黃土地區高速公路排水問題探討

衛高紅

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

國家“十一五”以來，高速公路在我國得到了大規模的發展，高速公路總里程在2012年已經達到約9.6萬km。在高速公路的建設中，設計和施工人員往往對橋梁、涵洞、隧道、擋墻、路面、路基等非常重視，而對公路排水問題的重視程度卻不夠，經常是一場暴雨過后，公路水毀大面積發生，這不僅需要投入大量的人力、財力、物力去解決，而且在很多情況下還會影響到公路功能的發揮，造成交通事故的發生。

在我國的華北及西北地區，黃土大面積分布，由于黃土具有疏松、易沖刷、濕陷性等特性，排水問題尤其重要。特別是近兩年來，該地區的雨量明顯比往常偏多，由此造成的水毀問題更為嚴重。做好公路的排水設計與施工，對于減少路基路面及公路構造物水損害、提高公路耐久性、節約養護費用等都具有非常重要的意義。通過對數條高速公路的水毀調查，本文對公路排水的幾個相關問題進行了分析探討。

1 關于挖方橋臺排水問題

在橋梁的設計及施工中，如何保證上部梁板、下部橋墩等結構的安全，設計人員考慮得比較周全，但橋頭排水問題引起的重視程度卻不夠：一方面無論是在設計圖紙中還是在設計相關說明中，涉及排水的內容較少，對于如何將路基邊溝排水順利地引到橋下天然河溝沒有明確說明；另一方面是施工人員的認識不夠，排水設施的施工質量往往達不到設計要求。在本次調查中，橋頭水毀問題非常嚴重，主要表現為以下兩個方面：

a）挖方橋臺處，橋下平臺的沖刷問題嚴重。此處水流主要來自于橋梁泄水孔的下泄水、臺側邊溝排水以及超高路段雙幅橋之間的空隙下泄水，水流集中下泄引起橋下護坡的損毀、黃土的濕陷、黃土平臺的垮塌等現象，從而造成橋臺樁基保護層的脫落，樁基外露，有效樁長減小，并最終會影響到橋臺樁基的安全性（圖1）。

b）臺側邊溝及急流槽垮塌，引起搭板下路基的浸泡、臺前土體的沖刷。主要原因是施工單位將路基棄方傾倒在臺側，邊溝和急流槽的基底坐落在松土上，遇水會產生沉陷，從而造成邊溝和急流槽底部淘空，引起斷裂垮塌（圖2）。

圖1 橋下平臺土體沖刷

圖2 臺側邊溝垮塌

對于此類問題，建議通過如下方法加以解決：

a)將梁底挖方平臺進行30 cm厚漿砌片石鋪砌，并做成向外側1%的坡度，在最外側設橫向排水溝，最終通過急流槽將水引向溝底。

b)超高路段，應在雙幅橋之間的空隙處做15 cm高的攔水帶，將水引至臺側邊溝，防止水流在此處集中下泄，引起臺前護坡及梁底平臺的沖刷。

c)施工單位進行挖方段施工時，不應將棄方堆置在臺側，而應遠離橋臺；施工邊溝及急流槽時，基底應進行夯實，當基底為軟弱土層時，應進行灰土或砂礫換填。

d)急流槽應一直做到溝底，防止急流槽端部在水流的淘刷下一截一截地斷裂，最終造成水流在臺前平臺及坡面漫流，引起沖刷；當局部地形較陡時，可以考慮在適當位置設跌井，減緩水流的沖擊力。

e)對于臺前邊坡過陡，不適合做急流槽的情況，可以考慮將邊溝水引入塑料波紋管下泄，但需要注意波紋管的管段不宜過長，每10 m左右應考慮設置跌水井將各管段相連，以防在管道自重和下泄水流的作用下引起管節連接部位的斷裂。

f)為了提高邊溝的整體穩定性，可以將臺側漿砌片石邊溝改為混凝土邊溝。

2 關于涵洞排水問題

涵洞在公路排水中發揮著非常重要的作用，路面及邊坡水大部分通過涵洞引向路基外，因此，做好涵洞排水對于減少路基病害有著重要的意義。本次調查發現，大部分涵洞均按照規范要求設置，但是一些細節考慮得不是很周全，主要體現在以下方面：a）當涵洞洞口不正對天然河溝或河溝較寬時，盡管設置了八字墻，但還不足以將水流完全引入涵洞，導致水流從八字墻的后方滲入路基，造成路基和涵洞基礎的浸泡，嚴重者甚至引起涵洞的沉降；b）施工單位將部分路基棄方堆置于涵洞出水口位置，導致涵洞出水不暢，造成涵洞內積水；c）涵洞出口往往采用集中排水，當下游有農田、村莊等時，容易引起沖刷。

