山区高速公路排水设计常见问题分析

董 书 奎

(吉林省高等级公路建设局,长春 130062)

0 引言

随着我国高速公路建设的不断发展,建设难度较大的山区高速公路在公路建设中占有越来越大的比重.山区高速公路建设的最大特点就是地形、环境复杂、测设难度大、不可遇见因素多、生态环保要求高,进而在施工期间会出现许多与设计意图不符的情况,给工程管理和质量控制带来较多问题.其中，排水设计是否与地形、环境相适应对山区高速公路建设的影响又尤为突出[1].

1 公路排水设计主要思路

公路排水设计的主要目的是迅速排除路面水、路面结构层间水,降低影响路基稳定的地下水水位.同时还应对路堤、路堑边坡进行必要的防护,防止雨水冲刷造成破坏,影响公路正常运营及使用安全.

考虑到公路排水设计直接影响到公路工程的使用安全性、舒适性、耐久性,近年来，国内对道路排水进行了许多成功的探索和研究并已积累较多经验,如路面层间水的排水方案、中央分隔带排水方案已有较为成熟的解决方案.但由于山区高速公路建设的复杂性和环境唯一性,排水设计与平原区存在较大差异,在实际工程建设中,往往会出现部分与建设环境息息相关的细节设计考虑不全面,给工程建设及沿线居民生产、生活带来不利影响.本文结合具体工程实例,对常见的具有代表性问题进行分析、总结,供相关工程设计借鉴.

2 路堑排水

公路路堑的水毁破坏通常表现为坡面冲刷坍塌及地下水引起路基沉降、路面开裂等病害形式.因此,路堑排水最关键要保证坡面排水及地下排水设计方案的合理性[2].坡面的水毁破坏问题较为直观,原因明确,一般都能引起设计人员的关注,通常采用坡顶截水沟、急流槽及可靠的坡面防护系统,就能保证坡面排水满足使用要求.而地下水引起的路基、路面破坏问题比较隐蔽,且破坏原因常与施工方法、地基承载力等有一定关系.因此,路堑段的地下水排水系统设计往往不能引起设计者的足够重视,有的设计不能做到因地制宜,认为机械套用标准的渗沟设计图即能满足排水要求.典型的路堑排水(边沟排除地表水,渗沟排除地下水)横断面图，如图1所示.

图1 路堑典型横断面

吉林省某高速公路一处路堑段长度850m，小桩号侧零填挖路段200m，相应路侧渗沟总长度达到1 050m，排水方向为向大桩号侧单向排水,道路及渗沟纵坡为3%.在路基施工期间,小桩号左侧雨季路堑段地表水流量较大,严重时接近淹没路基,而在路堑大桩号侧地表水流则明显减小，且部分路堑路段路基出现开裂.该路段总体平面，如图2所示.

图2 路堑段排水总体平面

经过对现场进一步分析研究,该路堑排水设计存在一定的不足.① 该路段地下水极为丰富,在连续晴天多日的情况下,仍有大量地下水渗出,而路堑渗沟长度超过1km,渗沟透水管尺寸采用常规的D20cm,地下水排水能力不满足降低地下水位要求;② 该路段小桩号左侧大量地表水及路堑截水沟出口的水流也通过路堑段的边沟排出,导致边沟积水深度大,同时由于施工原因导致边沟防渗效果不佳,使地表水渗入渗沟,进一步增加了渗沟排水压力.

根据现场地形情况,道路右侧地势低洼,具备将左侧地表水及地下水引入右侧散排的条件.鉴于上述分析,在路堑小桩号侧增加一处涵洞(如图2所示),将路堑小桩号左侧的大部分地表水、部分地下水截流至右侧低洼区域.增设涵洞后,经过一个雨季的考验,左侧边沟及渗沟的排水状况得到极大改善,路基裂缝也得到有效的控制,未进一步发展.

对于长大挖方段的路堑、边沟及渗沟的排水能力必须引起足够的重视,如在运营期间发现排水问题,将更加难以处理.

