高速公路路基排水设施调查与病害分析

2020-07-28罗大天邹静蓉李嘉薏

价值工程 2020年20期

关键词：调查

罗大天邹静蓉李嘉薏

摘要：高速公路路基排水设施病害会加快路基路面的破坏，缩短高速公路使用寿命，降低行车安全性。通过对湖南某地高速公路排水设施病害的调查，结合该路段地质水文条件与设计情况，总结概括了高速公路路基排水设施的病害类型与原因，对其进行了病害分析，并针对性地提出了排水能力提高措施。

Abstract： Defects of expressway subgrade drainage facilities will accelerate the destruction of subgrade pavement， shorten the service life of expressway， and reduce driving safety. By investigating the diseases of expressway drainage facilities in a certain place in Hunan， combining the geological and hydrological conditions and design conditions of the road section， the disease types and causes of expressway roadbed drainage facilities are summarized， and the disease analysis is carried out， and the targeted measures to improve drainage capacity are put forward.

关键词：排水设施;调查;病害分析;排水能力提高措施

Key words： drainage facilities;investigation;disease analysis;measures to improve drainage capacity

中图分类号：U417.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）20-0152-03

0 引言

水是影响高速公路使用寿命与性能的一个重要因素，地表水和地下水都会对高速公路的正常使用带来一定的危害。南方地区夏季降雨具有历时短、降雨强的特点，降雨量约占全年降雨量的40～50%，当地表水过多且持续降水过长的时候，不合理的排水设施会出现冲刷破坏等一系列的水毁破坏，雨水一部分会随着路面排水和路基排水设施排出，还有一部分会通过路面渗入高速公路路基，对路基造成不同程度的破坏[1～2]。如今许多高速公路排水设施设计仅仅满足《公路排水设计规范》，却没有考虑当地水文地貌等实际情况，而且排水设施后期养护易受到忽视，为减少排水设施水毁病害，延长公路寿命，还需广泛深入对排水设施的调查与病害分析的工作[3～7]，对于高速公路的排水设施调查与分析的研究还不多，沈波等针对我国山区高速公路常见排水设施进行详细的水毁调查分析，并提出了尚需解决的水力学问题;尹超等对黄土地基排水设施进行水毁调查，并针对黄土路基排水设施提出了相对应的优化建议。本文对湖南境内某山区高速公路进行水毁调查，在调研过程中总结分析了排水设施的一些常见问题，同时对中央分隔带等积水较多之处进行调查分析，最后提出了排水设施排水能力提高措施，对高速公路质量提升提供参考。

1 高速公路路基排水设施调查与分析

1.1 路基排水设施调查

本次调查目标位于中南地区，地貌复杂，以山地丘岗为主，境内降水丰富，各种形式的流水作用活跃，排水设施病害类型具有较强的代表性。虽然设计类型与参数都满足规范要求，但是由于复杂的地质类型与较为集中的降水，该地多条高速公路仍存在较多病害类型。通过对湖南衡阳境内多条高速进行调查，归纳整理出其病害类型与原因。

1.2 路基排水设施主要病害与原因

具体病害类型见表1与图1～图6。

2 排水设施病害原因分析

通过对该高速公路排水设施的调查分析，总结概括排水设施产生病害的两个原因：一是排水设计原因，包括尺寸设计因素和线型设计因素;二是外部原因，包括自然因素和人为因素等，下面针对四种典型病害进行原因分析。

2.1 冲淤破坏

当沟渠内的水流不能及时排出，或者排水设施之间的配合不当，高强度的降水会对排水沟渠造成冲刷。调研过程中发现，针对边坡截水沟等需要实地考究的排水设施，欠缺地貌水文调查和水力计算以确定排水设施的截面形式、尺寸和沟底纵坡，沟渠的正常排水和防冲刷能力难以保证。沟渠高度与位置设置不合理，不能与其它排水设施形成统一的排水系统，各种排水沟渠的长度过大，易形成水流冲刷。如图1所示，急流槽在进行设计时消能设计不完善，导致急流槽积水流速过大，对周边路基与冲沟造成冲刷破坏。排水设施的修筑会破坏原地的自然平衡，周边坡面土体易在降水时失稳，植被也容易被破坏，较多的泥沙与植被随降水排入沟渠中，最终造成沟渠淤塞。后期的养护清淤工作对排水设施能否正常工作也会起到关键作用，沟渠内部与周边不能及时清理，泥沙与植被容易在沟渠堆积严重，水流不通时造成沟渠堵塞。树叶与垃圾会阻塞边沟泄水孔，降雨量较大时，雨水容易漫流至公路表面，形成安全隐患。冲淤破坏是高速公路排水设施的常見病害，导致其病害的原因颇多，对其进行总结为防冲防淤研究打下基础。

