李芳宇

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，江西 南昌 330103）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)的交通建設(shè)事業(yè)不斷發(fā)展，高速公路建設(shè)規(guī)模、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，與之相伴的是運(yùn)輸車輛的日漸增多，這使得公路損壞問(wèn)題突出，尤其是早期損壞問(wèn)題。很多高速公路投入使用后三到五年便出現(xiàn)不同程度的損壞，這不僅會(huì)影響交通運(yùn)輸，還會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。調(diào)查顯示，地基下水飽和情況下的超載運(yùn)輸，是導(dǎo)致公路早期損壞的主要原因，很多路基路面出現(xiàn)下陷、龜裂、松散甚至坍塌等問(wèn)題，都和地下水密切相關(guān)。因此，合理設(shè)計(jì)公路路基路面排水系統(tǒng)，是預(yù)防公路早期損壞的關(guān)鍵。

由于山區(qū)的地理環(huán)境復(fù)雜，因此山區(qū)高速公路路基路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大，而一旦出現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)中的水含量超過(guò)其自身排水能力，出現(xiàn)水飽和，水就會(huì)從路基下慢慢滲出，需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才能排出，使得整個(gè)路面結(jié)構(gòu)相當(dāng)于被封閉在一個(gè)水槽中。長(zhǎng)此以往，水逐步浸濕路面各結(jié)構(gòu)層的材料，會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，出現(xiàn)變形，最終導(dǎo)致路面承載力下降。在各種車輛荷載的反復(fù)作用下，未能及時(shí)排出的水便會(huì)形成壓力水，反復(fù)沖刷基層頂部，其結(jié)構(gòu)中的顆粒會(huì)被水帶出，進(jìn)而產(chǎn)生唧漿，常年積累，會(huì)導(dǎo)致路基板底空虛、受力變形，進(jìn)而出現(xiàn)路面下陷、沉降、斷裂等情況。

大量實(shí)踐證明，水是加速高速公路路基路面結(jié)構(gòu)破壞的一大因素，因此我國(guó)先后出臺(tái)了不同的指導(dǎo)文件，提出合理設(shè)計(jì)高速公路路基路面排水設(shè)計(jì)的要求，尤其是對(duì)于容易出現(xiàn)排水問(wèn)題的路肩、分割帶等位置，要遵循預(yù)防為主的原則，做好路基路面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以確保高速公路排水順暢，充分發(fā)揮高速公路通行快捷、舒適的優(yōu)勢(shì)，延長(zhǎng)高速公路的使用壽命。據(jù)此，在概述外界水對(duì)高速公路路基路面影響的基礎(chǔ)上，分析山區(qū)高速公路路基路面排水設(shè)施故障的主要原因，探究山區(qū)高速公路路基路面排水施工的關(guān)鍵技術(shù)，提出相關(guān)的施工改進(jìn)措施，以期促進(jìn)山區(qū)高速公路路基路面質(zhì)量的提高。

1 水對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)的影響

水是影響路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。依據(jù)水的不同來(lái)源，可將水分為地下水、地面水兩種[1]。其中，地面水會(huì)反復(fù)不斷地對(duì)路基產(chǎn)生沖刷，進(jìn)而導(dǎo)致路基穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)水毀；水滲入路基內(nèi)的土層，含水量高的土層強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，也會(huì)出現(xiàn)水毀。地下水包括滯留水、潛水等，這類水對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)的損壞程度因條件不同而各異，輕者導(dǎo)致路基軟化、強(qiáng)度下降，重者會(huì)導(dǎo)致路基坍塌、凍脹，甚至出現(xiàn)路基傾斜現(xiàn)象。

1.1 水影響路基穩(wěn)定性

水對(duì)地下土層及路基穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為滲入及所產(chǎn)生的一系列作用，這種作用既有原始的，也有繼發(fā)的。水滲入土層會(huì)導(dǎo)致土的濕度發(fā)生改變，水的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)而發(fā)生改變，因水的浸濕，公路各結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性會(huì)受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致地基土的強(qiáng)度下降，隨之會(huì)出現(xiàn)濕陷、滑坡、凍脹、鹽漬等現(xiàn)象。

