高速公路路基排水設施調查與病害分析

羅大天 鄒靜蓉 李嘉薏

摘要：高速公路路基排水設施病害會加快路基路面的破壞，縮短高速公路使用壽命，降低行車安全性。通過對湖南某地高速公路排水設施病害的調查，結合該路段地質水文條件與設計情況，總結概括了高速公路路基排水設施的病害類型與原因，對其進行了病害分析，并針對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.

關鍵詞：排水設施;調查;病害分析;排水能力提高措施

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

中圖分類號：U417.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0152-03

0? 引言

水是影響高速公路使用壽命與性能的一個重要因素，地表水和地下水都會對高速公路的正常使用帶來一定的危害。南方地區夏季降雨具有歷時短、降雨強的特點，降雨量約占全年降雨量的40～50%，當地表水過多且持續降水過長的時候，不合理的排水設施會出現沖刷破壞等一系列的水毀破壞，雨水一部分會隨著路面排水和路基排水設施排出，還有一部分會通過路面滲入高速公路路基，對路基造成不同程度的破壞[1～2]。如今許多高速公路排水設施設計僅僅滿足《公路排水設計規范》，卻沒有考慮當地水文地貌等實際情況，而且排水設施后期養護易受到忽視，為減少排水設施水毀病害，延長公路壽命，還需廣泛深入對排水設施的調查與病害分析的工作[3～7]，對于高速公路的排水設施調查與分析的研究還不多，沈波等針對我國山區高速公路常見排水設施進行詳細的水毀調查分析，并提出了尚需解決的水力學問題;尹超等對黃土地基排水設施進行水毀調查，并針對黃土路基排水設施提出了相對應的優化建議。本文對湖南境內某山區高速公路進行水毀調查，在調研過程中總結分析了排水設施的一些常見問題，同時對中央分隔帶等積水較多之處進行調查分析，最后提出了排水設施排水能力提高措施，對高速公路質量提升提供參考。

1? 高速公路路基排水設施調查與分析

1.1 路基排水設施調查

本次調查目標位于中南地區，地貌復雜，以山地丘崗為主，境內降水豐富，各種形式的流水作用活躍，排水設施病害類型具有較強的代表性。雖然設計類型與參數都滿足規范要求，但是由于復雜的地質類型與較為集中的降水，該地多條高速公路仍存在較多病害類型。通過對湖南衡陽境內多條高速進行調查，歸納整理出其病害類型與原因。

1.2 路基排水設施主要病害與原因

具體病害類型見表1與圖1～圖6。

2? 排水設施病害原因分析

通過對該高速公路排水設施的調查分析，總結概括排水設施產生病害的兩個原因：一是排水設計原因，包括尺寸設計因素和線型設計因素;二是外部原因，包括自然因素和人為因素等，下面針對四種典型病害進行原因分析。

2.1 沖淤破壞

當溝渠內的水流不能及時排出，或者排水設施之間的配合不當，高強度的降水會對排水溝渠造成沖刷。調研過程中發現，針對邊坡截水溝等需要實地考究的排水設施，欠缺地貌水文調查和水力計算以確定排水設施的截面形式、尺寸和溝底縱坡，溝渠的正常排水和防沖刷能力難以保證。溝渠高度與位置設置不合理，不能與其它排水設施形成統一的排水系統，各種排水溝渠的長度過大，易形成水流沖刷。如圖1所示，急流槽在進行設計時消能設計不完善，導致急流槽積水流速過大，對周邊路基與沖溝造成沖刷破壞。排水設施的修筑會破壞原地的自然平衡，周邊坡面土體易在降水時失穩，植被也容易被破壞，較多的泥沙與植被隨降水排入溝渠中，最終造成溝渠淤塞。后期的養護清淤工作對排水設施能否正常工作也會起到關鍵作用，溝渠內部與周邊不能及時清理，泥沙與植被容易在溝渠堆積嚴重，水流不通時造成溝渠堵塞。樹葉與垃圾會阻塞邊溝泄水孔，降雨量較大時，雨水容易漫流至公路表面，形成安全隱患。沖淤破壞是高速公路排水設施的常見病害，導致其病害的原因頗多，對其進行總結為防沖防淤研究打下基礎。

