多雨低洼路面结构水平向排水施工技术应用

林万福

(福建路港(集团)有限公司,福建 泉州 362000)

0 引 言

随着国家基础设施的建设步伐的加快，我国的公路路网程爆发式增长，但公路路面系统中的排水设计基本是在饱和条件下排水。基于非饱和渗流理论通过多方合作交流，研发适用于南方多雨低洼道路的路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水新技术，该技术所采用的复合土工合成排水材料由聚丙烯纤维无纺布和排水网组成，从上而下依次为碎石垫层、水力传导层、毛细防渗层和隔离层，碎石垫层消除毛细阻滞效应，实现在非饱和状态下将入渗路面结构基层的水快速有效排除，减轻入渗水对路面结构损伤，同时避免进一步入渗路基土体，提高路基土体承载性能，可减小路堤变形，确保路面结构和路基承载性能。通过工程的应用实践，能高效的处理粘土地层弹簧土、膨胀土无法压实等问题，可直接替代盲沟，并消除了盲沟中长期使用后的淤堵问题，具有显著的经济效益和社会效益。该技术已在晋江市370县道(快速通道东石连接线)工程成功应用，具体工艺应用情况如下。

1 工艺特点

(1)适用的粘土地层、弹簧土、膨胀土等，特别是地下水位高孔细渗水丰富的区域。

(2)可以快速高效导排地表水、雨水、渗水及地下水，大大降低水侵蚀对路面结构层与路基的破坏。

(3)施工工艺简单，工人易于撑握，无需专业培训。

(4)排水能力强、防淤堵效果佳。

(5)施工规范便捷，对其它施工工序影响小。

(6)施工快、经济实用、环保。

2 适用范围

该工艺适用于粘土地层，多雨潮湿地区或粘性膨胀土、冻土区域等，挖填区均可适用。

3 工艺原理

工艺原理：复合土工材料碎石垫层水平向增强排水施工技术，通过在处置路基段设置新型的排水结构层(S型集束排水板包裹土工布)快速的传导地表水、雨水和下排地下水、渗水，实现路基在非饱和条件下的水平排水功效，从而来达到提高路基承载及结构耐久性的作用。一方面加强水平向排水控制毛细水上升(图1)，另一方面增强水平向排水最大限度减少路面结构水分积聚(图2)，防止地下水进入路基承载结构层，同时输导上部渗水。在霜冻易感区域使用具有增强水平向排水能力的土工织物不仅可以形成毛细阻滞效应，以防止地下水进入霜冻区，还可以将积聚的水排除到路面边缘(图3)。

图1 加强水平向排水控制毛细水上升示意图[1]

图2 增强水平向排水最大限度减少路面结构水分积聚示意图[1]

图3 增强水平向排水机制在减轻冻胀恶化造成的破坏示意图[1]

4 工程应用施工工艺流程及操作要点

该工艺技术在晋江市370县道(快速通道东石连接线)工程A2标段进行实际应用(图4)，具体工艺流程及操作要点情况如下。

4.1 施工工艺流程(图5)如下所示。

图5 施工工艺流程图

4.2 操作要点

(1)施工准备

①工技术资料及设备物资准备

工程施工前应由设计单位进行设计交底及图纸会审，发现问题及时向设计单位提出变更修改。

②施工测量放样及复核

根据测量控制点的坐标和高程，布置现场的测量控制点，并设永久性测量控制点。地面上按业主、设计院提供的控制点定位放线，包括路面结构中桩、边桩等。

③场地平整

根据测量点位及高程，将路基开挖或回填至设计路床标高。

(2)地下水排水槽开挖

根据施工图纸所表示的管槽走向、深度进行定位放线，然后进行土方开挖，沟槽底宽30 cm，平均深50 cm，底坡与路基横坡一致，沟槽内最终引排至最近的雨水井、排水沟或涵洞。

(3)工布、S型排水管材试验检测

土工布、S型排水管材试验检测是施工过程中的关键环节之一，根据设计及试验规程要求进行材料取样检测。组装后的集束排水管通过现场简易的性能测试，完全满足设计与使用要求。

