高速公路路基排水设施病害类型及处治技术分析

赵亚君

（承德盛达高速公路养护有限公司，河北 承德 067000）

1 常见路基排水设施病害类型

1.1 边沟、排水沟

排水沟、边沟受到严重破坏，且沟渠底部浆砌面较为粗糙，水流速度下降，排水效果不佳。沟渠浆砌石由于路基压实性不足，脱离原路基，出现沟渠沉陷开裂情况；排水沟、边沟存在明显杂物堆积现象，难以实现防冲、防淤效果，路基线形和沟底纵坡一致化造成路基边坡泥沙下滑，引发沟渠堵塞；边沟盖板排水孔出现堵塞，阻碍了路面积水的快速排出。盖板孔径构造偏小，在强降雨环境中，边坡泥沙会导致泄水孔出现拥堵。

1.2 截水沟

路基截水沟破坏则主要表现为截水沟未做好防冲加固，地表径流造成路基边坡产生滑动，继而引发截水沟坍塌破坏；截水沟堵塞则是由于截水沟布置距离弃土堆偏近，泥石流流入截水沟造成淤泥堵塞，且路基边坡存在较多的杂草和树枝也容易进入截水沟，影响排水功能；截水沟冲刷则是其布置长度过长、设计坡度偏小，和周围排水设施没有充分衔接，地表径流难以快速排出，积水长期滞留造成结构冲刷严重。

1.3 急流槽

急流槽承担不同排水设施径流汇集作用，急流槽布置没有充分结合地形，结构底板防冲设计不佳，则会造成急流槽出水口冲沟产生严重损坏；急流槽缺乏缓冲设计则会在强降雨环境中造成结构冲刷，引发路基边坡强度稳定性下降；截水沟和急流槽进水口之间的衔接没有进行优化加固，平缓程度不足，也会造成水流溢出急流槽，污染周围环境生态。

1.4 小桥涵

过水涵洞杂物堆积数量过多（稻草、树干等），则会阻碍地表径流的正常排放，引发水面壅高、堵塞现象；进水口具备较多垃圾和泥沙也会堵塞边沟排放水流。

1.5 中央分隔带排水

公路超高渐变段中央分隔带的积水流速较慢，在纵坡及路拱坡度较低的情况下，地表径流排放效果不良，水流极容易聚集在中央分隔带周围，地面漫流会造成相关设施的水毁；中央分隔带渗沟失效则主要归因于外层土工布渗滤效果不良，结构老化，渗沟堵塞会影响中央分隔带排水；中沟分布于中央分隔带两侧，中沟被泥沙和树叶堆满，中沟堵塞会造成淤积、水流雍高等情况。

2 工程概况

河北省某高速公路跨越了大范围的山区地形，沿线降雨量丰富，设计起终点为K223+425～K230+600，路线全程7.175 km，双向四车道，设计车速60 km/h。公路设计纵坡技术指标较为复杂，高路堑路堤数量较多，路基填筑材料为当地分布较广的砂砾土，内部粉黏土含量丰富，路堑边坡多为岩土质构造。路线存在3座中大型桥梁，6座隧道，12座涵洞，一般路段路面为沥青混凝土结构，项目施工土石方数量63万m3以上，防护排水污工数量达到了2860 m3以上。路基高边坡护面采取窗孔式构造，其内设置数量密集的排水孔进行坡体水流排放，路基框架梁则采取种植植被、草进行绿化。该高速公路施工于2014年，至今已运行8年时间。经过现场调查发现，路基排水设施主要存在以下几种破坏类型：排水沟开裂破坏、边沟冲刷断裂破坏、急流槽边坡土体坍塌堵塞、中央分隔带防渗层失效及排水管设置不合理[1]。

1）沿线排水沟渠和拦沙坝破坏程度较为明显，排水沟开裂主要是该结构长期和农田水渠共同使用，衔接急流槽结构破坏，促使排水沟经受了较长时间的水流浸泡，继而产生坍塌破损，如图1所示；拦沙坝破坏归因于自然冲沟拦沙设置时并没有分析泥石流作用，结构出现失稳情况。

图1 排水沟破损

2）现场边沟破坏主要是缺少消水堤槽缓和坡段的设置，边沟长度过大、坡度较陡，引发边沟冲刷；边沟断裂则是路基和边沟之间没有经过施工衔接紧密化处理，地表径流极容易通过缝隙进入边沟，边沟内侧则会出现悬空现象，导致整体受力的不均匀，车辆通行过程中也会造成边沟顶部盖板碾压破坏和开裂。边沟破坏如图2所示。

