山區高速公路路基路面排水施工技術分析

李芳宇

（江西省天馳高速科技發展有限公司，江西 南昌 330103）

0 引言

近年來，我國的交通建設事業不斷發展，高速公路建設規模、建設標準不斷提升，與之相伴的是運輸車輛的日漸增多，這使得公路損壞問題突出，尤其是早期損壞問題。很多高速公路投入使用后三到五年便出現不同程度的損壞，這不僅會影響交通運輸，還會給國家帶來一定的經濟損失。調查顯示，地基下水飽和情況下的超載運輸，是導致公路早期損壞的主要原因，很多路基路面出現下陷、龜裂、松散甚至坍塌等問題，都和地下水密切相關。因此，合理設計公路路基路面排水系統，是預防公路早期損壞的關鍵。

由于山區的地理環境復雜，因此山區高速公路路基路面排水系統設計難度大，而一旦出現路面結構中的水含量超過其自身排水能力，出現水飽和，水就會從路基下慢慢滲出，需要很長一段時間才能排出，使得整個路面結構相當于被封閉在一個水槽中。長此以往，水逐步浸濕路面各結構層的材料，會導致其強度降低，出現變形，最終導致路面承載力下降。在各種車輛荷載的反復作用下，未能及時排出的水便會形成壓力水，反復沖刷基層頂部，其結構中的顆粒會被水帶出，進而產生唧漿，常年積累，會導致路基板底空虛、受力變形，進而出現路面下陷、沉降、斷裂等情況。

大量實踐證明，水是加速高速公路路基路面結構破壞的一大因素，因此我國先后出臺了不同的指導文件，提出合理設計高速公路路基路面排水設計的要求，尤其是對于容易出現排水問題的路肩、分割帶等位置，要遵循預防為主的原則，做好路基路面排水系統的設計，以確保高速公路排水順暢，充分發揮高速公路通行快捷、舒適的優勢，延長高速公路的使用壽命。據此，在概述外界水對高速公路路基路面影響的基礎上，分析山區高速公路路基路面排水設施故障的主要原因，探究山區高速公路路基路面排水施工的關鍵技術，提出相關的施工改進措施，以期促進山區高速公路路基路面質量的提高。

1 水對路基路面結構的影響

水是影響路基路面結構穩定性的主要因素。依據水的不同來源，可將水分為地下水、地面水兩種[1]。其中，地面水會反復不斷地對路基產生沖刷，進而導致路基穩定性下降，出現水毀；水滲入路基內的土層，含水量高的土層強度會逐漸下降，也會出現水毀。地下水包括滯留水、潛水等，這類水對路基路面結構的損壞程度因條件不同而各異，輕者導致路基軟化、強度下降，重者會導致路基坍塌、凍脹，甚至出現路基傾斜現象。

1.1 水影響路基穩定性

水對地下土層及路基穩定性的影響表現為滲入及所產生的一系列作用，這種作用既有原始的，也有繼發的。水滲入土層會導致土的濕度發生改變，水的應力狀態進而發生改變，因水的浸濕，公路各結構層的穩定性會受到影響，進而導致地基土的強度下降，隨之會出現濕陷、滑坡、凍脹、鹽漬等現象。

1.2 水影響路基強度

滲入路基路面的水包含多種狀態，如氣態水、附著水、毛細水等，但無論是哪種形式的水，只要它們存在，就會導致路基路面各結構層的力學性質發生改變。由于受到水氣壓、重力壓的作用，使得水汽在路基路面結構層的空隙介質中流動，但在粒狀材料中水主要因為重力壓而流動，因此，從工程實用的角度來說，不考慮其他水形式的影響，僅考慮重力水，符合流體力學滲流原理，可應用達西定律公式（1）來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（cm/s）；i 表示水力梯度，通過兩點間水頭損失和兩點距離之間的比值進行計算。

