山区高速公路路基路面排水施工技术分析

李芳宇

（江西省天驰高速科技发展有限公司，江西 南昌 330103）

0 引言

近年来，我国的交通建设事业不断发展，高速公路建设规模、建设标准不断提升，与之相伴的是运输车辆的日渐增多，这使得公路损坏问题突出，尤其是早期损坏问题。很多高速公路投入使用后三到五年便出现不同程度的损坏，这不仅会影响交通运输，还会给国家带来一定的经济损失。调查显示，地基下水饱和情况下的超载运输，是导致公路早期损坏的主要原因，很多路基路面出现下陷、龟裂、松散甚至坍塌等问题，都和地下水密切相关。因此，合理设计公路路基路面排水系统，是预防公路早期损坏的关键。

由于山区的地理环境复杂，因此山区高速公路路基路面排水系统设计难度大，而一旦出现路面结构中的水含量超过其自身排水能力，出现水饱和，水就会从路基下慢慢渗出，需要很长一段时间才能排出，使得整个路面结构相当于被封闭在一个水槽中。长此以往，水逐步浸湿路面各结构层的材料，会导致其强度降低，出现变形，最终导致路面承载力下降。在各种车辆荷载的反复作用下，未能及时排出的水便会形成压力水，反复冲刷基层顶部，其结构中的颗粒会被水带出，进而产生唧浆，常年积累，会导致路基板底空虚、受力变形，进而出现路面下陷、沉降、断裂等情况。

大量实践证明，水是加速高速公路路基路面结构破坏的一大因素，因此我国先后出台了不同的指导文件，提出合理设计高速公路路基路面排水设计的要求，尤其是对于容易出现排水问题的路肩、分割带等位置，要遵循预防为主的原则，做好路基路面排水系统的设计，以确保高速公路排水顺畅，充分发挥高速公路通行快捷、舒适的优势，延长高速公路的使用寿命。据此，在概述外界水对高速公路路基路面影响的基础上，分析山区高速公路路基路面排水设施故障的主要原因，探究山区高速公路路基路面排水施工的关键技术，提出相关的施工改进措施，以期促进山区高速公路路基路面质量的提高。

1 水对路基路面结构的影响

水是影响路基路面结构稳定性的主要因素。依据水的不同来源，可将水分为地下水、地面水两种[1]。其中，地面水会反复不断地对路基产生冲刷，进而导致路基稳定性下降，出现水毁；水渗入路基内的土层，含水量高的土层强度会逐渐下降，也会出现水毁。地下水包括滞留水、潜水等，这类水对路基路面结构的损坏程度因条件不同而各异，轻者导致路基软化、强度下降，重者会导致路基坍塌、冻胀，甚至出现路基倾斜现象。

1.1 水影响路基稳定性

水对地下土层及路基稳定性的影响表现为渗入及所产生的一系列作用，这种作用既有原始的，也有继发的。水渗入土层会导致土的湿度发生改变，水的应力状态进而发生改变，因水的浸湿，公路各结构层的稳定性会受到影响，进而导致地基土的强度下降，随之会出现湿陷、滑坡、冻胀、盐渍等现象。

1.2 水影响路基强度

渗入路基路面的水包含多种状态，如气态水、附着水、毛细水等，但无论是哪种形式的水，只要它们存在，就会导致路基路面各结构层的力学性质发生改变。由于受到水气压、重力压的作用，使得水汽在路基路面结构层的空隙介质中流动，但在粒状材料中水主要因为重力压而流动，因此，从工程实用的角度来说，不考虑其他水形式的影响，仅考虑重力水，符合流体力学渗流原理，可应用达西定律公式（1）来分析路基路面的排水事件。

