湖南省干線公路排水現(xiàn)狀及其改善方案探究

歐陽寧， 鄒靜蓉， 李　濤， 張治強

(中南林業(yè)科技大學 土木工程與力學學院， 湖南 長沙　410000)

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湖南省干線公路排水現(xiàn)狀及其改善方案探究

歐陽寧， 鄒靜蓉， 李濤， 張治強

(中南林業(yè)科技大學 土木工程與力學學院， 湖南 長沙410000)

針對湖南省內(nèi)國省干線公路中普遍存在的早期損害現(xiàn)象，結(jié)合大修工程建設(shè)，調(diào)查了省內(nèi)多條干線公路的病害情況及排水現(xiàn)狀，結(jié)合路緣石的設(shè)置提出相關(guān)的改善方案。

干線公路； 公路排水； 必要性； 路緣石

0　引言

水是公路上常有的自然物，它會直接或間接的影響到公路的使用質(zhì)量乃至車輛的行車安全。研究[1,2]表明，我國瀝青混凝土路面及水泥混凝土路面的過早損壞通常是由于路面承重結(jié)構(gòu)處于水飽和狀態(tài)下通行重載車輛所引起的。瀝青面層出現(xiàn)的剝落及松散通常是由于水分進入結(jié)構(gòu)層內(nèi)部后可浸濕無機結(jié)合料處治的粒料層，導致基層強度下降而引起的。而路基的凍脹及翻漿現(xiàn)象通常是由于水分滲入路基內(nèi)部后會使土基濕軟所引起的。水的介入不僅加劇了路基及路面結(jié)構(gòu)的損壞，也加速了路面使用性能的惡化，進而縮短了道路的使用壽命。

1　排水的必要性

縱觀目前國省干線公路的設(shè)計中，并沒有完全按照相關(guān)要求[3-6]來考慮，考慮最多的僅是通過設(shè)置道路的縱橫坡度、邊溝及排水溝等簡易設(shè)施來排掉地表水。省內(nèi)干線公路多為重交通，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)基本沒有，我省屬于多雨潮濕的地區(qū)，雨水透入后，及時排出滯留在路體結(jié)構(gòu)內(nèi)的水是非常重要的，由于省內(nèi)道路設(shè)計中都有做封層，因此及時排出面層與基層間的滯留水分能有效的避免早期水損害的產(chǎn)生，有利于改善道路的綜合使用性能，進而提高道路的使用壽命。

從交通來看，曾夢瀾[7]的研究表明：相對排水質(zhì)量良好路面的BZZ — 100累計作用次數(shù)，排水質(zhì)量為中等時，累計軸次可以下降60%以上；排水質(zhì)量較差時，累計軸次可以下降80%以上；排水質(zhì)量極差時，累計軸次的下降幅度最大可以達到96%。另一方面，相對排水質(zhì)量良好路面的BZZ-100累計作用次數(shù)，排水質(zhì)量為優(yōu)秀時，累計軸次至少可以增加110%，最大增加幅度達到480%。

從使用效果來看，在路緣石處有設(shè)置排水管道的路段排水效果顯著，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生的早期病害少，尤其是瀝青路面松散現(xiàn)象的減少明顯，另外，相較于沒有設(shè)置的路段而言，維修記錄更少，頻率更低，使用壽命更長。從經(jīng)濟來看，研究[8,9]表明有排水設(shè)置的總體造價低于沒有排水設(shè)置的。

2　干線公路調(diào)查情況

選取具有代表性的湖南省不同區(qū)域的幾條大修干線公路進行調(diào)查，根據(jù)不同降雨程度、不同地理位置選擇了16條干線公路作為調(diào)查對象。分屬于長沙、瀏陽、衡陽、岳陽、婁底、懷化6個市。

2.1病害情況

實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面病害(例：如圖1所示)多表現(xiàn)為麻面、松散、坑槽、沉陷、車轍、橫縱裂縫；水泥路面病害(例：如圖2所示)多為角隅斷裂、唧漿、橫縱斜裂縫、交叉裂縫、露骨。

圖1瀝青路面病害圖

Figure 1Diseases of asphalt pavement

通過取芯發(fā)現(xiàn)，病害處所取芯樣多為面層與基層分離、基層無法完全取出。究其緣由，首當其沖的則是面層與基層的層間結(jié)合不好，水滲入層間后由于封層的影響阻止了部分水的繼續(xù)下滲，滯留于層間位置的水在車輛的累計作用后，易導致面層底部容易淘空，加劇了面層與基層的分離?；鶎訜o法完全取出是因為基層部分松散，部分水下滲或者地下水上滲，加上沒有設(shè)置內(nèi)部排水設(shè)施，水的作用加劇的路基的破壞。

圖3所示均為車轍處所取的芯樣，從圖片中可以看出，面層與基層完全分離，基層松散無法完全取出，道路取芯之后的坑洞內(nèi)也能明顯看出面層與基層的分離縫隙。裂縫的產(chǎn)生導致水極易下滲，水的作用加速了道路的破壞，致使車轍現(xiàn)象越來越嚴重。