图2 边沟破坏示意图

3）沿线高路堑和高路堤边坡岩土材料在强降雨环境中产生坍塌，进入急流槽内部的泥沙引发堆积堵塞，主要是施工阶段及流槽开挖中缺少边坡稳定性分析及处理。

4）现场中央分隔带排水设施存在以下几种病害类型：防渗层缺乏防渗效果，防渗开挖的边沟具备较为粗糙的表面，施工沥青难以充分黏结，防渗层完整度、均匀性欠缺，布置的土工布也具备明显接缝，不透水效果相对较差，盲沟侧面在积水严重情况下不能阻止路基水流的渗入。横向排水管施工质量不佳导致标高误差的存在，上游位置横向排水管极易出现排水不畅，地表径流就会聚集于高程较低处，且下游排水管多采取无纺土工布进行包裹，整体排水效果不良，中央分隔带积水情况严峻，路基受此影响会造成强度稳定性丧失[2]。

3 公路排水设施病害处治设计

3.1 处治原则

项目排水设施病害处理主要分为以下几种设计方案。

1）对于路段排水设施破坏程度较轻的情况，则可以采取C20混凝土或者浆砌片石进行结构加固处理，对原有排水设施进行重新修复、再次使用。

2）易于排水设施施工的路段，则可以在原地形开展重新修筑，对已经具备明显破坏程度的排水设施进行后续拆除，且避开已形成的虚土、冲沟。对于边沟和梁桥两侧相互衔接的急流槽，则要进行合适位置的再次修筑，强化其排水防渗功能，急流槽施工需要延伸至沟底位置。

3）缺乏排水设施工条件的路段，如果现场排水设施破坏程度较大，则需要开展虚土清除，并且采取截水墙+跌水井、浆砌片石回填、挡土墙+跌水井形式进行原有设施的加固。防护结构结合跌水井的方式可以消除势能较大的水流，并且需要将水流引入现状急流槽实现排放。

3.2 处治方案设计

3.2.1 另置修筑

1）桥梁

沿线K224+520处1号大桥为三跨结构，跨径较大，该大桥4号桥台两侧受到地表径流影响导致急流槽、边沟等排水设施破坏，4号桥台台背处出现较大空洞病害。项目在结合实际环境下，采取原地修复排水设施。急流槽的修复主要在4号桥台冲刷形成的陡坎处构建挡土墙结构，且挡土墙上部需要布置截水墙，衔接于原来的边沟，挡土墙下部需要构建跌水井，连接于急流槽。挡土墙+跌水井加固处理能够对既有破坏的陡坎实现加强，且流速较大的径流能够通过跌水井达到势能消除，最终通过急流槽流入沟底，具体设计如图3所示。对于4号桥台左右侧边沟损坏，则需要在靠近桥台处采取M7.5浆砌片石进行防水封堵，避免台背及耳墙的水流冲刷；跌水井、挡墙新建时要对周围虚土进行处理，且挡土墙底部需要进行6%灰土密实化处理，厚度一般控制在50～60 cm；边沟空洞需要采取C20强度混凝土进行回填处治，来优化排水沟造[3]。

图3 另置修复示意图

2）中央分隔带

中央分隔带主要为无封闭构造，其排水设计主要分析绿化人工降水、大气降水的影响。项目中央分隔带排水破坏主要分布在路段KK225+220～K225+308，依据路段实际环境的不同，拟采取以下两种防排水方案：只进行防水土工布的铺设（适合原位加固）；盲沟、横向排水管结合防渗土工布（适合新建）。方案2考虑到分隔带土体内部极容易会有水分渗入，则需要在中央分隔带底部进行纵向排水沟的设计。该渗沟需要采取反滤土工布进行包裹，减少水带入泥沙造成渗沟的排水堵塞，渗沟内部需要布置0～15 cm直径的透水管，横向间距每100 m设置管径5～10 cm的塑料管。依据当地设计经验及相关规范，管径设计则需要考虑泥土颗粒对槽孔的影响，为此，中央分隔带纵向排水选取内径10 cm的透水软管，横向排水则设置直径10 cm的塑料管[3-4]。

3.2.2 原位加固

沿线K225+120处左侧涵洞出口位置水毁破坏严重，关联急流槽损坏程度明显，涵洞铺砌坍塌形成长度较大的冲沟。项目结合实际施工环境，采取挡土墙+跌水井原位加固处理，设计如图4所示。首先需要对涵洞周围的虚土进行清除，在涵洞坍塌位置需要构建坡度1∶5内部倾斜的平台结构，采取M7.5浆砌片石进行回填压实，继而进行涵洞出口处的修复加固。涵洞出口需要和挡土墙顶部平缓衔接，挡土墙底部需要进行具备消能作用的跌水井构造，跌水井要和急流槽进行相互衔接；跌水井、挡土墙都采取C20混凝土施工，急流槽则采取M7.5浆砌片石修筑于路基左侧河道，构建于承载强度较大的土基上。跌水井内部设计厚度为30 cm，截面尺寸为1.5 m×1.5 m，需要和前后路基排水沟顺接[5]。

图4 原位加固示意图

4 结语

高速公路排水设施对于路基路面的安全稳定至关重要。本文对河北省承德市范围内的高速公路排水设施病害类型进行调查，并且结合具体公路项目开展了桥梁、中央分隔带、涵洞、边沟的排水病害处治分析，主要依据施工环境和成本从另置修筑、原位加固两个角度开展方案设计，为类似工程提供重要参考。