滲入路面結構的重力水，通常會自高向低、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，排水所需時間長。研究發現，滲透系數不超過10～5cm/s 時，排出0.1m3的重力水，所需的時間超過24h，滲透系數不足10～7cm/s 時，排出0.1m3的重力水，所需的時間超過10 天。在這一過程中，水會長時間停留在路基路面結構內部，如此便容易導致多種損壞。第一，水滲入瀝青結構后，會逐漸消除瀝青與碎石的黏結性，加之長時間受到行車作用力的影響，會出現瀝青膜剝落、路基路面強度下降的問題[2]。第二，滯留于瀝青上層結構空隙中的水，會受到行車荷載的反復擠壓，這便相當于真空抽吸作用，在高空隙水壓的作用下，瀝青層便極易出現剝落、松散等現象，進而導致路面出現坑洼。第三，降雨時段，自由水會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，在大負荷行駛的汽車作用下，很容易導致瀝青碎石剝落，造成路面網裂、下沉等。第四，當自由水滯留于基層頂面時，在長時間行車負荷的作用下，會形成高壓水流，并反復沖刷基層細料，導致細料漿被擠壓，進而導致裂縫處出現唧漿，長此以往，瀝青受力狀況發生改變，導致路面出現下沉、斷裂等病害。

2 路基路面水損害原因

路基路面排水系統的作用是將影響路基路面穩定性的地面水、地下水及時排出，同時降低地下水水位，以此營造一個干燥、穩定、堅實的路基路面環境。因此，合理設置排水系統，是確保路基路面穩定性、保證公路使用質量的關鍵，保證路基路面具有良好的排水性能，是確保路基路面結構穩定的重要前提。但由于路線范圍的排水問題通常隱匿于路面之下，如果不是出現大范圍的路基失穩現象，這類問題一般難以被及時發現，且這類問題在山區高速公路地段更為突出，這也說明在相關工程的設計、施工及養護中，很多單位對排水問題的重視度不足。

根據實踐及相關調查，路基路面水損害原因主要包括以下幾個方面：

首先，現場勘測疏漏，忽略了當地的水文地質，尤其是山區高速公路地段，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，環境溫度下降后，很容易產生聚冰現象，晝夜溫差大的情況下，聚冰反復凍融，會進一步加劇路基路面的破壞程度和破壞范圍，導致路面結構的整體性被破壞。

其次，在實際的路基排水層、隔水層施工過程中，因路床頂面“人”字排水通道施工控制不力，導致引、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重，極大地影響滲溝的引水作用，導致地下水大量蓄積，進而在地下水損害的直接或間接作用下，使路基出現坍塌、下沉等病害，嚴重影響公路的正常使用。

再次，排水系統設計理論脫離實際。排水系統的設計需要結合施工地段的水文環境、實際水流量等情況綜合設計，在山區高速公路排水系統的設計上，更要全面考慮這些因素[3]。并且，排水系統是一項系統性工程，各排水設施都不是獨立的，而是緊密聯系的，在設計過程中需要綜合考慮，如此才能設計出科學的排水系統。但在實際的排水系統設計過程中，存在一定的問題，有些設計人員特別注重理論，未能很好地結合當地的實際情況進行設計，導致匯水面積計算不精確；有些設計人員根據既有經驗進行設計，忽略了對設計結果的演算，這容易導致大面積的設計浪費，使得排水系統不能充分發揮自身的引水外排作用，難以滿足實際的排水需求；除此之外，還有些設計人員對施工地段的水文環境情況考慮不周，照搬硬套已有設計方案，導致排水系統難以適應當地環境，完全達不到預期的排水效果。上述問題的存在，很容易導致山區高速公路路基路面受到水損害。

最后，忽略養護。調查顯示，很多地區的相關單位重點關注高速公路的施工質量，一定程度上忽略了后續的養護管理工作，對路基路面排水系統的重要性認識程度不足，使得養護管理工作落實不到位，排水系統出現故障的頻率較高，這種現象在山區高速公路地段更為明顯。此外，排水設施不完善，遇到大量降雨，也可能引發路基路面水毀現象。