1.2 水影響路基強(qiáng)度

滲入路基路面的水包含多種狀態(tài)，如氣態(tài)水、附著水、毛細(xì)水等，但無(wú)論是哪種形式的水，只要它們存在，就會(huì)導(dǎo)致路基路面各結(jié)構(gòu)層的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。由于受到水氣壓、重力壓的作用，使得水汽在路基路面結(jié)構(gòu)層的空隙介質(zhì)中流動(dòng)，但在粒狀材料中水主要因?yàn)橹亓憾鲃?dòng)，因此，從工程實(shí)用的角度來(lái)說(shuō)，不考慮其他水形式的影響，僅考慮重力水，符合流體力學(xué)滲流原理，可應(yīng)用達(dá)西定律公式（1）來(lái)分析路基路面的排水事件。

式（1）中：V 表示水的滲透速度（cm/s）；K 表示材料滲透系數(shù)（cm/s）；i 表示水力梯度，通過(guò)兩點(diǎn)間水頭損失和兩點(diǎn)距離之間的比值進(jìn)行計(jì)算。

滲入路面結(jié)構(gòu)的重力水，通常會(huì)自高向低、自上而下，順著路基及其路肩排出，但路基基層的滲透性一般較差，排水所需時(shí)間長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，滲透系數(shù)不超過(guò)10～5cm/s 時(shí)，排出0.1m3的重力水，所需的時(shí)間超過(guò)24h，滲透系數(shù)不足10～7cm/s 時(shí)，排出0.1m3的重力水，所需的時(shí)間超過(guò)10 天。在這一過(guò)程中，水會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停留在路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，如此便容易導(dǎo)致多種損壞。第一，水滲入瀝青結(jié)構(gòu)后，會(huì)逐漸消除瀝青與碎石的黏結(jié)性，加之長(zhǎng)時(shí)間受到行車作用力的影響，會(huì)出現(xiàn)瀝青膜剝落、路基路面強(qiáng)度下降的問(wèn)題[2]。第二，滯留于瀝青上層結(jié)構(gòu)空隙中的水，會(huì)受到行車荷載的反復(fù)擠壓，這便相當(dāng)于真空抽吸作用，在高空隙水壓的作用下，瀝青層便極易出現(xiàn)剝落、松散等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致路面出現(xiàn)坑洼。第三，降雨時(shí)段，自由水會(huì)滲入并滯留于路面的表層、中間層之間，在較為薄弱的中間層，在大負(fù)荷行駛的汽車作用下，很容易導(dǎo)致瀝青碎石剝落，造成路面網(wǎng)裂、下沉等。第四，當(dāng)自由水滯留于基層頂面時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間行車負(fù)荷的作用下，會(huì)形成高壓水流，并反復(fù)沖刷基層細(xì)料，導(dǎo)致細(xì)料漿被擠壓，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫處出現(xiàn)唧漿，長(zhǎng)此以往，瀝青受力狀況發(fā)生改變，導(dǎo)致路面出現(xiàn)下沉、斷裂等病害。

2 路基路面水損害原因

路基路面排水系統(tǒng)的作用是將影響路基路面穩(wěn)定性的地面水、地下水及時(shí)排出，同時(shí)降低地下水水位，以此營(yíng)造一個(gè)干燥、穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的路基路面環(huán)境。因此，合理設(shè)置排水系統(tǒng)，是確保路基路面穩(wěn)定性、保證公路使用質(zhì)量的關(guān)鍵，保證路基路面具有良好的排水性能，是確保路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要前提。但由于路線范圍的排水問(wèn)題通常隱匿于路面之下，如果不是出現(xiàn)大范圍的路基失穩(wěn)現(xiàn)象，這類問(wèn)題一般難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，且這類問(wèn)題在山區(qū)高速公路地段更為突出，這也說(shuō)明在相關(guān)工程的設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)中，很多單位對(duì)排水問(wèn)題的重視度不足。

根據(jù)實(shí)踐及相關(guān)調(diào)查，路基路面水損害原因主要包括以下幾個(gè)方面：

首先，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)疏漏，忽略了當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)，尤其是山區(qū)高速公路地段，存在大量地下水的挖方地段，地下水量足，裂縫處被水位抬升，環(huán)境溫度下降后，很容易產(chǎn)生聚冰現(xiàn)象，晝夜溫差大的情況下，聚冰反復(fù)凍融，會(huì)進(jìn)一步加劇路基路面的破壞程度和破壞范圍，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的整體性被破壞。

其次，在實(shí)際的路基排水層、隔水層施工過(guò)程中，因路床頂面“人”字排水通道施工控制不力，導(dǎo)致引、排水堵塞，阻礙地下水外引，造成排出障礙；或因外部縱向透水管受損嚴(yán)重，極大地影響滲溝的引水作用，導(dǎo)致地下水大量蓄積，進(jìn)而在地下水損害的直接或間接作用下，使路基出現(xiàn)坍塌、下沉等病害，嚴(yán)重影響公路的正常使用。

