公路路基排水設計及施工問題研究

馬艷莉

(長治市通明公路勘察設計有限公司,山西 長治 046000)

0 引 言

山西地區，降水少但是集中，植被覆蓋率低、生態環境惡化、每年汛期，山西境內水毀災害頻發，僅2018年7月9日～16日，全省干線公路共發生981處水毀，多由于排水設施失效或者排水能力不滿足要求所致，一旦處理不及時，會進一步造成公路、橋隧的水毀，嚴重情況還會阻塞交通。究其原因，一是地區降雨集中，二是黃土地區，黃土在降雨浸濕后出現濕陷性，三是公路建設等級低，排水設施設置不合理，排水功能不能滿足實際需要。改變降雨及大規模換填作業基本無法實現，所以僅能從設計、施工的角度，提高排水設施的可靠性。

本文結合對省內公路排水設施調查，總結歸納公路路基排水設施的常見病害，然后根據調查結果，總結設計階段存在的問題，并提出排水設施設計的要點，最后介紹施工階段注意事項，為勘察、設計、施工提供參考。

1 排水設施病害調查

1.1 邊溝病害調查

1.2 急流槽

急流槽常設置在縱坡大于10°、水頭差>1.0 m的陡坡，具有坡陡、水流大、沖刷大的特點，對強度要求較高，多采用預制塊或者漿砌片石，并設置凸榫以提高穩定性。根據調查，急流槽多有如下問題：急流槽未砌筑到自然溝渠的溝底，急流槽尾部沖刷嚴重，破壞部位不斷上移；槽身出現滲漏，導致下部黃土濕陷，槽身斷裂；急流槽與路面材料不一致，其水簸箕口處與道路脫開，水滲入路基，造成路基水毀。

1.3 截水溝

截水溝的斷面尺寸基本上能滿足使用需求，其問題與邊溝類似，由于坡體局部小的坍塌，土體進入截水溝，清理不及時，造成截水溝淤堵，水排出不及時，溢出截水溝流向坡面，加劇坡面的沖刷，也存在截水溝的滲漏問題，水滲透進入坡體內部，引發滑坡。

1.4 涵洞

山西地區的涵洞多為管涵、蓋板涵、拱涵、鋼筋混凝土箱涵、鋼波紋管涵等，根據現場調研，涵洞的主要問題是進口出現淤堵、出口存在水毀，汛期雨水夾帶各種雜物匯集在涵洞進口，造成進口淤堵，涵洞的出口多與急流槽連接，由于施工或者設計的原因，出口底部的黃土發生沉陷，另一方面由于崩塌等災害發生，出口處被掩埋，導致出口淤堵。

2 排水設計常見問題及設計要點

2.1 邊溝設計

根據調查，邊溝設計存在如下問題：對邊溝設計不夠重視，設計時對斷面尺寸、形式、材料照搬照用，沒有考慮公路等級、材料供應、地域差異等因素，邊溝的斷面尺寸多依靠經驗確定，沒有經過計算校核，選材時沒有考慮經濟性，同時也存在設計長度過長等問題。

因而在邊坡設計時，應注意如下要點：

(1)挖方段邊溝

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由于黃土邊坡經常發生小規模的坍塌，當條件允許時，考慮在邊坡與邊溝之間設置碎落臺，避免坍塌土體直接滑入邊溝。

(2)斷面形式

斷面宜選擇矩形或者梯形，梯形邊溝內側的坡度為1∶1.0～1∶1.15，對于挖方邊坡，宜優先考慮矩形斷面，在造價許可的情況下，可以在邊溝上部加蓋帶孔蓋板，可保證行車安全，提高安全感。

(3)材料

宜采用預制混凝土矩形蓋板邊溝，當造價或者地形受限制時，可采用漿砌片石砌筑，邊溝的出水口是沖刷的重點部位，應重點處理。

近年來由于公路建設對環境造成極大的損傷，水毀災害頻發，生態型邊溝慢慢發展，逐漸代替傳統圬工邊溝。生態型植草排水邊溝設計時需要確定如下內容：設計流量、縱坡和斷面坡度、溝深、草種選擇、最大徑流流流速、長度、曼寧系數、排水能力、如果匯水面積較大時還應考慮設置滲溝，如圖1所示。并遵循如下原則：邊溝未形成使用功能前不能發生沖刷，設計標準要與公路等級匹配，需要結合地表自然水系綜合設計。