式（1）中：V 表示水的渗透速度（cm/s）；K 表示材料渗透系数（cm/s）；i 表示水力梯度，通过两点间水头损失和两点距离之间的比值进行计算。

渗入路面结构的重力水，通常会自高向低、自上而下，顺着路基及其路肩排出，但路基基层的渗透性一般较差，排水所需时间长。研究发现，渗透系数不超过10～5cm/s 时，排出0.1m3的重力水，所需的时间超过24h，渗透系数不足10～7cm/s 时，排出0.1m3的重力水，所需的时间超过10 天。在这一过程中，水会长时间停留在路基路面结构内部，如此便容易导致多种损坏。第一，水渗入沥青结构后，会逐渐消除沥青与碎石的黏结性，加之长时间受到行车作用力的影响，会出现沥青膜剥落、路基路面强度下降的问题[2]。第二，滞留于沥青上层结构空隙中的水，会受到行车荷载的反复挤压，这便相当于真空抽吸作用，在高空隙水压的作用下，沥青层便极易出现剥落、松散等现象，进而导致路面出现坑洼。第三，降雨时段，自由水会渗入并滞留于路面的表层、中间层之间，在较为薄弱的中间层，在大负荷行驶的汽车作用下，很容易导致沥青碎石剥落，造成路面网裂、下沉等。第四，当自由水滞留于基层顶面时，在长时间行车负荷的作用下，会形成高压水流，并反复冲刷基层细料，导致细料浆被挤压，进而导致裂缝处出现唧浆，长此以往，沥青受力状况发生改变，导致路面出现下沉、断裂等病害。

2 路基路面水损害原因

路基路面排水系统的作用是将影响路基路面稳定性的地面水、地下水及时排出，同时降低地下水水位，以此营造一个干燥、稳定、坚实的路基路面环境。因此，合理设置排水系统，是确保路基路面稳定性、保证公路使用质量的关键，保证路基路面具有良好的排水性能，是确保路基路面结构稳定的重要前提。但由于路线范围的排水问题通常隐匿于路面之下，如果不是出现大范围的路基失稳现象，这类问题一般难以被及时发现，且这类问题在山区高速公路地段更为突出，这也说明在相关工程的设计、施工及养护中，很多单位对排水问题的重视度不足。

根据实践及相关调查，路基路面水损害原因主要包括以下几个方面：

首先，现场勘测疏漏，忽略了当地的水文地质，尤其是山区高速公路地段，存在大量地下水的挖方地段，地下水量足，裂缝处被水位抬升，环境温度下降后，很容易产生聚冰现象，昼夜温差大的情况下，聚冰反复冻融，会进一步加剧路基路面的破坏程度和破坏范围，导致路面结构的整体性被破坏。

其次，在实际的路基排水层、隔水层施工过程中，因路床顶面“人”字排水通道施工控制不力，导致引、排水堵塞，阻碍地下水外引，造成排出障碍；或因外部纵向透水管受损严重，极大地影响渗沟的引水作用，导致地下水大量蓄积，进而在地下水损害的直接或间接作用下，使路基出现坍塌、下沉等病害，严重影响公路的正常使用。

再次，排水系统设计理论脱离实际。排水系统的设计需要结合施工地段的水文环境、实际水流量等情况综合设计，在山区高速公路排水系统的设计上，更要全面考虑这些因素[3]。并且，排水系统是一项系统性工程，各排水设施都不是独立的，而是紧密联系的，在设计过程中需要综合考虑，如此才能设计出科学的排水系统。但在实际的排水系统设计过程中，存在一定的问题，有些设计人员特别注重理论，未能很好地结合当地的实际情况进行设计，导致汇水面积计算不精确；有些设计人员根据既有经验进行设计，忽略了对设计结果的演算，这容易导致大面积的设计浪费，使得排水系统不能充分发挥自身的引水外排作用，难以满足实际的排水需求；除此之外，还有些设计人员对施工地段的水文环境情况考虑不周，照搬硬套已有设计方案，导致排水系统难以适应当地环境，完全达不到预期的排水效果。上述问题的存在，很容易导致山区高速公路路基路面受到水损害。

最后，忽略养护。调查显示，很多地区的相关单位重点关注高速公路的施工质量，一定程度上忽略了后续的养护管理工作，对路基路面排水系统的重要性认识程度不足，使得养护管理工作落实不到位，排水系统出现故障的频率较高，这种现象在山区高速公路地段更为明显。此外，排水设施不完善，遇到大量降雨，也可能引发路基路面水毁现象。

3 路基路面排水施工技术

3.1 边沟施工技术

边沟是高速公路排水系统的重要组成部分。边沟一般指路基边缘的排水沟，主要用于引出和排出路面上的少许地表水。山区高速公路一般为土质边坡，在开展边沟施工时，应做好土体坍塌防护，防止坍塌土掉入边沟，可以考虑在边沟设置碎落台，于碎落台、土路间设置纵向流水槽，用少许草皮或其他灌木进行覆盖，此举在防止异物掉落堵塞的同时，能够有效防止雨水冲刷[4]。此外，为保证及时排水，可采用梯形断面边沟形式，合理设计坡度，并在边沟上方设置带孔的盖板，以保证行车安全。

