不同類型路基滲溝及隧道縱向排水溝、滲溝排水構件標準化研

究黃毅 秦志斌

摘 要：路基病害都直接或間接與水損害有關，減少水損害對保持公路正常運營十分重要，而完善的排水系統的設置，能減少水病害，保證路基體穩定、路面使用性能和行車安全。為了避免排水設施過早破壞、失效，水資源環境及生態環境破壞等，展開高速公路標準化排水構件研究是十分必要的。不僅資源節約、生態環保、節能高效，創造良好的交通環境，還能提高高速公路排水設施的設計及施工水 平、充分發揮排水系統的效能。介紹了張桑高速公路標準化對于排水溝的實驗研究，通過實際的工程驗證，證明了其施工的安全性，工程的質量，排水的效果等都比傳統的排水溝要好，且排水溝的透水性要提高了1倍左右，施工的效率也提高了一倍，使用壽命以及可靠性增加了兩倍，工程的造價方面與傳統的排水溝相比基本相同。

關鍵詞： 排水滲溝 ; 標準化; 試驗研究; 工程應用

0前言

伴隨著我國高速公路的快速建設，排水不暢而導致工程病害也在增多，原因是排水系統失效問題的出現，這造成了大量的財產損失和維護費用需求。之前對高速公路排水系統的設計、施工和質量檢驗方面做了大量的研究，但是排水的效果和耐用度方面一直得不到提升，尤其是高速公路的路面排水不暢的現象還非常普遍，特別是會發生邊溝埋置的現象，擋墻背、滲溝等排水構件，由于施工質量無法保證，經常會造成排水堵塞的現象，使用壽命變短，里面也因為積水而損壞，如：目前暗埋式路塹邊溝很容易發生淤塞，導致排水不暢;路基排水滲溝與擋墻背排水因所采用的材料與回填料質量差而很快失效。因此，保障排水系統的有效性對維持高速公路質量十分的重要。據此，我們研究了為何會產生排水系統損壞和堵塞的分析研究，提出了一個新方案，用以標準化排水溝。排水溝使用的材料具有良好的排水性，且施工簡單，操作方便。和傳統的礫石場地包裹滲水溝相比，有很多優點，例如加工工藝簡單，施工的質量高，效率高，速度快等。此外，在懷化繞城高速公路第三合同段K10+700～K10+900左側、第六合同段K40+610～K40+670右側成功實施了試驗溝，在觀測時間內使用效果一直良好。

1原材料

原材料即長絲熱粘排水體（以下簡稱速排龍）是以熱可塑性合成 樹脂為主要原料，經過改性，在熱熔狀態下，通過噴咀擠壓出細的塑 料絲條，再通過成型裝置將擠出的塑料絲在結點上熔接，形成的三維 立體網狀結構材料。速排龍包括塑料排水片材及塑料排水盲管等。 速排龍具有良好的集排水性能，表面開孔率與空隙率均高達 85%， 排水能力好;抗壓強度大、材質好，在 250kpa 壓力下壓縮率低于 10%， 空隙率大于 60%;重量輕，十分輕便，形狀多樣，柔韌性好，對于彎 道等曲線位也能施工，若回填深度在 10cm 左右，還可用推土機進行 回填等;加有抗老化劑，經久耐用，在水下、土中等入置幾十年也能 確保穩定;采用熱熔化方式成型，不會因粘結劑老化及玻璃等而引起 崩壞。

新型裝配式滲（盲）溝主要原材料是塑料排水盲管及塑料排水片材。其尺寸、空隙率、抗壓強度、耐久性（耐光老化、耐腐蝕性）、 排 水 性 能 等 指 標 符 合 《 公 路 工 程 土 工 合 成 材 料 排 水 材 料 》（JT/T665-2006）等相關規范技術要求。

2 方案設計及工作原理

新型裝配式滲（盲）溝方案設計及工作原理：邊坡地下水和裂隙水等通過靠路基側設置的塑料排水片材（外包透水土工布）和回填的透水性材料將水引至塑料排水盲管（外包透水土工布）內排出至路基范圍外，為了防止水滲入至路基，基座采用現澆C15混凝土;見下圖。

3 現場試驗研究

3.1 懷化繞城高速現場試驗

為了了解和驗證塑料排水盲管的實際排水效果，對懷化繞城高速公路進行試驗段排水效果的觀測，試驗路段為 K10+700～K10+900 左側（位于第三合同段），采用的試驗滲溝塑料排水盲管，外徑為30mm，內徑為22.5mm。此外，為了與試驗段對比驗證排水效果，設置了對比段，采用普通傳統滲溝。

試驗段及對比段施工完成后，課題組對滲溝周圍土進行了抽樣室內檢測。測得試驗（塑料排水盲管）天然含水率為5%，飽和狀況下含水率為29.3%;對比段（傳統滲溝）天然含水率為5.5%，飽和狀況下含水率為29.2%。并選擇暴雨天氣進行了排水效果觀測，具體觀測情況如下。