圖1 生態型邊溝(帶盲溝)

一般情況下，需要滿足如下要求：溝底縱坡控制在0.3%～2%以內，縱坡超過2%時則需要考慮其他形式邊溝；生態邊溝的深度宜為0.35 m或者0.3 m，深度過大需要考慮防沖刷措施；為確保公路路基的安全，高路堤段溝底距離路面應>1.6 m，低路堤段溝中心線應距離路基坡腳2 m以外。

2.2 急流槽設計

根據調查發現，急流槽在設計時多借鑒鐵路經驗和規范，對于公路而言，設計流量偏大，另一方面對于漿砌片石的槽底摩擦系數很難達到其要求的0.04和0.045，多數在0.025左右；急流槽間距設置不合理，不能以急流槽的數量來評價設計是否合理。

(1)積極推廣管式急流槽

傳統的漿砌片石急流槽在黃土地區，一般是邊修邊壞，給養護帶來很大的困難。近年來，推廣使用PVC-U雙壁波紋管，可以很好解決傳統急流槽的問題，其輕質高強、環剛度大、與土體咬合緊密、耐久性好，養護簡單，據調查，使用兩年的PVC-U雙壁波紋管的急流槽，僅需要輕度養護，排水效果好。

(2)急流槽與路面接縫處理

由于急流槽和路面材料不一樣，在其連接部位宜出現裂縫，傳統修復多采用水泥砂漿灌封的剛性修復法，然而修復后還會開裂，然后重復灌漿，而借鑒建筑工程中變形縫的處理方式，在水簸箕口和路面連接部位采用防水卷材進行嵌縫，具體做法是將卷材裁剪成長條嵌入縫隙，然后用乳化瀝青粘貼縫隙，實現柔性連接，根據調查，采用柔性方式的接口，使用三四年后依然無滲漏開裂問題。

(3)急流槽出入口與主槽連接

在出入口與主槽之間設置過渡段進行連接，由于急流槽水流能力較大，因而需要在過渡段設置消能設施，比如設置消力坎、消力池、跌水等，另外還可以將槽身加糙，設置凸起等消耗能量。

2.3 截水溝設計

截水溝斷面宜為梯形，溝底寬度不宜小于0.5 m，溝深應根據設計流量確定，但是應≥0.5 m，溝內邊坡坡度應在1∶1.0～1∶1.5,條件允許可以采用現澆混凝土，如果無澆筑條件可以采用C20預制混凝土砌塊，石料充足地區也可采用漿砌片石砌筑，截水溝的出水口是沖刷嚴重的部位，應重點處理；截水溝的溝底縱坡應>0.3%，長度在200～500 m。

2.4 涵洞

根據涵洞存在的問題，在設計時應注意一下要點：

(1)在涵洞的進口處設置消力池等，對水流能量進行消耗，減緩流速，消力池還可以起到沉淀池的作用，將雜物沉淀在池底，防止堵塞進口；

(2)出口位置多與急流槽連接，在該部位應設置消力池、跌水等進行耗能，避免較大的沖刷力破壞路基。路基邊坡較陡時可選擇設置跌水，當落差較大時可以設計跌坎進行耗能，必要時可設置多級跌坎。

3 排水設施施工要點

(1)施工前應對設計圖紙進行會審，校核排水設施設計是否合理，是否做到因地制宜，對不合理之處應提出修改意見，與設計一道，力求形成完善合理的路基排水系統，并且與當地自然水系合理連接。

(2)公路工程施工驗收時，相關規范對排水設施提出實測指標和目測鑒定的指標，但是排水設施并不是公路驗收的主要驗收內容，本文建議，對于黃土地區的公路工程竣工驗收時，應將排水設施作為主控指標。

4 總 結

本文結合對省內公路排水設施調查，總結歸納公路路基排水設施的常見病害，然后介紹排水設施設計和施工的要點，主要結論如下：

(1)設計時應積極使用新材料、新工藝，比如PVC-U截水溝、生態型植草邊溝，設計時對于節點、過渡段應重點設計；

(2)路基施工前應對設計圖紙進行會審，完善優化排水系統，施工時應重點關注節點部位的施工，比如勾縫、接縫等部位，黃土地區竣工驗收時建議將排水設施驗收作為主控項目。