2.2 沟渠自身破坏

路基沉陷、边坡滑坡等基础失稳都会导致沟渠结构性破坏。如图2所示，浆砌片石排水设施直接设置在土基之上，土基的不均匀沉降会直接影响到沟渠的自身稳定，易造成沟底开裂、沟身垮塌等病害。如图3，边坡滑坡也会直接导致截水沟塌陷，同时边坡冲刷的泥石流流入沟渠，造成沟渠堵塞与破坏，部分边坡未设置植被防护和圬工体防护，加速边坡排水设施破坏，降低边坡稳定性。路堑边坡坡底为应力较为集中的地方，又是截水沟和急流槽等排水设施汇水较为集中的区域，该处径流水与渗流水易对排水设施造成沟渠坍塌、径流冲刷裂缝等破坏。对于坡底的边沟与路基坡脚的排水沟，每逢雨季汇水与渗水流量大，雨水长期浸泡会造成沉陷断裂等破坏。同时施工质量会影响到整个排水系统的排水效率，沟渠沟底纵坡和抹面的粗糙度的施工往往达不到设计要求，该高速新砌筑完成后的截水沟也存在裂缝，裂缝会加快雨水下渗速度，同时加快沟渠破损。

2.3 进出水口堵塞

排水设施进出水口相当于机器运作的开关，进出水口一旦出现堵塞等病害会停滞整体排水系统的运转。排水系统对汇水进行汇流后，雨水将集中经过排水设施流出，此时破坏强度较大。路域内的排水设施一般都会经过详细的计算与验证并且符合规范设计，达到标准排水清淤与稳定的自净能力，路面与路基排水往往较为正常。但是路域外的沟渠与外界的进出水口衔接处往往受到忽视，因此进出水口较大可能出现堵塞等水毁病害，导致汇水排出滞缓。对于边沟等带有盖板的排水设施，如图4所示，其汇集降水主要通过沟渠的泄水孔，当泄水孔严重堵塞时，路面汇水将排泄不畅，造成积水渗入路面，调研过程发现边沟盖板泄水孔存在大面积的堵塞，其原因除了后期的养护清理之外还有其孔径的参数设计原因。过水涵洞两侧被木柴堆积造成桥涵进出水口堵塞，遇到强降水时将造成径流浸泡冲刷周围路基，如图5所示，其主要为人为原因，与养护监管部门关系较大。

2.4 超高渐变段积水

高速公路圆曲线段与直线段衔接处路拱横坡度发生变化时需要设置超高过渡段[8]，在设计上需要把原路拱的向外侧倾斜调整为超高段的向内侧倾斜。在设有超高的路段上，整个渐变段最终呈纽带状，其中会出现零度横向平坡，该综合合成坡度不能够正常排水，积水将会在路面形成漫流，如图6所示，其中中央分隔带积水较为严重，造成重大安全隐患。由于土工材料老化不能起到反滤效果，中央分隔带积水不能正常下渗，遇到强降水中央分隔带汇水将会溢出至路面，加剧超高渐变段路面积水。

3 路基排水设施排水能力提高措施

以减少排水设施水毁病害为出发点，结合该地排水设施病害类型以及产生的原因，提出了四点排水能力提高措施。

3.1 因地制宜排水设计

排水设计需要对全段分区段进行分类，分析不同区段的水文地质条件、道路线形设计、特殊路基等情况，再根据不同标段的每一处排水设施进行精确计算与设计。设计方应当考虑加强排水系统的协调配合，并确定设施之间的合理间距，以截水沟为例，截水沟间距较大，则坡面径流汇水较大，易造成边坡坡面坍塌，截水沟间距较小则易破坏生态，同时增加成本。沟渠之间的线型与高度设置不合理，可能会造成在需要大面积汇水的路段排水设施溢流，在需求汇水较少的路段又造成资源浪费。在进行理论分析计算后有必要进行模拟试验，比如边沟盖板泄水孔的设计尺寸，进行试验后得出最佳孔径，既满足排水要求，又保证安全质量。同时应注意排水设施与自然沟谷之间的协调性，路域之外的进出水口应进行衔接消能设计，确保排水设施将流向路基与路面的水顺利流向自然沟谷与农田。