再次，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論脫離實(shí)際。排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要結(jié)合施工地段的水文環(huán)境、實(shí)際水流量等情況綜合設(shè)計(jì)，在山區(qū)高速公路排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，更要全面考慮這些因素[3]。并且，排水系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，各排水設(shè)施都不是獨(dú)立的，而是緊密聯(lián)系的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮，如此才能設(shè)計(jì)出科學(xué)的排水系統(tǒng)。但在實(shí)際的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在一定的問(wèn)題，有些設(shè)計(jì)人員特別注重理論，未能很好地結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致匯水面積計(jì)算不精確；有些設(shè)計(jì)人員根據(jù)既有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，忽略了對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的演算，這容易導(dǎo)致大面積的設(shè)計(jì)浪費(fèi)，使得排水系統(tǒng)不能充分發(fā)揮自身的引水外排作用，難以滿足實(shí)際的排水需求；除此之外，還有些設(shè)計(jì)人員對(duì)施工地段的水文環(huán)境情況考慮不周，照搬硬套已有設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致排水系統(tǒng)難以適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，完全達(dá)不到預(yù)期的排水效果。上述問(wèn)題的存在，很容易導(dǎo)致山區(qū)高速公路路基路面受到水損害。

最后，忽略養(yǎng)護(hù)。調(diào)查顯示，很多地區(qū)的相關(guān)單位重點(diǎn)關(guān)注高速公路的施工質(zhì)量，一定程度上忽略了后續(xù)的養(yǎng)護(hù)管理工作，對(duì)路基路面排水系統(tǒng)的重要性認(rèn)識(shí)程度不足，使得養(yǎng)護(hù)管理工作落實(shí)不到位，排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻率較高，這種現(xiàn)象在山區(qū)高速公路地段更為明顯。此外，排水設(shè)施不完善，遇到大量降雨，也可能引發(fā)路基路面水毀現(xiàn)象。

3 路基路面排水施工技術(shù)

3.1 邊溝施工技術(shù)

邊溝是高速公路排水系統(tǒng)的重要組成部分。邊溝一般指路基邊緣的排水溝，主要用于引出和排出路面上的少許地表水。山區(qū)高速公路一般為土質(zhì)邊坡，在開(kāi)展邊溝施工時(shí)，應(yīng)做好土體坍塌防護(hù)，防止坍塌土掉入邊溝，可以考慮在邊溝設(shè)置碎落臺(tái)，于碎落臺(tái)、土路間設(shè)置縱向流水槽，用少許草皮或其他灌木進(jìn)行覆蓋，此舉在防止異物掉落堵塞的同時(shí)，能夠有效防止雨水沖刷[4]。此外，為保證及時(shí)排水，可采用梯形斷面邊溝形式，合理設(shè)計(jì)坡度，并在邊溝上方設(shè)置帶孔的蓋板，以保證行車安全。

3.2 截水溝施工技術(shù)

在降水量充足的山區(qū)地段，尤其是在路塹邊坡坡頂外側(cè)200cm 的地方，應(yīng)設(shè)計(jì)截水溝，用于收集山坡匯水[5]。一般采用梯形截水溝，根據(jù)山區(qū)地段的實(shí)際降水量確定截水溝面積。如果該地段有一定的廢土存放，在截水溝邊緣、土樁間應(yīng)留有一定的距離，以防廢土坍塌而造成排水系統(tǒng)堵塞，更好地保證高速公路路基路面的排水施工效果。結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，土樁腳與路基斜坡頂之間的距離需要超過(guò)10m，并于土堆上方設(shè)置超過(guò)2% 的傾斜角，便于將雨水順利引入橫坡。截水溝長(zhǎng)度一般在0.3～0.5km，若長(zhǎng)度大于0.5km，應(yīng)適當(dāng)增設(shè)排水口，方便排水井排水。為防止公路被雨水反復(fù)沖刷，建議采用高滲透率的材質(zhì)，同時(shí)加強(qiáng)溝渠的堅(jiān)固性，防止其受雨水侵蝕。此外，在現(xiàn)場(chǎng)施工期間，要做好實(shí)地勘測(cè)工作，在順坡處做好截水溝、邊溝的有效銜接。

3.3 排水溝施工技術(shù)