3.2 截水沟施工技术

在降水量充足的山区地段，尤其是在路堑边坡坡顶外侧200cm 的地方，应设计截水沟，用于收集山坡汇水[5]。一般采用梯形截水沟，根据山区地段的实际降水量确定截水沟面积。如果该地段有一定的废土存放，在截水沟边缘、土桩间应留有一定的距离，以防废土坍塌而造成排水系统堵塞，更好地保证高速公路路基路面的排水施工效果。结合相关经验，土桩脚与路基斜坡顶之间的距离需要超过10m，并于土堆上方设置超过2% 的倾斜角，便于将雨水顺利引入横坡。截水沟长度一般在0.3～0.5km，若长度大于0.5km，应适当增设排水口，方便排水井排水。为防止公路被雨水反复冲刷，建议采用高渗透率的材质，同时加强沟渠的坚固性，防止其受雨水侵蚀。此外，在现场施工期间，要做好实地勘测工作，在顺坡处做好截水沟、边沟的有效衔接。

3.3 排水沟施工技术

地下水位超高时，应采用排水沟施工技术，保证排水通畅。排水沟主要用于排出地表水，天气寒冷时，排水沟则会失去地下水排出的作用。若采用混凝土进行排水沟施工，需要在含水量高的地方设置相应的渗水孔，并做好沟壁接触，对于沟壁的外侧，可考虑应用土木合成材料设置反滤层，同时每间隔一段距离应设置相关的沉降缝隙；排水沟应尽量采用线性形状，尽可能采用弧形设计，实际施工过程中，需保持4m 以上的路基坡脚距离，如果排水沟的距离太长，应考虑分开设计，同时进行砌筑，并根据实际情况设计适宜高度的台阶。

3.4 急流槽施工技术

有别于公路路面其他部位的材料，急流槽部位的施工材料较为特殊，连接处极可能存在裂缝[6]。以往，常采用建筑砂浆对急流槽连接处进行填充，但填充效果不佳，使用寿命短。而目前多采用非刚性修补手段，修复后一般不会有裂纹，使用寿命长。具体施工方法如下：将卷材剪成条状，塞入裂缝处，而后在裂缝处填充未乳化的沥青。实践表明，采用这种连接方式，使用3～4年后，急流槽连接处不会出现渗透裂缝。在急流槽施工中，应注意在急流槽出入口、主槽段连接过渡区域采取相关措施，如设置消力坎等，以减少水槽流量，并尽可能采用粗糙的槽体，以降低水的流速。

3.5 地下排水设施施工技术

常见的地下排水设施包括：暗沟、渗沟、渗井等。其中，暗沟主要是引导路基范围内泉水，需要根据地下排水需求合理设置，常采用砌石盖板结构作为断面，板顶填土大于等于0.5m；渗沟主要用于汇集地下水，并将其排出范围外，降低地下水位，由碎石、反滤层、封闭层组成，根据地下水位分布情况，设置于边沟、路肩等位置，走向与地下水流相反；渗井属于立式地下排水结构，当路基上部含水量低、排水量小时，难以设置平式渗沟，此时采用渗井，一般口径为50～60cm，距离路基坡脚超过10m。

4 公路路基路面排水施工改进建议

结合已有施工经验，通过施工设计资料统计，针对山区高速公路提出相关的路基路面排水施工改进建议。由于急流槽内水流较大，混凝土或浆砌片石材质的急流槽长期暴露于自然环境中，容易降低耐久性，出现材料脱落现象，可考虑采用塑料波纹管材料，提高耐久力，防止脱落，避免急流槽内堵塞。此外，塑料波纹管的强度高，有很好的抗冲击力，防渗透效果好，在外界负荷的作用下，也不易变形，且内部结构为圆形，能够较好地保持水的流动性，且该材料施工方便，衔接方便、稳固，能够有效防止进出口被冲刷破坏。

5 结语

近年来，我国高速公路网覆盖面不断扩大，山区高速公路里程逐年增长，行车量也逐年递增，这在一定程度上加剧了山区高速公路路基路面水损害问题。基于此，本文从水对路基路面结构的影响入手，分析水对路基路面稳定性和强度的影响，探究路基路面水损害原因，以此说明路基路面排水设计的重要意义，分析高速公路边沟、截水沟、排水沟、急流槽、地下排水设施施工技术，为更高效地排除高速公路地下、地表水，保证高速公路的安全、稳定通行。