3 路基路面排水施工技術

3.1 邊溝施工技術

邊溝是高速公路排水系統的重要組成部分。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。山區高速公路一般為土質邊坡，在開展邊溝施工時，應做好土體坍塌防護，防止坍塌土掉入邊溝，可以考慮在邊溝設置碎落臺，于碎落臺、土路間設置縱向流水槽，用少許草皮或其他灌木進行覆蓋，此舉在防止異物掉落堵塞的同時，能夠有效防止雨水沖刷[4]。此外，為保證及時排水，可采用梯形斷面邊溝形式，合理設計坡度，并在邊溝上方設置帶孔的蓋板，以保證行車安全。

3.2 截水溝施工技術

在降水量充足的山區地段，尤其是在路塹邊坡坡頂外側200cm 的地方，應設計截水溝，用于收集山坡匯水[5]。一般采用梯形截水溝，根據山區地段的實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、土樁間應留有一定的距離，以防廢土坍塌而造成排水系統堵塞，更好地保證高速公路路基路面的排水施工效果。結合相關經驗，土樁腳與路基斜坡頂之間的距離需要超過10m，并于土堆上方設置超過2% 的傾斜角，便于將雨水順利引入橫坡。截水溝長度一般在0.3～0.5km，若長度大于0.5km，應適當增設排水口，方便排水井排水。為防止公路被雨水反復沖刷，建議采用高滲透率的材質，同時加強溝渠的堅固性，防止其受雨水侵蝕。此外，在現場施工期間，要做好實地勘測工作，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

地下水位超高時，應采用排水溝施工技術，保證排水通暢。排水溝主要用于排出地表水，天氣寒冷時，排水溝則會失去地下水排出的作用。若采用混凝土進行排水溝施工，需要在含水量高的地方設置相應的滲水孔，并做好溝壁接觸，對于溝壁的外側，可考慮應用土木合成材料設置反濾層，同時每間隔一段距離應設置相關的沉降縫隙；排水溝應盡量采用線性形狀，盡可能采用弧形設計，實際施工過程中，需保持4m 以上的路基坡腳距離，如果排水溝的距離太長，應考慮分開設計，同時進行砌筑，并根據實際情況設計適宜高度的臺階。

3.4 急流槽施工技術

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，常采用建筑砂漿對急流槽連接處進行填充，但填充效果不佳，使用壽命短。而目前多采用非剛性修補手段，修復后一般不會有裂紋，使用壽命長。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，急流槽連接處不會出現滲透裂縫。在急流槽施工中，應注意在急流槽出入口、主槽段連接過渡區域采取相關措施，如設置消力坎等，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 地下排水設施施工技術

常見的地下排水設施包括：暗溝、滲溝、滲井等。其中，暗溝主要是引導路基范圍內泉水，需要根據地下排水需求合理設置，常采用砌石蓋板結構作為斷面，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，根據地下水位分布情況，設置于邊溝、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構，當路基上部含水量低、排水量小時，難以設置平式滲溝，此時采用滲井，一般口徑為50～60cm，距離路基坡腳超過10m。

4 公路路基路面排水施工改進建議

結合已有施工經驗，通過施工設計資料統計，針對山區高速公路提出相關的路基路面排水施工改進建議。由于急流槽內水流較大，混凝土或漿砌片石材質的急流槽長期暴露于自然環境中，容易降低耐久性，出現材料脫落現象，可考慮采用塑料波紋管材料，提高耐久力，防止脫落，避免急流槽內堵塞。此外，塑料波紋管的強度高，有很好的抗沖擊力，防滲透效果好，在外界負荷的作用下，也不易變形，且內部結構為圓形，能夠較好地保持水的流動性，且該材料施工方便，銜接方便、穩固，能夠有效防止進出口被沖刷破壞。

5 結語

近年來，我國高速公路網覆蓋面不斷擴大，山區高速公路里程逐年增長，行車量也逐年遞增，這在一定程度上加劇了山區高速公路路基路面水損害問題。基于此，本文從水對路基路面結構的影響入手，分析水對路基路面穩定性和強度的影響，探究路基路面水損害原因，以此說明路基路面排水設計的重要意義，分析高速公路邊溝、截水溝、排水溝、急流槽、地下排水設施施工技術，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、穩定通行。