3 小型泥石流的治理

山区泥石流对公路的危害极大,特别是对于大型的泥石流,往往能引起广泛重视,在处理方案上都会进行深入研究,一般采取绕避或大跨径桥梁的方式解决.但对于山区广泛存在的小型泥石流,由于形态隐蔽,在测设期间常被按普通的小水沟进行处理,反而会给工程建设带来一定隐患.

某山区高速公路傍山段有一处冲沟,在多次现场勘测过程中,均未见有大量水流或泥石流发生,也无明显冲淤痕迹.根据常规的设计思路,依实际地形,该处设置一处3×10m小桥以满足排水需求,从直观角度判断,该设计方案并无不妥之处.

在路基及桥梁基本施工完成时,工程所在地区发生了超百年一遇的特大暴雨,该冲沟处的水流量骤然增大并夹杂大量砂石,形成小型的泥石流;同时路基范围的山坡雨水汇入纵向边沟也从该小桥位置排出.在极端天气的状况下,桥梁孔径偏小,水流速度受结构物的影响而明显加大,桥下冲刷严重,同时对出口附近的居民房屋构成巨大威胁.一方面对桥梁安全带来隐患,同时附近居民也提出强烈的意见.

该问题的产生属于对冲沟形成的小型泥石流调查、认识不足.在设计时如能认识到该问题,采用规模较大的结构物则完全可以避免隐患的发生.鉴于主体工程基本施工完成,最终采用增设消能坝、拦水坝、引流渠的方式排除隐患.冲沟总体平面及补救方案，如图3所示.

图3 冲沟总体平面及补救方案

4 路侧集中排水设计

山区高速公路的修建,对当地环境的重要影响之一就是局部区域排水系统的改变.最典型的状况之一就是由于路基阻拦的影响,将原地表水的漫流状态人为调整为集中排水状态,如处理不当,则很容易带来大问题.

某高速公路沿山坡脚下顺势布设,原该区域山坡坡面水为自然散排,在山坡下耕地、村庄范围漫流,漫流面积较大,据调查,未发生过严重的洪涝灾害.该路段的排水方案按常规的集中排水思路进行设计.在400m长度范围内设置了一处涵洞,将道路左侧坡面水利用路侧边沟汇集后集中通过该涵洞排出,总体平面布置情况如图4所示.

路基施工期间,发现暴雨过后山坡雨水汇集后流量较大而不能迅速排出,一方面造成道路左侧与山坡间狭窄区域内的农田被淹没,另一方面,在涵洞出口由于水流集中,直接冲淹房屋和农田.主要原因在于结构物的孔径偏小,与左侧的汇水面积及汇水量匹配不佳,同时出口位置也未做任何处理.

由于排水路径设计不甚合理,路侧短时间积水问题无法彻底解决,考虑道路左侧狭长地带的耕地面积较少,适当增加部分公路用地,并加大边沟尺寸;同时在道路右侧涵洞出口增设一道排水渠,将水流引至附近河流,如图4所示.

图4 集中排水示意图

该排水问题给沿线居民的生产生活带来不利影响,不能最大程度发挥工程的社会效益,对于类似傍山路段,虽然在测设期间未发现明显水毁灾害,但采用集中排水后,如处理不当,汇集的水流仍有可能威胁到工程正常使用或周围环境,必须引起足够重视.

5 结语

山区高速公路的排水问题在设计期间必须慎重对待.对地下水的补给、地表水的汇水面积必须认真调查、计算,排水设施的排水能力必须满足设计流量的要求；对山坡上较为隐蔽的一些冲沟、暗河应仔细勘测,并应考虑在极端气候影响下可能产生的破坏力,在设计中的排水方案应具有针对性,并适当留有富余；对汇水面积较大的区域,集中排水设计必须要考虑排水能力、进口位置可能的积水状况及出口位置的合理选择等诸多方面因素.

参 考 文 献

[1] 胡克伟.山区高速公路设计理念探讨[J].华东公路,2008(1):3-4.

[2] 金发均,马永泰,陈红凯,叶四桥.深长挖方路段地下排水方案研究[J].重庆交通学院学报,2005(3):88-90.