黃土地區路基排水病害及防治措施

王雅婷

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，武漢 430056）

1 引言

黃土廣泛分布于我國的陜西、山西、甘肅、寧夏等地區。我國北方大部分地區并不缺乏降水，水是影響黃土結構性最強的因素之一。長久以來，由于公路生命線工程跨越區域廣，線性長，跨越不同的地形地貌條件。因排水能力不足的原因造成的路基病害種類眾多，常見路基病害由降水引發的路基開裂，路面汲水和橋頭跳車。排水工程是解決這一系列問題的重要途徑。然而，設置排水設施在面對不同地形地貌條件下需要安排設計不同的結構形式。特別是在黃土地區，黃土地區的降水能力差別巨大，需要因地制宜地安排不同的排水設計和降水結構，構筑綜合的排水結構體系。

2 黃土的水理特性

黃土是第四系地質時代[1]產生的，具有水敏性強的特點，受水后極易在水的影響下造成土質結構破壞，尤其是濕陷性黃土，受水后會發生大面積濕陷。因此，對黃土的水理性質進行細致研究具有深遠意義。黃土的水力性能主要包括塑性、濕陷性和滲透性3個方面。

2.1 黃土的塑性研究

根據對黃土廣泛的調查研究，黃土一般處于硬塑狀態，極少出現含水率極高的黃土地層，從統計學角度出發，尤其是濕陷性黃土的塑限以及液限和土中黏性顆粒之間存在一定的函數關系，可以用以下公式表達：

式中，wP為黃土塑限；wL為黃土液限；Qc為黃土中的黏粒含量；A和C為相關性系數；B和D分別為某地區黃土的統計塑限以及液限最低含水率。

2.2 黃土的濕陷性研究

濕陷性[2]是黃土獨有的工程特性，對工程施工極為不利，通常在遇到濕陷性黃土地區都要先行進行地基處理，消除地基濕陷性才能進行下一步的工程施工。黃土可以按照濕陷性分為：非濕陷性黃土、非自重濕陷性黃土及自重濕陷性黃土等4種。要對黃土的實現性有一個準確的判斷需要對工程地區黃土進行詳細的實現性試驗。

2.3 黃土的滲透性研究

通常黃土具有透水性強的特點，在黃土整體的水平與垂直2個方向的滲透性有顯著的差異，且隨黃土深度的增加，黃土的滲透性常迅速減小。其滲透性可用以下公式進行計算：

式中，KV為垂直方向的滲透系數；KH為水平方向的滲透系數。

3 現有路基排水設施中存在的問題

由于黃土特殊的地質特性，地下水埋深通常為10m左右。因此，公路設計中不需要考慮地下水對路基的影響，在公路設計過程中對排水設施的設置通常僅采用路面排水就可以滿足黃土公路排水要求，而黃土地區的路基排水設施中常見的病害有以下3種類型。

3.1 路面排水設施中的主要病害

黃土地其主要分布在溫帶季風性氣候地區，降水總量雖然不大，但降水相對集中且強度大，降水若經路面裂縫下滲極易在短時間迅速滲入路基內部，極易產生沉陷、唧漿、路面結構層破壞等問題。路基周邊地區的地表排水設施，由于施工過程中無法保證同時施工，很容易在不同時間的施工連接部位造成排水不暢的問題。當遇到暴雨時地下水位急劇升高，有時會淹沒路面，整個路面浸泡在水中，嚴重影響行車，時間久了承載能力嚴重降低。與此同時，如果路基設計能力不夠會造成路面沉陷，還會發生滑移現象。

3.2 路基中央分隔帶排水設施主要病害

高速公路設計過程中，采用無鋪面的中央分隔帶會造成路面鋪設的不完整。地下排水設計不成體系。若發生了降水入滲無法讓降水迅速排出。若在降水集中季節，地表水會迅速入滲路基內部。造成路基填土強度降低，壓實度不足，加速公路病害的產生。

3.3 坡面排水設施主要病害

高速公路中因水影響造成的病害主要集中于路基邊坡。坡面排水設施根據尺寸和截面形狀不同包括邊溝、截水溝、排水溝。這些設施在施工過程中常會出現各式問題[3]。

1）邊溝：邊溝是路基排水設施中最重要的排水途徑之一，是承擔公路地面排水的重要措施。邊溝常出現的問題包括設置長度不足，邊溝養護不夠完善，極容易造成后期使用過程中邊溝的局部出現破損；邊坡出口處設計對降水量估計不足，坡度過陡；邊溝縱坡設計較小，降水極易溢出，造成內側溝壁與溝側土體分離。

