王雅婷

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430056）

1 引言

黃土廣泛分布于我國(guó)的陜西、山西、甘肅、寧夏等地區(qū)。我國(guó)北方大部分地區(qū)并不缺乏降水，水是影響黃土結(jié)構(gòu)性最強(qiáng)的因素之一。長(zhǎng)久以來(lái)，由于公路生命線工程跨越區(qū)域廣，線性長(zhǎng)，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(jiàn)路基病害由降水引發(fā)的路基開(kāi)裂，路面汲水和橋頭跳車。排水工程是解決這一系列問(wèn)題的重要途徑。然而，設(shè)置排水設(shè)施在面對(duì)不同地形地貌條件下需要安排設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)形式。特別是在黃土地區(qū)，黃土地區(qū)的降水能力差別巨大，需要因地制宜地安排不同的排水設(shè)計(jì)和降水結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑綜合的排水結(jié)構(gòu)體系。

2 黃土的水理特性

黃土是第四系地質(zhì)時(shí)代[1]產(chǎn)生的，具有水敏性強(qiáng)的特點(diǎn)，受水后極易在水的影響下造成土質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞，尤其是濕陷性黃土，受水后會(huì)發(fā)生大面積濕陷。因此，對(duì)黃土的水理性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致研究具有深遠(yuǎn)意義。黃土的水力性能主要包括塑性、濕陷性和滲透性3個(gè)方面。

2.1 黃土的塑性研究

根據(jù)對(duì)黃土廣泛的調(diào)查研究，黃土一般處于硬塑狀態(tài)，極少出現(xiàn)含水率極高的黃土地層，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度出發(fā)，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(shù)關(guān)系，可以用以下公式表達(dá)：

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(guān)性系數(shù)；B和D分別為某地區(qū)黃土的統(tǒng)計(jì)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(dú)有的工程特性，對(duì)工程施工極為不利，通常在遇到濕陷性黃土地區(qū)都要先行進(jìn)行地基處理，消除地基濕陷性才能進(jìn)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(duì)黃土的實(shí)現(xiàn)性有一個(gè)準(zhǔn)確的判斷需要對(duì)工程地區(qū)黃土進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)性試驗(yàn)。

2.3 黃土的滲透性研究

通常黃土具有透水性強(qiáng)的特點(diǎn)，在黃土整體的水平與垂直2個(gè)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(jìn)行計(jì)算：

式中，KV為垂直方向的滲透系數(shù)；KH為水平方向的滲透系數(shù)。

3 現(xiàn)有路基排水設(shè)施中存在的問(wèn)題

由于黃土特殊的地質(zhì)特性，地下水埋深通常為10m左右。因此，公路設(shè)計(jì)中不需要考慮地下水對(duì)路基的影響，在公路設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)排水設(shè)施的設(shè)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(qū)的路基排水設(shè)施中常見(jiàn)的病害有以下3種類型。

3.1 路面排水設(shè)施中的主要病害

黃土地其主要分布在溫帶季風(fēng)性氣候地區(qū)，降水總量雖然不大，但降水相對(duì)集中且強(qiáng)度大，降水若經(jīng)路面裂縫下滲極易在短時(shí)間迅速滲入路基內(nèi)部，極易產(chǎn)生沉陷、唧漿、路面結(jié)構(gòu)層破壞等問(wèn)題。路基周邊地區(qū)的地表排水設(shè)施，由于施工過(guò)程中無(wú)法保證同時(shí)施工，很容易在不同時(shí)間的施工連接部位造成排水不暢的問(wèn)題。當(dāng)遇到暴雨時(shí)地下水位急劇升高，有時(shí)會(huì)淹沒(méi)路面，整個(gè)路面浸泡在水中，嚴(yán)重影響行車，時(shí)間久了承載能力嚴(yán)重降低。與此同時(shí)，如果路基設(shè)計(jì)能力不夠會(huì)造成路面沉陷，還會(huì)發(fā)生滑移現(xiàn)象。

3.2 路基中央分隔帶排水設(shè)施主要病害

高速公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用無(wú)鋪面的中央分隔帶會(huì)造成路面鋪設(shè)的不完整。地下排水設(shè)計(jì)不成體系。若發(fā)生了降水入滲無(wú)法讓降水迅速排出。若在降水集中季節(jié)，地表水會(huì)迅速入滲路基內(nèi)部。造成路基填土強(qiáng)度降低，壓實(shí)度不足，加速公路病害的產(chǎn)生。

3.3 坡面排水設(shè)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(shè)施根據(jù)尺寸和截面形狀不同包括邊溝、截水溝、排水溝。這些設(shè)施在施工過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)各式問(wèn)題[3]。

1）邊溝：邊溝是路基排水設(shè)施中最重要的排水途徑之一，是承擔(dān)公路地面排水的重要措施。邊溝常出現(xiàn)的問(wèn)題包括設(shè)置長(zhǎng)度不足，邊溝養(yǎng)護(hù)不夠完善，極容易造成后期使用過(guò)程中邊溝的局部出現(xiàn)破損；邊坡出口處設(shè)計(jì)對(duì)降水量估計(jì)不足，坡度過(guò)陡；邊溝縱坡設(shè)計(jì)較小，降水極易溢出，造成內(nèi)側(cè)溝壁與溝側(cè)土體分離。