地下水位超高時(shí)，應(yīng)采用排水溝施工技術(shù)，保證排水通暢。排水溝主要用于排出地表水，天氣寒冷時(shí)，排水溝則會(huì)失去地下水排出的作用。若采用混凝土進(jìn)行排水溝施工，需要在含水量高的地方設(shè)置相應(yīng)的滲水孔，并做好溝壁接觸，對(duì)于溝壁的外側(cè)，可考慮應(yīng)用土木合成材料設(shè)置反濾層，同時(shí)每間隔一段距離應(yīng)設(shè)置相關(guān)的沉降縫隙；排水溝應(yīng)盡量采用線性形狀，盡可能采用弧形設(shè)計(jì)，實(shí)際施工過(guò)程中，需保持4m 以上的路基坡腳距離，如果排水溝的距離太長(zhǎng)，應(yīng)考慮分開(kāi)設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行砌筑，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)適宜高度的臺(tái)階。

3.4 急流槽施工技術(shù)

有別于公路路面其他部位的材料，急流槽部位的施工材料較為特殊，連接處極可能存在裂縫[6]。以往，常采用建筑砂漿對(duì)急流槽連接處進(jìn)行填充，但填充效果不佳，使用壽命短。而目前多采用非剛性修補(bǔ)手段，修復(fù)后一般不會(huì)有裂紋，使用壽命長(zhǎng)。具體施工方法如下：將卷材剪成條狀，塞入裂縫處，而后在裂縫處填充未乳化的瀝青。實(shí)踐表明，采用這種連接方式，使用3～4年后，急流槽連接處不會(huì)出現(xiàn)滲透裂縫。在急流槽施工中，應(yīng)注意在急流槽出入口、主槽段連接過(guò)渡區(qū)域采取相關(guān)措施，如設(shè)置消力坎等，以減少水槽流量，并盡可能采用粗糙的槽體，以降低水的流速。

3.5 地下排水設(shè)施施工技術(shù)

常見(jiàn)的地下排水設(shè)施包括：暗溝、滲溝、滲井等。其中，暗溝主要是引導(dǎo)路基范圍內(nèi)泉水，需要根據(jù)地下排水需求合理設(shè)置，常采用砌石蓋板結(jié)構(gòu)作為斷面，板頂填土大于等于0.5m；滲溝主要用于匯集地下水，并將其排出范圍外，降低地下水位，由碎石、反濾層、封閉層組成，根據(jù)地下水位分布情況，設(shè)置于邊溝、路肩等位置，走向與地下水流相反；滲井屬于立式地下排水結(jié)構(gòu)，當(dāng)路基上部含水量低、排水量小時(shí)，難以設(shè)置平式滲溝，此時(shí)采用滲井，一般口徑為50～60cm，距離路基坡腳超過(guò)10m。

4 公路路基路面排水施工改進(jìn)建議

結(jié)合已有施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)施工設(shè)計(jì)資料統(tǒng)計(jì)，針對(duì)山區(qū)高速公路提出相關(guān)的路基路面排水施工改進(jìn)建議。由于急流槽內(nèi)水流較大，混凝土或漿砌片石材質(zhì)的急流槽長(zhǎng)期暴露于自然環(huán)境中，容易降低耐久性，出現(xiàn)材料脫落現(xiàn)象，可考慮采用塑料波紋管材料，提高耐久力，防止脫落，避免急流槽內(nèi)堵塞。此外，塑料波紋管的強(qiáng)度高，有很好的抗沖擊力，防滲透效果好，在外界負(fù)荷的作用下，也不易變形，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)為圓形，能夠較好地保持水的流動(dòng)性，且該材料施工方便，銜接方便、穩(wěn)固，能夠有效防止進(jìn)出口被沖刷破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)高速公路網(wǎng)覆蓋面不斷擴(kuò)大，山區(qū)高速公路里程逐年增長(zhǎng)，行車量也逐年遞增，這在一定程度上加劇了山區(qū)高速公路路基路面水損害問(wèn)題?；诖?，本文從水對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)的影響入手，分析水對(duì)路基路面穩(wěn)定性和強(qiáng)度的影響，探究路基路面水損害原因，以此說(shuō)明路基路面排水設(shè)計(jì)的重要意義，分析高速公路邊溝、截水溝、排水溝、急流槽、地下排水設(shè)施施工技術(shù)，為更高效地排除高速公路地下、地表水，保證高速公路的安全、穩(wěn)定通行。