2）截水溝：在降水集中區域數量設置不足或截水溝位置設置不當；截水溝與其他排水設施接口設計存在缺陷，無法很好地與其他排水設施形成完整的排水體系。

3）排水溝：排水溝底部以及周邊地區壓實度不足，易造成排水溝底部被擠壓下沉，造成排水溝和底部土的脫空。

4）急流槽和跌水：出水口設置的消能槽的消能功能設計不足，易造成急流槽與兩側坡體分離；進水口與出水口連接處施工壓實度不夠，在高速水流沖擊下容易破損。

5）急流槽：漿砌片石類型急流槽，勾縫為薄弱環節，在快速水流作用下，會造成急流槽底部的黃土侵蝕；急流槽施工過程中底部壓實度不足。

黃土地區路基排水設施病害類型多樣，而病害產生原因主要是施工質量不足和設計預期不足。因此，要針對具體的病害部位以及類型，具體分析病害原因，并采取經濟合理的手段來綜合處置。

4 黃土地區公路排水病害處置措施

根據黃土地區公路排水設施的通病特點及成因，在公路路基施工過程中，就要修建完善臨時排水設施，防止施工中雨水浸泡未完工的路基。同時，由于在公路各項工程同時施工過程中，路基邊坡永久性排水及防護工程往往未完成，雨水往往會對路基邊坡造成沖刷，因此，在施工過程中就需要修建臨時攔水帶和急流槽等排水設施，有效保護正在施工的路基邊坡。在公路路基路面等主體工程完工后，就要及時完成所有的永久性排水設施等附屬工程。永久性排水設施病害的具體處治措施主要有以下3個方面。

4.1 加強設計

黃土地區的公路排水應全面、系統地設計防排水系統，采取系統的排水措施，尤其是排水系統工程的薄弱環節和重要節點，要作特殊處理，盡量保證“遠接遠送”，排水系統設施下部土層保證密實以防止水的下滲。實際操作中要做到：

1）優化黃土地區陷穴處理，擴大黃土地區調查范圍，對引發高速公路破壞的陷穴要綜合處理。

2）強化排水設施出水口設計。針對不同類型的排水設施要根據具體發生的病害進行處置，在日后的設計中要廣泛地進行降水和地表徑流調研，實現科學合理的排水布局設計。

3）盡量集中排水。我國高速公路工程已經積累了大量的工程經驗，經過實踐可以發現，黃土地區并不缺乏降水，有降水迅疾方面的特點。另一方面，由于黃土的固有性質，黃土坡面缺乏抗沖刷的能力，若不對坡面進行處理或者采用天然的分散式排水，極易造成邊坡失穩。集中排水是最好的防止邊坡失穩的方式。

4）重視綜合排水系統。綜合考慮到路基排水和橋涵的結合；地下排水和地上排水結合；豎向排水和橫向排水結合；自然排水渠道和工程排水設施結合；沖刷防護和排水設施相結合的思想。從長遠方面總體規劃排水系統，分清排水的主次，使各方面排水設施構成完整統一的系統。要體現出排水的超前性和完整性，確保排水的長期使用能力和短期高強度的排水要求。

4.2 強化項目管理和施工質量控制

工程中遇到的防排水問題大多數都源于施工過程的不規范以及偷工減料，因此，項目工程管理是排水工程正常使用的最基本保證，要從原材料開始就保證好其質量。對施工工藝以及現場施工能力均要保證積極有利，要改變過去施工過程中僅僅重視道路主體的思想，確立各個工程部分是有機統一的思想，加強公路附屬設施的建設，嚴格保證整體工程的施工質量。

4.3 加強養護

養護是排水系統正常使用和功能通暢的重要保證。要注意重要時令節點的防汛工作和排水系統巡查工作，要做到“早發現、早治理”，在遇到降水集中的時節或暴雨等極速降水天氣，做到及時排查，如有損壞，應及時加固，避免因不及時的治理而造成后期需要大量經濟投入的工程治理。

5 結語

本文從黃土的水理性質分析的角度出發，對黃土地區高速公路常見病害進行了綜合分析，重點對高速公路排水設施病害進行了闡述，從病害的產生機理角度進行了全面分析，并從工程實際的角度出發，對不同類型的排水設施病害處置措施提出了詳細建議。