2.2 溝渠自身破壞

路基沉陷、邊坡滑坡等基礎失穩都會導致溝渠結構性破壞。如圖2所示，漿砌片石排水設施直接設置在土基之上，土基的不均勻沉降會直接影響到溝渠的自身穩定，易造成溝底開裂、溝身垮塌等病害。如圖3，邊坡滑坡也會直接導致截水溝塌陷，同時邊坡沖刷的泥石流流入溝渠，造成溝渠堵塞與破壞，部分邊坡未設置植被防護和圬工體防護，加速邊坡排水設施破壞，降低邊坡穩定性。路塹邊坡坡底為應力較為集中的地方，又是截水溝和急流槽等排水設施匯水較為集中的區域，該處徑流水與滲流水易對排水設施造成溝渠坍塌、徑流沖刷裂縫等破壞。對于坡底的邊溝與路基坡腳的排水溝，每逢雨季匯水與滲水流量大，雨水長期浸泡會造成沉陷斷裂等破壞。同時施工質量會影響到整個排水系統的排水效率，溝渠溝底縱坡和抹面的粗糙度的施工往往達不到設計要求，該高速新砌筑完成后的截水溝也存在裂縫，裂縫會加快雨水下滲速度，同時加快溝渠破損。

2.3 進出水口堵塞

排水設施進出水口相當于機器運作的開關，進出水口一旦出現堵塞等病害會停滯整體排水系統的運轉。排水系統對匯水進行匯流后，雨水將集中經過排水設施流出，此時破壞強度較大。路域內的排水設施一般都會經過詳細的計算與驗證并且符合規范設計，達到標準排水清淤與穩定的自凈能力，路面與路基排水往往較為正常。但是路域外的溝渠與外界的進出水口銜接處往往受到忽視，因此進出水口較大可能出現堵塞等水毀病害，導致匯水排出滯緩。對于邊溝等帶有蓋板的排水設施，如圖4所示，其匯集降水主要通過溝渠的泄水孔，當泄水孔嚴重堵塞時，路面匯水將排泄不暢，造成積水滲入路面，調研過程發現邊溝蓋板泄水孔存在大面積的堵塞，其原因除了后期的養護清理之外還有其孔徑的參數設計原因。過水涵洞兩側被木柴堆積造成橋涵進出水口堵塞，遇到強降水時將造成徑流浸泡沖刷周圍路基，如圖5所示，其主要為人為原因，與養護監管部門關系較大。

2.4 超高漸變段積水

高速公路圓曲線段與直線段銜接處路拱橫坡度發生變化時需要設置超高過渡段[8]，在設計上需要把原路拱的向外側傾斜調整為超高段的向內側傾斜。在設有超高的路段上，整個漸變段最終呈紐帶狀，其中會出現零度橫向平坡，該綜合合成坡度不能夠正常排水，積水將會在路面形成漫流，如圖6所示，其中中央分隔帶積水較為嚴重，造成重大安全隱患。由于土工材料老化不能起到反濾效果，中央分隔帶積水不能正常下滲，遇到強降水中央分隔帶匯水將會溢出至路面，加劇超高漸變段路面積水。