圖2水泥路面病害圖

Figure 2Diseases of cement pavement

圖3　車轍處取芯圖

圖4所示均為沉陷處所鉆芯樣，芯樣均無法取出。地下水上浸或者經(jīng)表面裂縫下滲的水作用，加上車輛荷載作用，形成路基強度不夠，導致產(chǎn)生沉陷。

圖4　沉陷處取芯圖

圖5所示為沉陷附近的路肩位置所取芯樣，從圖片上可以看出面層(瀝青面層)偏薄且與基層(水泥面板)完全分離，道路鉆芯之后的坑洞內(nèi)可明顯看到面層與基層之間有淘空現(xiàn)象。斷裂的芯樣面層底部有明顯松散，應(yīng)為水經(jīng)裂縫處滲入路面結(jié)構(gòu)后，再加上重載車輛的反復碾壓，致使淘空。

由于典型的太行山地質(zhì)構(gòu)造，受儲水層含水量的限制，和順縣境內(nèi)泉水出漏量較小，聯(lián)村集中供水工程不易采用泉水作為供水水源，而單村供水水源采用較多。主要優(yōu)點：（1）當?shù)氐乃Y源達到充分利用，有效控制了地下水的開采量，使所屬區(qū)域的地下水得到充分涵養(yǎng)。（2）山泉水水質(zhì)優(yōu)良是很好的飲用水水源。（3）水源建設(shè)形式簡單，投資費用較小，多數(shù)山泉水所處地形較高屬于高地泉，水借重力流向高位水塔，后期運行費用低。

圖5　沉陷附近路肩位置取芯圖

Figure 5The core-drilling samples in subsidence near the shoulder position

2.2排水現(xiàn)狀

調(diào)查結(jié)果表明省內(nèi)對于公路內(nèi)部排水的設(shè)計基本無，所采取的排水措施則是最簡便的通過路拱橫坡進行排水，有路緣石的路段，表面均有固定間距的刻槽，是為了防止溫度升高時，路緣石拱起造成破壞，每隔15～20 m做一個20 mm寬的脹縫，用切割機切割制成，并在表面上灰漿，且均有不同程度的堵塞，對于干線公路而言，是可以用來兼作路面及內(nèi)部排水使用的，具體將在后文中揭示。

圖6(a)所屬路段設(shè)計了OGFC — 13(玄武巖)的排水面層，基層是舊路經(jīng)碎石化處理后的半剛性基層，水分滲入路面結(jié)構(gòu)后，由于半剛性基層的致密性，水分會滯留在面層底面和半剛性頂面之間，如果不及時排出，易使路面過早出現(xiàn)裂縫等破壞。采取的排水主要是通過路拱橫坡來排水，路緣石上設(shè)置有脹縫，但橫向并未完全貫穿整個路緣石，與路面接觸部位仍是完整的路緣石，并沒有兼作排水功能來使用。

圖6(b)所示路緣石單純的進行了脹縫的設(shè)計，間距大約為100 m一道，該路段附近邊溝由于受到滑坡影響，邊溝部分被毀。圖6(c)(d)均屬不同路段的脹縫現(xiàn)狀圖，受到不同程度的堵塞。

在調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)有將脹縫兼做排水功能使用的，且效果不錯。也有在路緣石內(nèi)部提前預(yù)埋排水通道，進行排出路體內(nèi)部水分的措施，所取得的效果也很明顯。具體方案將在后文詳述。

另外，道路兩旁部分路段有設(shè)計邊溝，其形式多樣，而邊溝的使用現(xiàn)狀更是參差不齊(見圖7)。省內(nèi)干線公路所設(shè)計的邊溝以矩形和梯形為主，由于自然或人為的清理不及時甚至是為了個人便利填埋部分邊溝，導致了省內(nèi)邊溝存在不同程度的堵塞乃至破壞。

圖6路緣石脹縫圖

Figure 6The expansion joint in curb stone

圖7　邊溝現(xiàn)狀圖

3　路緣石排水改善方案

省內(nèi)基層多為半剛性基層，由于結(jié)構(gòu)層的致密性，極易在路面與路基之間滯留水分，若無法及時排出，會導致面層與基層的分離，易使路面過早出現(xiàn)裂縫等破壞。由于干線公路的資金配備有限，難以實現(xiàn)如高速公路那般完善的排水設(shè)計，因此，本文就現(xiàn)有狀況的條件下，進行路體內(nèi)部排水的改善分析。

① 設(shè)置路緣石綜合縫或開創(chuàng)排水通道。

當設(shè)計有普通路緣石時，其透水性并不好，且會定距設(shè)置縫隙，是脹縫、縮縫還有通縫[10]。3種縫布置的間距、縫寬、縫深均不同，為了兼具排水功能，將這幾種縫綜合起來，即為路緣石綜合縫。路緣石綜合縫不僅具有避免路緣石在收縮時產(chǎn)生不規(guī)則裂縫的功能，也具有排出路面內(nèi)部水的功能。

