1)。新结构主要建筑材料为现场花岗岩残积土及少量水泥，实现了尽量采用当地材料以达到节省成本的目的；新结构主要由现拌水泥改性土组成，具有良好的整体性，能有效克服传统排水结构物的开裂和渗漏缺陷，而且新结构设置了小渗沟和防渗土工布，综合考虑了防渗和排水的要求，强化了防渗效果；新结构采用浅碟式排水断面，极大扩展了排水结构尺寸，大大增强了抗堵塞能力；现拌水泥改性土采用挖掘机作业，能够大大提高施工功效，降低人力用工，提高施工效率，缩短工期。

注：1.下一级边坡；2.三角形小渗沟；3.平台坡率；4.防渗土工布；5.软式透水管；6.现拌水泥改性土；7.边坡平台；8.水泥砂浆抹面；9.平台边沟；10.上一级边坡

图1新型平台排水结构剖面图

4 新型急流槽排水结构研究

4.1 研究目的

针对常用传统急流槽排水结构-浆砌片石及预制块砌体结构排水物容易渗漏造成崩岗地区坡面侵蚀破坏的主要病因，以及水泥混凝土结构急流槽等其他急流槽排水结构成本高的特点，亟需研究一种能替代常规排水结构物、施工简便、成本低廉、防渗漏的新型排水结构。

4.2 研究思路

与边坡平台排水结构研究思路相似，同样也可以采用当地材料和机械化施工来降低成本、提高结构的整性以防止渗漏。但由于急流槽结构要承受更大的水力冲刷和风化侵蚀作用，因此，必须强化结构的表面强度。

4.3 新型急流槽排水结构的特征

新结构采用贴膜结构的思路来实现边坡坡面排水结构物的不同功能要求。通过将采用水泥改性土修筑地表排水结构物主体结构层，将边坡现地的土料作为主要建筑材料，减少了用量最大的石料或砂料的人工搬运，从而可减少大量的劳务用工，降低成本。

新结构采用水泥改性土可以大大增强排水结构物的整体性和降低质量控制的难度，可杜绝排水结构物漏水现象的出现。

新结构采用小型搅拌机和挖掘机进行主体结构层的施工，因而可大大提高施工速度。

为了克服水泥改性土比水泥混凝土的长期抗紫外线辐射、抗水损害和抗热胀冷缩稍差的缺陷，新结构在水泥改性土表面，设计了一个水泥固化土工织物材料膜层。利用水泥改性土与水泥之间可无缝结合及水泥浆可将土工织物材料牢牢固化的特性，由现铺的内膜层和外膜层的水泥浆将中间土工织物材料(如玻璃纤维土工格栅、碳纤维布等)牢牢固化，从而形成水泥固化土工织物材料膜层，这使得整个排水结构物表层具有远好于传统排水结构的强度、整体性、抗紫

外线辐射、抗水损害和抗热胀冷缩等特性(如图2所示)。

注：1.主体结构层；2.水泥固化土工织物材料膜层；3.沟壁厚度；4.土工织物材料；5.水泥固化层

图2新型急流槽排水结构剖面图

5 结语

新型平台排水结构和新型急流槽排水结构于2016年春季在广东德庆花岗岩崩岗地区边坡治理工程中得到了部分应用。实践证明，新型平台排水结构和新型急流槽排水结构达到了研究预期目的，能够很好解决花岗岩崩岗地区传统边坡排水结构物由于渗漏和堵塞引起的侵蚀和水毁破坏，与现有边坡排水结构相比，具有施工简便、成本低、工期短等显著优势，值得在相似边坡地质条件下推广和应用。

[1]田亚护，许国琪，董瑞峰.青藏铁路多年冻土区路基排水沟病害防治分析[J].路基工程，2013(2)：22-25.

[2]樊友庆，陈亚洲，简文星.赣南山区高速公路边坡截排水技术探讨[J].公路，2017(4)：51-55.

[3]强鲁斌，麻 斌，薛永明，等.膨胀土渠道坡面风化特征及处理措施探讨[J].人民长江，2014(7)：39-40.

[4]田卿燕，吕建兵，郝钟钰.公路边坡排水淤堵分析及新型仰斜排水孔应用研究[J].路基工程，2015(6)：103-106.

[5]张素磊，丰权章，应国刚，等.公路隧道渗漏水成因及新型排水材料现场试验研究[J].公路交通科技，2013，30(10)：86-140.

[6]胡鸣群，许耀坤.排水方法及使用此方法的排水带构件：中国，ZL9711515.1[P].1999-01-27.

[7]冷伍明，郭一鹏，聂如松，等.一种新型排水结构及其排水性能初探[J].铁道学报，2017，39(7)：151-158.

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[9]牛德奎，左长清.我国南方红壤丘陵区崩岗侵蚀的分布及其环境背景分析[J].江西农业大学学报，2000，22(2)：204-206.