蘭金陵，劉韋華，黃小桂

(1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620；2.長沙理工大學土木工程學院，湖南 長沙 410114；3.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

公路防排水工程設計通常依據規(guī)范要求、地形地貌、水文條件按常規(guī)方法設計即可。常見的排水結構有排水溝和天溝、支撐滲溝及盲溝、泄水隧洞等。在特殊地質和特殊土質條件下，邊坡具有不同的坡面及坡體破壞形式，排水結構物也會出現(xiàn)特有的病害類型，因此還有必要進一步開展針對性的研究工作。田亞護等[1]研究了青藏鐵路凍土區(qū)排水溝的破壞形式、病害成因，并提出了防治措施；樊友慶等[2]

針對贛南地區(qū)花崗巖邊坡分布區(qū)的破壞形式，提出了公路邊坡截排水系統(tǒng)；強魯斌等[3]分析了膨脹土渠坡的風化特征，討論了坡面排水形式。針對不同的邊坡條件，部分學者開展了新型排水結構及其方法的研究：田卿燕等[4]采用新型可更換仰斜排水孔方法有效解決了常規(guī)PVC塑料管邊坡內排水結構易被泥土淤塞的問題；張素磊等[5]應用毛細排水管結構[6]有效處治了某公路隧道滲漏水治理工程；冷伍明等[7]采用毛細透排水帶制成的水釘邊坡和支擋結構內排水結構能有效完成吸水、集水、排水的功能；杜麗麗等[8]模擬采用充氣方式對滑坡條件下實現(xiàn)截排水效果。

我國南方受濕熱氣候影響化學分化作用強烈，在花崗巖地區(qū)往往在地表形成厚層風化殼。我國南方花崗巖的主要造巖礦物為石英、黑云母和長石等，石英是耐分化礦物，黑云母和長石經化學分化作用常形成絹云母和高嶺土。因此，厚層花崗巖風化殼中上部主要為由疏松的石英、高嶺土及絹云母組成的完全分化層及殘積土，粘聚力低、極易被雨水侵蝕，常常發(fā)生大規(guī)模的雨水侵蝕作用，極易形成大面積的崩崗侵蝕作用，如廣東省德慶—云浮及五華、廣西蒼梧、江西贛南、福建長汀等地[9]的花崗巖分布區(qū)均坡面侵蝕現(xiàn)象極度發(fā)育。厚層花崗巖分化殼往往厚度達到30～40 m，就地取石困難；又由于強烈的坡面侵蝕作用容易導致坡面掏蝕、坍塌，常引起坡面漿砌片石邊溝失效，給邊坡防護與水土保持帶來困難。廣佛肇高速全長約177.34 km，于2012-10-27開工，2016年底通車，其中第C合同段大部分位于廣東省德慶縣內，因此，研究適用于花崗巖崩崗侵蝕區(qū)的新型排水結構就成了工程建設亟待解決的問題。

1 崩崗地區(qū)邊坡坡面侵蝕破壞形式

花崗巖崩崗地區(qū)殘積土及強分化層厚度較大，具有土質疏松、土體粘聚力小、滲透力強等特點。新開挖坡面缺乏防護，極易形成坡面細溝侵蝕現(xiàn)象。對于邊坡排水結構物來說，坡面防護未形成前，排水結構物滲漏和堵塞容易造成不同的坡面侵蝕破壞。

1.1 邊溝滲漏

在厚層殘積土和強分化花崗巖分布區(qū)，往往適于用作漿砌片石排水結構的片石材料匱乏，常采用預制塊砌筑排水結構。預制塊砌筑排水結構及漿砌片石排水結構容易因漿砌縫隙開裂或不飽滿造成漏水，會形成溝底掏蝕現(xiàn)象，一兩場暴雨過后，就可掏空排水溝底部，導致排水溝懸空，進一步發(fā)展可引起排水溝破壞，造成更嚴重的徑流沖刷溝破壞。平臺邊溝滲漏往往會導致溝底掏空，坡面沖蝕，平臺溝斷裂，直至造成邊坡平臺頂部的局部坡面水毀破壞。急流槽滲漏往往會造成槽底掏空、斷裂，最后形成破壞部位下部坡面的局部水毀破壞。

1.2 堵塞破壞

平臺邊溝一般斷面尺寸不大，在崩崗地區(qū)，新開挖的路塹邊坡坡面侵蝕嚴重，常常會發(fā)生坡面侵蝕泥沙，沖毀和堵塞平臺邊溝，形成溢流和滲漏，極易引發(fā)平臺頂部的沖溝溝蝕及崩塌等水毀破壞。