降雨時間為一小時，每小時降雨量為18毫米，降雨開始后約25分鐘，新滲水溝開始有水流，普通滲水溝約35分鐘有水流。

雨停3h后，新型滲溝內部的水流量有明顯的降低且無溢流現象出現，而普通滲溝內的水流量仍較大。

降雨4h后抽樣檢測試驗段（塑料排水盲管）平均含水率為 22%;普通盲溝土樣平均含水率為28.5%。

施工完成3年后，再次選擇暴雨天氣（1小時降雨量為17 毫米）對試驗段排水效果進行了觀測，并與前期觀測情況進行了對比，具體觀測情況如下。

開始降雨的30分鐘后新型滲溝內出現水流，在45分鐘左右普通滲溝才開始出現水流。雨停 3h 后，新型滲溝內部的水流量有明顯的降低且無溢流現象出現，而普通滲溝內的水流量仍較大。

降雨前周圍土壤的平均含水量為10%，降雨4小時后為24%;而普通盲溝降雨前檢測周圍土的平均含水率為15%，降雨4h后檢測同樣位置土樣平均含水率則達到了28.7%。

由觀測結果可看出，標準化滲溝與普通滲溝相比，從降雨開始后 至出水時間更短，表明其集水速度更快;降雨后 3h 標準化排水滲溝 水流量比普通滲溝明顯減少且無水溢流，降雨前與降雨后 4h 相比， 標準化滲溝周圍路基土體含水率未達到飽和狀態下含水率，普通滲溝 周圍路基土體含水率接近飽和狀態下含水率，表明其排水速度更快， 排水效率更高，能在更短的時間里將滲水排出至路基范圍以外。

3.2 依托工程介紹

為探索高速公路新型裝配式滲溝的設計和施工方法，檢驗其實際排水效果，課題主要依托湖南省桑植至張家界高速公路（以下簡稱張桑高速公路）對其進行了實體工程試驗研究。

張桑高速公路全長46.810km，連接線長59.117km，共設橋梁9822.8m/31座，隧道 6560m/5 座，有4處互通和1處服務區。根據施工圖設計文件，全線路基及互通排水構件主 要采用傳統的漿砌片石或混凝土結構等。

項目線路在湘西北部山區，沿途的路線多為低山和丘陵。地勢起伏較大，地質的條件很復雜。這里的氣候為亞熱帶季風氣候，常年雨量充足，氣候潮濕。年平均氣溫為17攝氏度，降水量為1400毫米，有時會發生冰雹等災害天氣，有些路段路況復雜，路線存在大量灰巖風化的紅粘土等不良土質，紅粘土本身就具有透水性差和遇水膨脹的特點，加之區內雨量充沛，災害性暴雨天氣時有發生，所以排水效果的好壞對保證公路質量至關重要。

3.3 張桑高速公路現場試驗

（1）試驗段選擇

通過現場調查及比選，為了使試驗滲溝設計合理及驗證其排水效果，張桑高速公路最終選擇第六合同段 K40+610～K40+670右側（運營樁號 K25+920～K25+980）作為試驗段。

（2）試驗材料尺寸

塑料排水盲管的外徑內徑分別為30cm和22.5cm及20cm和12cm 兩種，塑料排水片材料的尺寸長、高、厚分為 1.0×0.85×0.05m 和 1.0×0.5×0.05m 兩種。根據新型排水材料實際尺寸和以往傳統滲溝設計尺寸，本次將滲溝設計為 A 型（寬×高=40×105cm，盲管外徑30cm）和B型（寬× 高=40×70cm，盲管外徑 20cm）兩種。A 型滲溝適用于排水距離較長，地下水較豐富的地段;B型滲溝適用于一般路段。

（3）水文分析計算

試驗段路面面層采用AC-13C瀝青混凝土。瀝青路面B寬23m，縱坡2.6%，橫坡2%，瀝青路面表面滲水量為0.15 。

1）路面表面水滲入量計算：

2）當縱向出口間距為45米時，路面排水入滲量Q為：

3）塑料排水盲溝外徑為0.2m，水力半R=d/4=0.05m，過水斷面面 ;

查《公路排水設計規范》中表8.1.3可知，管壁粗糙系數n為0.01;路面縱坡值為I為0.026 ，由此可以計算，水的平均流速為 ;

4）塑料排水盲溝泄水量計算：

由以上計算可知，塑料排水盲溝的排水量為0.07立方米，滿足設計要求，可以投入使用。

5）根據路面結構設計，基層分為上基層和下基層，厚度均為18mm。假設上基層為排水層，排水層的有效厚度為16cm。

則：

基層材料具有的滲透系數：

根據《排水設計規范》，滲漏水的最大滲透時間小于2h，滲徑長度小于（45～60）m，有效孔隙率n為0.15。

滲入水在結構層的滲流時間：

由上述驗算可知，所設計的排水裝置可以滿足工程使用要求。

（4）試驗段施工

1）施工準備

基坑開挖前，先進行測量放樣，控制好滲溝的線形，準備好所需機具、材料等。

2）挖溝機基坑開挖采用人工開挖和人工修整。木樁上撒石灰設置標高，挖掘機沿石灰線開挖，控制深度和對準，開挖的土要及時運走，然后，根據設置石灰線和找平，手動修整基坑。