(4)新型集束排水管安装

在沟槽检验完成后，先回填一层5 cm的砂碎石垫层，然后将已加工好的新型集束排水埋设在沟槽中央。该部分的集束排水管加工成直径7.5 cm的圆管型，由15根S型排水管集束成管，外包土工布；新型集束管之间采用DMG-Φ75型直通、三通、四通进行连接，连接部位应包裹土工布并用胶带粘紧。

(5)水性材料回填

新型集束管安装并检验完成后，进行透水性材料回填，具体方法可参照盲沟施工方案。透水性材料回填至路床底标高，然后对路床面进行平整压实，最后在路床面铺洒一层中粗砂垫层，该垫层用于保护起隔水作用的土工膜。

(6)隔水土工膜铺设

隔水土工膜的作用有两个：一方面是防止地下水上升侵蚀破坏路面结构层，另一方面是防止路面雨水下渗浸泡路基土层造成路基水侵破坏[2]。土工膜属柔性织物，铺设质量对膜的受力环境有直接影响。为此，在支持层铺设时，砂垫层应压平，加强支持层的支持效果。先将膜材放入路床槽内，一端与垂直道路轴线，从下向上展开膜，逐幅粘结[3]。

(7)上部集束排水管安装

上部的集束排水管加工成10 cm×2 cm的扁条型，由8根S型排水管集束成管，外包土工布。扁条型集束排水管采用相应规格的直通、三通、四通进行连接，连接部位应包裹土工布并用胶带粘紧。上部集束排水管全部串联后，再引排至最近的雨水口。

(8)路面结构层施工

上部的集束排水管安装完成后，进行土工布铺设，土工布铺设应平顺、搭接长度满足施工要求，铺设完成后即可进行路面结构层施工。

5 效益分析

5.1 经济效益

雨水入渗路面，进入基层，将增大基层含水量，减小基层回弹模量，增大路面结构变形，造成路面结构使用年限缩短。非饱和条件下路面水平排水施工技术是通过设置新型的排水结构层(S型集束排水板包裹土工布)传导渗水，与常规盲沟排水相较，通过在晋江市370县道(快速通道东石连接线)工程A2标段项目的试验段分析，原设计采用的400 mm×400 mm管式盲沟(φ150 mm双壁打孔波纹管，300 g/m2无纺土工布)造价87.5元/m2，如若进行换填路基处理，换填深度至少需1 m以上计算，换填所需造价85元/m2；而采用新型集束排水管平均每平方成本仅约75元/m2，经济效益显著。而采用新型的排水结构层(S型集束排水板包裹土工布)造价仅为75元/m2，施工成本平均成本降低了12.5元/m2，经济效益十分显著。

5.2 社会效益

施工工艺更为简单，技术要求低，且质量更加可靠，具有以下几个方面的优点：(1)空隙率高，集水与排水性能好；(2)抗压强度可达每10 t/m2，耐压性好；柔性好，适应土体变形能力强；耐酸碱腐蚀、抗紫外线、防老化及耐久好；重量轻、施工方便；可适应复杂坏竟下的施工要求，对施工工期更有保障，具有明显的社会效益。

5.3 节能降耗

本工法解决了盲沟长期使用的淤堵问题，在材料使用上优于常规盲沟排水法，施工便捷，工期短，真正实现了环境保护目标，是一项环保型的施工技术。

6 总 结

南方多雨低洼道路路面结构复合土工材料碎石垫层水平向增强排水施工技术通过在晋江市370县道(快速通道东石连接线)工程A2标段的应用，一方面实现在非饱和状态下将入渗路面结构基层的水快速有效排除，减轻入渗水对路面结构损伤，同时避免进一步入渗路基土体；另一方面下层的新型集束排水管实现路床基底地下水的快速排出，具有替代盲沟并优于盲沟功能的良好性能，从结构构造上提高路基土体承载性能，有效减小路堤变形，确保路面结构和路基承载性能。该创新工艺具很好推广应用价值，可为南方多雨低洼道路项目类似工程提供借鉴。