我省采用的瀝青路面結(jié)構(gòu)層基本為密實性好的結(jié)構(gòu)層，但仍不可避免的有雨水會下滲，尤其是在產(chǎn)生裂縫、坑槽等病害的位置。為了及時排出路面內(nèi)部的水分，綜合縫間距應(yīng)布置較密，在特殊路段，如縱坡坡底路段、降雨量集中多的路段可適當加密。為了不影響路緣石的整體性能，綜合縫應(yīng)每4～6 m設(shè)置一道，綜合縫橫向平面而言應(yīng)貫穿整個路緣石，即縫直接與路面結(jié)構(gòu)層相接，其縫的寬度應(yīng)為1～2 cm，縫的深度低于設(shè)計路段的路面結(jié)構(gòu)層厚度即可，寧深勿淺，一般為8～11 cm(見圖8)。

圖8　綜合縫設(shè)置圖Figure 8　Comprehensive seam setting chart

當路緣石直接與邊溝相接時，可直接在路緣石上鑿孔，為了便于清理通道，可將鑿孔的孔徑定為10～15 cm，位置位于距路緣石頂面10 cm左右即可，也就是略低于路面結(jié)構(gòu)層與路基之間的位置。更為簡便的方法就是在略低于路面結(jié)構(gòu)層與路基之間的位置縱向設(shè)置排水縫(見圖9)。為了保證路緣石的整體性，每道排水縫長度控制在10～20 cm，縫寬1～2 cm，每道排水縫的間距不應(yīng)太近。無論是鑿孔還是排水縫，都應(yīng)是貫穿整個路緣石的，即與路體結(jié)構(gòu)直接相接觸。

無論是設(shè)置綜合縫還是開創(chuàng)新的排水通道，其可操作性強，不僅能用于新建、改建的工程中，也能用于已建的工程上，且成本并不高。但需要定期進行綜合縫的疏通清理，保持其順暢排水。

圖9　排水縫設(shè)置圖Figure 9　Drainage seam setting chart

② 提前預(yù)留排水通道。

當路緣石直接與邊溝相接時，可通過在路緣石預(yù)留排水孔，或者排水管道將水排出。若采用排水管道，其橫向排水管坡度不小于5%。為了方便疏通及清理排水通道，橫向排水管宜采用不開孔的PVC管，管徑為10～15 cm。橫向排水管按間距25 m設(shè)置(如圖10所示)。為防止鼠類進入橫向排水管，橫向排水管的出口處用鐵絲網(wǎng)罩住或者使用土工布。若不采用預(yù)埋排水管道，也可采用特定模版進行預(yù)留排水孔的方法，等路緣石強度形成后拆掉模板即可。該方法可操作性較強，只適用于新建或者改建的工程中。

圖10　預(yù)留排水通道設(shè)置圖Figure 10　The reserved drainage channel setting chart

③ 設(shè)置新型路緣石。

根據(jù)張忠橋[11]的研究，可參考其思路，在有路緣石設(shè)計的路段上，采用新型的路緣石，即采用上下雙層復合結(jié)構(gòu)，上層為多孔混凝土，下層為細石混凝土，從而使得路緣石上層具有透水功能。上下兩層的具體厚度根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)層來確定，新型混凝土上下兩層的層間位置處于封層的位置即可。為了防止水分繼續(xù)下滲，可在多孔混凝土與細石混凝土之間設(shè)置返濾織物。透水基層下面采用的是1 cm瀝青封層(或者防水土工布)，可使返濾織物與防水土工布搭接。在設(shè)排水溝的一側(cè)，在排水溝與新式路緣石相接觸的位置預(yù)留排水孔，也可埋設(shè)排水管道。不設(shè)排水溝的一側(cè)，可不做處理(見圖11)。

圖11　新型路緣石設(shè)置圖Figure 11　New curb stone setting chart

該方法適用于新建或改建的工程中，其設(shè)計成本比普通路緣石的成本高，且需根據(jù)具體路段來設(shè)置比例。

4　結(jié)語

湖南省年降雨大，屬于多雨潮濕地區(qū)，結(jié)合整體調(diào)查情況來看，水損害是導致道路破壞的一個主要原因，而進入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水又是造成或加速路面損壞的主要原因。因此，將存在于道路結(jié)構(gòu)中的水分迅速排除出，是延長道路使用壽命的有效手段。無論采取何種方式，都應(yīng)注重后期的管理與維護工作，及時清理疏通排水通道，保證排水通道及邊溝的正常工作是尤為重要的。

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The Drainage Status of Hunan Provincial Trunk Highway and the Research of Its Improvement Plan

OU Yangning， ZOU Jingrong， LI Tao， ZHANG Zhiqiang

(School of Civil Engineering and Mechanics，Central South University of Forestry and Technology，Changsha，Hunan 410000，China)

For the early damage phenomenon of prevalent in Hunan Province national and provincial trunk highway, this paper survey the province trunk road disease status and drainage situation，combined with overhaul engineering construction, put forward the related improvement plan according to the curb stone.

trunk road； highway drainage； Indispensable； curb stone

2016 — 03 — 08

湖南省交通科技項目(201402)

歐陽寧(1992 — )，女，湖南永州人，在讀碩士研究生，研究方向為市政與道路工程。

U 418.5+4

A

1674 — 0610(2016)04 — 0130 — 05