基坑開挖寬度和深度嚴格按設計要求控制。

3）溝槽基坑人工修整后，應在基坑底部鋪設防水物質（兩布一膜）。鋪設后，應該盡量保持平整，然后根據設計基礎尺寸采用C15混凝土澆筑。

待混凝土強度達到75%后，可以利用塑料的排水管以及塑料的排水板。在緊靠路基以及基肋墻的內側，貼上塑料排水板，并且將塑料排水板以及排水盲管放置在底座上，與排水板相連。塑料排水板與每段塑料排水盲管的連接處用鐵絲固定，在施工結束之后，可以將滲透性的物質放于側面的水溝中，用鐵絲綁扎。施工結束后，可以將滲透性的物質放置側勾中，可以使用織物對底部進行調平，可以有一定程度的松弛，且可以使用木樁或者石塊進行固定，之后將石渣進行調整，所使用的布均為300g/M長絲針刺土工布。

（5）試驗觀測

觀測點設置 2 處，分別為標準化滲溝試驗段、原設計普通滲溝對比段，觀測人員同時對2 段滲溝排水情況進行觀測與記錄，具體觀測 情況如下表及下圖。

由表 3-2 可看出：

1）隨著時間的延長，標準化滲溝（新型裝配式排水滲溝）過水斷面面積幾乎無變化，而傳統滲溝施工后 2 年過水斷面面積減少了26%。這是由于傳統滲溝滲水材料碎石質量不均勻，懸浮顆粒物在水流輸送過程中易在PVC透水孔堵塞或在管內沉淀堆積造成淤積，致使過水斷面減少;而塑料排水片材及塑料排水盲管空隙率大，排水性能 好，懸浮顆粒物能及時排出，不易堵塞。

2）施工后 1 年內，新型裝配式排水滲溝與傳統排水滲溝相比， 降雨過程中及降雨后 12h 平均排水量無太大差異，這是因為施工后一年內，新型裝配式排水滲溝和傳統排水滲溝泥沙等大顆粒堆積不多，過水斷面面積變化較小。

3）施工1年后，新型裝配式排水滲溝和傳統排水滲溝相比，降雨過程中及降雨后12h 平均排水量較大，新型裝配式排水滲溝2年內排水量無太大變化，而傳統排水滲溝排水量逐漸減少，2 年后已呈減少趨勢。這是因為傳統排水滲溝泥沙等造成部分排水管透水孔堵塞或管內大顆粒堆積越來越多，過水斷面面積越來越小，所以平均排水量也越來越小，而新型裝配式排水滲溝過水斷面面積幾乎無變化，平均排水量也無太多變化。

（6）新型滲溝與傳統碎石滲溝的綜合性能對比分析（見下表）表 3-3 新型裝配式滲溝與傳統碎石滲溝的綜合性能對比分析表

（7）綜合效果評

1）排水性

根據現場的實體工程試驗表明，新型的標準化排水滲溝2年內過水斷面面積變化較小，平均排水量較大，排水效率基本無變化，而傳統滲溝隨著時間的延長，排水效率呈降低趨勢，標準化排水滲溝比傳統滲溝集排水效果更好。

2）施工便利

與傳統滲水溝相比，標準化后的排水溝施工速度更快，且施工工藝更加簡單，可以由人工現場進行組裝，標準化滲溝試驗段（60m）施工需2個工日，而傳統滲溝對比段（180m）施工需 9 個工日，施工效率提高了近 50%。

3）質量保證與使用壽命

傳統滲溝2年左右排水量已呈明顯下降趨勢。而新型裝配式滲溝2年左右排水效率基本無變化，塑料排水盲管和排水板是由工廠提供的，產品質量可以保證，且材料中加入了抗老化劑，處置多年也能保證質量的穩定。經過對理論分析以及對比現場試驗，預計新型裝配式排水滲溝使用壽命至少15年，而傳統滲溝的使用年限約5年，其使用壽命相比傳統滲溝提高了至少2倍。

4）工程造價基本一致，

經濟型的排水溝與傳統的排水溝所需價格相差不大，且可以節省后續對于排水溝的養護費用，同時還可以降低，由于排水溝損壞導致的路面以及路基的養護費用，其生命周期內的經濟效益更高，詳見效益分析報告。

總之，較原有碎石溝或碎石透水層等，新型裝配式標準化滲（盲）溝，其施工簡便、施工質量更易保證、排水效果更優。

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第一作者 黃毅（1984-10-），男，漢族，籍貫：汨羅，學歷碩士，研究方向：道路工程

第二作者 ?秦志斌（1969-01-），男，漢，道路環境工程方向，副教授