1.3 沖溝侵蝕破壞

我國南方在臺風期間，往往發(fā)生連續(xù)暴雨作用。在臺風暴雨期間，平臺邊溝及急流槽一旦發(fā)生滲漏或堵塞破壞，極易形成沖溝侵蝕破壞。沖溝侵蝕破壞的初期，主要是造成沖溝附近排水結構物的破壞以及坡面沖蝕，隨著沖溝的加深，沖溝溝壁坍塌，在平臺堵塞引起溢流范圍較大的坡面，可以造成淺層溜坍。

2 常見坡面排水結構適宜性分析

2.1 漿砌片石排水結構

花崗巖崩崗地區(qū)石料嚴重缺乏，漿砌片石排水結構用于平臺邊溝和急流槽材料成本偏高；花崗巖崩崗地區(qū)往往地形起伏大，多數屬于高邊坡，坡面排水結構工程數量較大，運輸不便，造成工期長、人工成本高。

2.2 預制塊砌筑排水結構

預制塊尺寸遠比漿砌片石尺寸小，溝縫數量遠多于漿砌片石排水結構，造成縫隙砌筑施工質量很難控制，極易出現(xiàn)因縫隙漿砌不飽滿產生孔洞，從而造成漏水現(xiàn)象。此外，預制塊排水結構尺寸較小，容易引起沖毀或堵塞，導致坡面沖蝕，引發(fā)大面積水毀破壞。

2.3 現(xiàn)澆水泥混凝土排水結構

現(xiàn)澆水泥混凝土結構尺寸往往較小，易引起結構被堵塞，引起坡面溢流、沖蝕導致邊坡水毀破壞。此外，現(xiàn)澆水泥混凝土結構材料造價較高。

2.4 平臺封水結構

通常采用壓實黏性土和防滲土工布對平臺進行封閉。在花崗巖地區(qū)，黏性土往往在數十公里以外，運距大、費用高，難以被建設者接受；若采用混凝土層封水，不但造價偏高，還易出現(xiàn)局部開裂，從而因地表水沿裂縫下滲而造成路堤局部水毀破壞。

3 新型平臺排水結構研究

3.1 研究目的

花崗巖崩崗地區(qū)邊坡在連續(xù)降雨作用下，含水量增大，土體軟化，易產生水毀破壞。由于傳統(tǒng)平臺邊溝結構未進行封閉，邊溝漏水或堵塞是造成崩崗地區(qū)排水結構破壞及侵蝕的主要原因；另一方面，漿砌片石及預制塊砌體結構排水物作為最常用的平臺排水結構，又存在容易滲漏或堵塞的弊端。因此，工程實踐急需研究一種能替代常規(guī)排水結構物、施工簡便、成本低廉、防滲漏的新型平臺排水結構。

3.2 研究思路

針對易出現(xiàn)滲漏或堵塞并引起邊坡水毀病害是花崗巖崩崗地區(qū)邊坡平臺排水結構的主要破壞形式的特征，新結構擬通過提高平臺的封水能力和排水結構的整體性來防止?jié)B漏發(fā)生；通過擴大排水結構物尺寸來避免堵塞破壞的發(fā)生。

針對常用平臺排水結構物成本高、施工工期長，主要是由于外運材料成本高和人力用工成本高造成的特點，新結構擬通過盡量利用當地材料和機械化施工來降低成本。

3.3 新型平臺結構的特征

新型平臺排水結構采用水泥改性土平臺邊溝復合防排水結構(圖1)。新結構主要建筑材料為現(xiàn)場花崗巖殘積土及少量水泥，實現(xiàn)了盡量采用當地材料以達到節(jié)省成本的目的；新結構主要由現(xiàn)拌水泥改性土組成，具有良好的整體性，能有效克服傳統(tǒng)排水結構物的開裂和滲漏缺陷，而且新結構設置了小滲溝和防滲土工布，綜合考慮了防滲和排水的要求，強化了防滲效果；新結構采用淺碟式排水斷面，極大擴展了排水結構尺寸，大大增強了抗堵塞能力；現(xiàn)拌水泥改性土采用挖掘機作業(yè)，能夠大大提高施工功效，降低人力用工，提高施工效率，縮短工期。