由于黃土往往具有遇水強度急劇降低、濕陷性以及抗沖刷能力差等特點，上述現象造成的破壞尤為明顯，因此，建議在黃土地區除了按照規范要求進行涵洞的設計施工外，還應特別注意做好以下工作：

a）涵洞的進水口應盡量和水流方向一致，當與水流方向不一致時，應設置導流設施。當進水口的黃土有疏松、濕陷、陷坑時，可采用漿砌片石鋪砌、深開挖、分層回填夯實等措施，將水引入涵洞[1]。

b）為了解決涵洞出水口的沖刷及排水不暢問題，涵洞出水口可設置消力池、散流、跌坎、急流槽等設施。

c）施工單位在涵洞施工完成后，一定要進行進水口與出水口的疏通處理，以防出現堵塞問題。

3 關于路塹邊坡急流槽設置問題

《公路路基設計規范》（JTJ D30—2004）及《公路排水設計規范》（JTG/TD33—2012）均規定在路堤和路塹坡面或者坡面平臺向下豎向集中排水時，宜設置急流槽，但是對于急流槽的設置間距沒有具體要求，導致設計人員在確定間距時隨意性較大。從本次調查的幾條高速公路來看，路塹邊坡急流槽的設置間距普遍偏大，導致急流槽的泄水能力不足，邊坡平臺截水溝的水流無法及時排泄而溢出，造成坡面漫流，影響邊坡的穩定。為此，建議黃土地區路塹邊坡急流槽間距不宜超過50 m，以利排水。

另外，從調查的情況看，大部分急流槽的底面做成平的，沒有設置防滑平臺或凸榫，這樣做一方面不利于消能，另一方面不利于公路養護人員檢查邊坡的情況。建議在可能的情況下，將急流槽底面做成階梯狀，以便于消能以及養護人員的作業。

4 關于路堤邊坡的排水問題

本次調查中，路堤邊坡的水毀現象也較為嚴重，主要表現為由于水流的沖刷，路堤邊坡防護構造物破壞嚴重，部分路段由于邊坡受水浸泡下陷，帶動路基沉降，并造成路面的開裂，此外，填挖交界處急流槽破壞現象嚴重。分析發生上述現象的原因主要為以下3點：

a）在邊坡防護施工前，沒有削除寬填部分，路面拱形骨架防護等構造物直接做在松土上，一旦遇水沖刷，很容易遭到破壞（圖3）。

b）路堤邊坡的急流槽斷面偏小，間距偏大，導致路面水不能及時排出，部分路面水從攔水帶頂部溢出，形成坡面漫流。

c）填挖交界處的急流槽的基底坐落在松散的土體上（圖 4）。

圖3 拱形骨架防護水毀

圖4 填挖交界處急流槽垮塌

建議在以后的設計施工中，應做好以下幾點：

a）在泄水能力計算的基礎上，適當減小急流槽的間距，一般取30～40 m為宜。

b）增大攔水帶泄水喇叭口的尺寸，喇叭口的寬度不宜小于1.5 m，在可能的情況下，在喇叭口入口處設置10～15 cm深的跌水，以加快水流的排泄速度。此外，喇叭口的進口一定要做成弧形，嚴禁為了施工方便，而將入口做成方形。

c）填挖交界處的急流槽一定要做在原狀土上，當基底為軟弱土時，應進行砂礫或灰土換填壓實處理，必要時可采用混凝土邊溝。

5 關于中央分隔帶的排水問題

本次調查中，由于中央分隔帶排水問題引起的水毀現象也非常嚴重，主要有以下兩方面：

a）中央分隔帶滲漏水造成路基的沉降和路面開裂。

b）填方路基通常在上路堤的頂部鋪設一層砂礫層，中央分割帶的滲漏水通過此層對路堤邊坡形成沖刷。

通過對上述水毀現象進行分析，我們發現主要原因為：a）局部路段土工布鋪設施工不規范，存在漏鋪以及被尖銳物體刺破的情況；b）當進行波形梁護欄施工時，護欄立柱穿過土工布，必然會破壞土工布的完整性，由于沒有對破損處及時進行密封，當雨季來臨時，就會形成滲漏水通道。

針對上述原因，施工時一定要注意土工布的施工質量，并對護欄施工引起的破損處進行密封。

6 結語

公路排水設計與施工是一個非常系統的工程，其設計與施工質量的好壞對于公路功能的發揮、減少水毀、節約養護費用有著重要的意義。本文針對黃土地區高速公路發生的一些水毀現象分析了原因并提出了解決方法，對于黃土地區公路的排水設計與施工以及減少水毀問題的發生有一定的借鑒和指導意義。