3.2 采用预制装配式沟渠与排水路面技术

浆砌片石沟渠排水能力较强，因此是我国高速公路较为传统的排水设施，但是浆砌片石沟渠又常见破损、堵塞、砌石脱落等病害。为解决传统排水设施的常见水毁病害可采用新型装配式边沟和急流槽，在做到快速排水的同时又不容易产生病害，根据杨郴[9]等介绍张桑高速路堑装配式边沟的应用，其设计形式为上部为生态碟形沟，每30m设置两个集水井，经过多重过滤后的水通过倒虹吸装置排向路侧排水管，有效解决了沟渠冲刷的风险，碟形沟不设置边沟盖板，又解决了边沟盖板堵塞的问题。对于中央分隔带汇水漫流的问题，可以从路面迅速排水的角度进行改善，排水性沥青路面可以迅速通过其结构内部的骨架结构将雨水排出路面，同时能够增强高速公路的抗滑稳定性能，同时，可以通过研究路面排水技术，张锋[10]等针对高速公路超高渐变段提出了嵌入式横向排水路面技术。并通过实体工程验证该技术能够明显增强路面排水能力。

3.3 加强边坡加固

加强边坡加固对排水设施排水有着重要意义。截水沟与急流槽将边坡坡面的径流汇集，减少坡面水流直接流向路面。对于没有边坡防护或者边坡防护较差的边坡，线性排水设施只能汇集部分坡面径流，会有大量坡面水会对排水设施冲刷破坏，同时排向路面造成路面积水，坡面加固不足还会影响坡面土的稳定性，当坡面径流的泥沙超过沟渠的净化能力时会造成沟渠淤积。有效边坡加固比如圬工和植被防护可以减少坡面的径流，加快坡面的渗流。因此，加强边坡加固可以避免坡面受到雨水径流的冲刷，减少沟渠的淤积。施工单位应根据高速公路具体地形条件对边坡针对性的进行加固，提高边坡稳定性。

3.4 加强排水设施养护管理

后期养护管理是影响排水设施的质量和寿命的关键因素，在养护过程中，应当严格按照排水设计养护规定进行定期养护，排水设施的堵塞和淤积与后期养护有着密不可分的关系，比如沟渠进出水口的堵塞与小桥涵两侧木柴的堆放，在后期的养护工作中，养护人员应当定期对排水设施进行检测，及时清理沟底杂物，对已经出现病害的排水设施应进行修复，只有养护工作到位，排水系统才能正常运作。

4 结语

①本文通过对衡阳某高速公路路基排水设施病害调查，从自身设计和外界条件两个角度对该地区边沟（排水沟）、截水沟、急流槽、中央分隔带排水与小桥涵等进行病害分析，其病害多种多样，具体归纳为冲淤破坏、沟渠自身破坏、进出水口堵塞、超高渐变段积水四个方面。

②从解决高速公路路基排水设施产生病害的角度出发提出了优化建议，包括因地制宜排水设计、采用预制装配式沟渠与排水路面技术、加强边坡加固、保证施工质量与后期养护四点优化建议。

参考文献：

[1]汪成峰.高速公路路基路面排水设计探析[J].工程建设与设计，2017（16）：48-49，62.

[2]欧阳宁，邹静蓉，李涛，张治强.湖南省干线公路排水现状及其改善方案探究[J].公路工程，2016，41（04）：130-134.

[3]中华人民共和国交通部.JTJ 018--12，公路排水设计规范[S].北京：人民交通出版社，2012.

[4]鄢启和.山区高速公路排水系统的水毁现象及处治措施[J].公路，2010（04）：186-191.

[5]沈波，艾翠玲.我国山区公路排水问题及水毁调查分析[J]. 公路交通科技，2006（10）.

[6]谈至明.公路排水系统设计参数研究[J].中国公路学报，2006（02）：7-11.

[7]尹超，田伟平，李家春.黄土地区公路排水设施的水毁调查与优化设计[J].公路，2013（03）：205-208.

[8]王韶鹏，周欢，王桂尧.中央分隔带的防排水设计研究[J].公路与汽运，2015（06）：119-121.