注：1.下一級邊坡；2.三角形小滲溝；3.平臺坡率；4.防滲土工布；5.軟式透水管；6.現(xiàn)拌水泥改性土；7.邊坡平臺；8.水泥砂漿抹面；9.平臺邊溝；10.上一級邊坡

圖1新型平臺排水結構剖面圖

4 新型急流槽排水結構研究

4.1 研究目的

針對常用傳統(tǒng)急流槽排水結構-漿砌片石及預制塊砌體結構排水物容易滲漏造成崩崗地區(qū)坡面侵蝕破壞的主要病因，以及水泥混凝土結構急流槽等其他急流槽排水結構成本高的特點，亟需研究一種能替代常規(guī)排水結構物、施工簡便、成本低廉、防滲漏的新型排水結構。

4.2 研究思路

與邊坡平臺排水結構研究思路相似，同樣也可以采用當地材料和機械化施工來降低成本、提高結構的整性以防止?jié)B漏。但由于急流槽結構要承受更大的水力沖刷和風化侵蝕作用，因此，必須強化結構的表面強度。

4.3 新型急流槽排水結構的特征

新結構采用貼膜結構的思路來實現(xiàn)邊坡坡面排水結構物的不同功能要求。通過將采用水泥改性土修筑地表排水結構物主體結構層，將邊坡現(xiàn)地的土料作為主要建筑材料，減少了用量最大的石料或砂料的人工搬運，從而可減少大量的勞務用工，降低成本。

新結構采用水泥改性土可以大大增強排水結構物的整體性和降低質量控制的難度，可杜絕排水結構物漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)。

新結構采用小型攪拌機和挖掘機進行主體結構層的施工，因而可大大提高施工速度。

為了克服水泥改性土比水泥混凝土的長期抗紫外線輻射、抗水損害和抗熱脹冷縮稍差的缺陷，新結構在水泥改性土表面，設計了一個水泥固化土工織物材料膜層。利用水泥改性土與水泥之間可無縫結合及水泥漿可將土工織物材料牢牢固化的特性，由現(xiàn)鋪的內膜層和外膜層的水泥漿將中間土工織物材料(如玻璃纖維土工格柵、碳纖維布等)牢牢固化，從而形成水泥固化土工織物材料膜層，這使得整個排水結構物表層具有遠好于傳統(tǒng)排水結構的強度、整體性、抗紫

外線輻射、抗水損害和抗熱脹冷縮等特性(如圖2所示)。

注：1.主體結構層；2.水泥固化土工織物材料膜層；3.溝壁厚度；4.土工織物材料；5.水泥固化層

圖2新型急流槽排水結構剖面圖

5 結語

新型平臺排水結構和新型急流槽排水結構于2016年春季在廣東德慶花崗巖崩崗地區(qū)邊坡治理工程中得到了部分應用。實踐證明，新型平臺排水結構和新型急流槽排水結構達到了研究預期目的，能夠很好解決花崗巖崩崗地區(qū)傳統(tǒng)邊坡排水結構物由于滲漏和堵塞引起的侵蝕和水毀破壞，與現(xiàn)有邊坡排水結構相比，具有施工簡便、成本低、工期短等顯著優(yōu)勢，值得在相似邊坡地質條件下推廣和應用。

[1]田亞護，許國琪，董瑞峰.青藏鐵路多年凍土區(qū)路基排水溝病害防治分析[J].路基工程，2013(2)：22-25.

[2]樊友慶，陳亞洲，簡文星.贛南山區(qū)高速公路邊坡截排水技術探討[J].公路，2017(4)：51-55.

[3]強魯斌，麻 斌，薛永明，等.膨脹土渠道坡面風化特征及處理措施探討[J].人民長江，2014(7)：39-40.

[4]田卿燕，呂建兵，郝鐘鈺.公路邊坡排水淤堵分析及新型仰斜排水孔應用研究[J].路基工程，2015(6)：103-106.

[5]張素磊，豐權章，應國剛，等.公路隧道滲漏水成因及新型排水材料現(xiàn)場試驗研究[J].公路交通科技，2013，30(10)：86-140.

[6]胡鳴群，許耀坤.排水方法及使用此方法的排水帶構件：中國，ZL9711515.1[P].1999-01-27.

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[9]牛德奎，左長清.我國南方紅壤丘陵區(qū)崩崗侵蝕的分布及其環(huán)境背景分析[J].江西農業(yè)大學學報，2000，22(2)：204-206.