2）截水溝：在降水集中區(qū)域數(shù)量設(shè)置不足或截水溝位置設(shè)置不當(dāng)；截水溝與其他排水設(shè)施接口設(shè)計(jì)存在缺陷，無(wú)法很好地與其他排水設(shè)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(qū)壓實(shí)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(shè)置的消能槽的消能功能設(shè)計(jì)不足，易造成急流槽與兩側(cè)坡體分離；進(jìn)水口與出水口連接處施工壓實(shí)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(huán)節(jié)，在快速水流作用下，會(huì)造成急流槽底部的黃土侵蝕；急流槽施工過(guò)程中底部壓實(shí)度不足。

黃土地區(qū)路基排水設(shè)施病害類型多樣，而病害產(chǎn)生原因主要是施工質(zhì)量不足和設(shè)計(jì)預(yù)期不足。因此，要針對(duì)具體的病害部位以及類型，具體分析病害原因，并采取經(jīng)濟(jì)合理的手段來(lái)綜合處置。

4 黃土地區(qū)公路排水病害處置措施

根據(jù)黃土地區(qū)公路排水設(shè)施的通病特點(diǎn)及成因，在公路路基施工過(guò)程中，就要修建完善臨時(shí)排水設(shè)施，防止施工中雨水浸泡未完工的路基。同時(shí)，由于在公路各項(xiàng)工程同時(shí)施工過(guò)程中，路基邊坡永久性排水及防護(hù)工程往往未完成，雨水往往會(huì)對(duì)路基邊坡造成沖刷，因此，在施工過(guò)程中就需要修建臨時(shí)攔水帶和急流槽等排水設(shè)施，有效保護(hù)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(shí)完成所有的永久性排水設(shè)施等附屬工程。永久性排水設(shè)施病害的具體處治措施主要有以下3個(gè)方面。

4.1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)

黃土地區(qū)的公路排水應(yīng)全面、系統(tǒng)地設(shè)計(jì)防排水系統(tǒng)，采取系統(tǒng)的排水措施，尤其是排水系統(tǒng)工程的薄弱環(huán)節(jié)和重要節(jié)點(diǎn)，要作特殊處理，盡量保證“遠(yuǎn)接遠(yuǎn)送”，排水系統(tǒng)設(shè)施下部土層保證密實(shí)以防止水的下滲。實(shí)際操作中要做到：

1）優(yōu)化黃土地區(qū)陷穴處理，擴(kuò)大黃土地區(qū)調(diào)查范圍，對(duì)引發(fā)高速公路破壞的陷穴要綜合處理。

2）強(qiáng)化排水設(shè)施出水口設(shè)計(jì)。針對(duì)不同類型的排水設(shè)施要根據(jù)具體發(fā)生的病害進(jìn)行處置，在日后的設(shè)計(jì)中要廣泛地進(jìn)行降水和地表徑流調(diào)研，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的排水布局設(shè)計(jì)。

3）盡量集中排水。我國(guó)高速公路工程已經(jīng)積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，黃土地區(qū)并不缺乏降水，有降水迅疾方面的特點(diǎn)。另一方面，由于黃土的固有性質(zhì)，黃土坡面缺乏抗沖刷的能力，若不對(duì)坡面進(jìn)行處理或者采用天然的分散式排水，極易造成邊坡失穩(wěn)。集中排水是最好的防止邊坡失穩(wěn)的方式。

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

4.2 強(qiáng)化項(xiàng)目管理和施工質(zhì)量控制

工程中遇到的防排水問(wèn)題大多數(shù)都源于施工過(guò)程的不規(guī)范以及偷工減料，因此，項(xiàng)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(kāi)始就保證好其質(zhì)量。對(duì)施工工藝以及現(xiàn)場(chǎng)施工能力均要保證積極有利，要改變過(guò)去施工過(guò)程中僅僅重視道路主體的思想，確立各個(gè)工程部分是有機(jī)統(tǒng)一的思想，加強(qiáng)公路附屬設(shè)施的建設(shè)，嚴(yán)格保證整體工程的施工質(zhì)量。

4.3 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是排水系統(tǒng)正常使用和功能通暢的重要保證。要注意重要時(shí)令節(jié)點(diǎn)的防汛工作和排水系統(tǒng)巡查工作，要做到“早發(fā)現(xiàn)、早治理”，在遇到降水集中的時(shí)節(jié)或暴雨等極速降水天氣，做到及時(shí)排查，如有損壞，應(yīng)及時(shí)加固，避免因不及時(shí)的治理而造成后期需要大量經(jīng)濟(jì)投入的工程治理。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從黃土的水理性質(zhì)分析的角度出發(fā)，對(duì)黃土地區(qū)高速公路常見(jiàn)病害進(jìn)行了綜合分析，重點(diǎn)對(duì)高速公路排水設(shè)施病害進(jìn)行了闡述，從病害的產(chǎn)生機(jī)理角度進(jìn)行了全面分析，并從工程實(shí)際的角度出發(fā)，對(duì)不同類型的排水設(shè)施病害處置措施提出了詳細(xì)建議。