3? 路基排水設施排水能力提高措施

以減少排水設施水毀病害為出發點，結合該地排水設施病害類型以及產生的原因，提出了四點排水能力提高措施。

3.1 因地制宜排水設計

排水設計需要對全段分區段進行分類，分析不同區段的水文地質條件、道路線形設計、特殊路基等情況，再根據不同標段的每一處排水設施進行精確計算與設計。設計方應當考慮加強排水系統的協調配合，并確定設施之間的合理間距，以截水溝為例，截水溝間距較大，則坡面徑流匯水較大，易造成邊坡坡面坍塌，截水溝間距較小則易破壞生態，同時增加成本。溝渠之間的線型與高度設置不合理，可能會造成在需要大面積匯水的路段排水設施溢流，在需求匯水較少的路段又造成資源浪費。在進行理論分析計算后有必要進行模擬試驗，比如邊溝蓋板泄水孔的設計尺寸，進行試驗后得出最佳孔徑，既滿足排水要求，又保證安全質量。同時應注意排水設施與自然溝谷之間的協調性，路域之外的進出水口應進行銜接消能設計，確保排水設施將流向路基與路面的水順利流向自然溝谷與農田。

3.2 采用預制裝配式溝渠與排水路面技術

漿砌片石溝渠排水能力較強，因此是我國高速公路較為傳統的排水設施，但是漿砌片石溝渠又常見破損、堵塞、砌石脫落等病害。為解決傳統排水設施的常見水毀病害可采用新型裝配式邊溝和急流槽，在做到快速排水的同時又不容易產生病害，根據楊郴[9]等介紹張桑高速路塹裝配式邊溝的應用，其設計形式為上部為生態碟形溝，每30m設置兩個集水井，經過多重過濾后的水通過倒虹吸裝置排向路側排水管，有效解決了溝渠沖刷的風險，碟形溝不設置邊溝蓋板，又解決了邊溝蓋板堵塞的問題。對于中央分隔帶匯水漫流的問題，可以從路面迅速排水的角度進行改善，排水性瀝青路面可以迅速通過其結構內部的骨架結構將雨水排出路面，同時能夠增強高速公路的抗滑穩定性能，同時，可以通過研究路面排水技術，張鋒[10]等針對高速公路超高漸變段提出了嵌入式橫向排水路面技術。并通過實體工程驗證該技術能夠明顯增強路面排水能力。

3.3 加強邊坡加固

加強邊坡加固對排水設施排水有著重要意義。截水溝與急流槽將邊坡坡面的徑流匯集，減少坡面水流直接流向路面。對于沒有邊坡防護或者邊坡防護較差的邊坡，線性排水設施只能匯集部分坡面徑流，會有大量坡面水會對排水設施沖刷破壞，同時排向路面造成路面積水，坡面加固不足還會影響坡面土的穩定性，當坡面徑流的泥沙超過溝渠的凈化能力時會造成溝渠淤積。有效邊坡加固比如圬工和植被防護可以減少坡面的徑流，加快坡面的滲流。因此，加強邊坡加固可以避免坡面受到雨水徑流的沖刷，減少溝渠的淤積。施工單位應根據高速公路具體地形條件對邊坡針對性的進行加固，提高邊坡穩定性。

3.4 加強排水設施養護管理

后期養護管理是影響排水設施的質量和壽命的關鍵因素，在養護過程中，應當嚴格按照排水設計養護規定進行定期養護，排水設施的堵塞和淤積與后期養護有著密不可分的關系，比如溝渠進出水口的堵塞與小橋涵兩側木柴的堆放，在后期的養護工作中，養護人員應當定期對排水設施進行檢測，及時清理溝底雜物，對已經出現病害的排水設施應進行修復，只有養護工作到位，排水系統才能正常運作。

4? 結語

①本文通過對衡陽某高速公路路基排水設施病害調查，從自身設計和外界條件兩個角度對該地區邊溝（排水溝）、截水溝、急流槽、中央分隔帶排水與小橋涵等進行病害分析，其病害多種多樣，具體歸納為沖淤破壞、溝渠自身破壞、進出水口堵塞、超高漸變段積水四個方面。

②從解決高速公路路基排水設施產生病害的角度出發提出了優化建議，包括因地制宜排水設計、采用預制裝配式溝渠與排水路面技術、加強邊坡加固、保證施工質量與后期養護四點優化建議。

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