路基工程论文

路基的排水和防护

摘要：水是危害路基的主要自然因素。路基的沉陷、冲刷、坍塌、翻浆等病害，都不同程度地与地表水和地下水的侵蚀有关。水的作用加剧了路基和路面结构损坏，缩短了它们的使用寿命。因此，路基排水设计是公路工程的重要组成部分，对保证公路的使用性能和使用寿命具有重要作用。

1.路基排水

路基排水指的是为保证路基稳定而采取的汇集、排除地表或地下水的措施。为防止和控制路基受水侵害而设置的拦截引排地表水（降水及雨雪形成的地面径流）及地下水（上层滞水、潜水及层间水等）的系统。

水对土体的浸湿、饱和及冲刷作用，常常会造成土体的强度降低，导致路基的各种病害发生，如：基床产生翻浆冒泥、下沉和冻害，路基边坡产生滑动和坍塌等，影响线路的正常运营。为了保持路基的稳定，使路基能经常处于干燥和坚固状态，应将可能停滞在路基范围内的地面和地下水及时排除，并防止路基范围以外的水流入或渗入路基范围内。因此，必须建立好良好、完善的排水系统，做好路基范围内的地面水和地下水的排水工作。

1.1路基排水设计

要因地制宜，经济实用，选用适当的排水设备，结合农田水利等各种排水设施和水利工程进行综合设计，井应和桥梁、隧道、车站等排水建筑物相顺接。

路基排水主要的设计原则：

（1）路基设计应有完善、通畅的排水系统，排水设施应布置合理，与桥涵、隧道、车站等排水设施衔接配合，并具有足够的过水能力；

（2）排水设施应根据各段落的汇水面积、表面形状、周边地形、地质情况、地下水状况和气候等条件进行设计；

（3）设计时应首先注意保护农田的水利排灌系统和水土保持工程，并尽量考虑农田水利综合利用，少占耕天和良田；

（4）城市地区的路基排水应与地方灌溉和排污系统密切配合。

1.2路基排水的任务

路基排水的任务是把路基工作区内的土基含水量降到工程容许范围内以保证路基稳定的工作状态。

1.3路基地面排水

路基地面排水的目的主要是将桥涵间路基两侧的地面水截引至附近桥涵或沟谷，使地表水迅速排离路基范围，防止地表水停滞下渗或流动冲刷而降低路基的稳定性。路基地面排水的主要工作包括沿线地面排水系统的设计和地面排水设备的设置。

1.3.1路基排水系统的设计

沿线地面排水系统的设计就是根据线路平面和纵断面图，以及沿线的地形、地势和水文条件，作出总的排水规划，研究桥涵、隧道、车站等过水建筑物布置的合理性，设置必要的路基排水设施极其适宜位置和排水方向，将路基范围内的地面水以及可能流向路基的地面水导入顺畅的排水通道，最终排入沟河。其主要的设计原则有：

（1）地面排水系统应布置合理，避免勉强改沟或合并天然沟，在天然沟槽不甚明显的漫流地段，应设置足够的过水建筑物，并在其上游设置必要的束流设施，以防病害发生；

（2）排水设施应基本上顺线路方向布置并位于路基本体较近的范围内，以最大限度地

发挥其效用，并尽量选择在地质比较稳定和地形较平缓的地带设置沟渠，以防排水系统的变形，保证路基边坡的稳定；

（3）排水设施大体上沿等高线布置，设计为多段直线相连，其转向处尽可能用较大半径（不小于5m）的圆曲线连接；

（4）为使水流通过最短通路迅速排出路基本体外，不宜采用长距离的排水沟，以免增加养护困难，节省养护费用，争取既经济又适用。

1.3.2地面排水设备的设置

包括侧沟、排水沟、天沟、截水沟、急流槽和排水沟槽。

（1）排水沟

排水沟位于路堤护道的外侧，用于排除陆地范围内的地面水和截排自由野方向流向路堤的地面水，在地面横坡不明显的平坦地段，可设置双侧排水沟；当地面横坡较陡时，排水沟应设置于地面迎水一侧。当有取土坑时，也可利用取土坑排水。

（2）侧沟

在路堑地段或线路不挖不填地带，位于路肩边缘外侧，用以汇集和排除路堑范围内的地表水，在一般情况下，侧沟的横断面和纵坡设计与排水沟相同；但对基床表层换填A、B填料的土质路堑，其侧沟深度不应小于0.8m。

（3）天沟（截水沟）

天沟位于堑顶边缘适当距离处，用以截排堑顶边缘适当距离处，用以截排堑顶上方流向路堑的地表水；截水沟一般设置于较深路堑的边坡平台上，或设于汇水面积和流量较大的路堑天沟外侧。堑顶外可设置单侧或双侧天沟，路堑顶部无弃土堆时，天沟内边缘至堑顶距离不宜小于5m，当沟内采取加固防渗措施时，距离不宜小于2m。

（4）缓流井

为了缓和纵坡过大段水流的流速，可以设缓流井。缓流井为井形构造，所以，进水口和出水口高差可以很大，可达15m以上。它常设于地面高差很大、地形陡急、水流量又较大的情况下。缓流井的出水口应高于井底，以井底为消能设备。

（5）跌水

在地形陡峻地段的天沟、截水沟，两端高差很大而水平距离很短时，可用主槽底部呈台阶状的单级或多级跌水连接。

（6）急流槽

采用片石或混凝土等材料建造，也常用于连接水沟纵坡过大的构段。急流槽的纵坡大，可达1:2，水流急时，可在出口设置消能槛，消力池等装置。设置路堑边坡上的急流槽又称吊沟。急流槽的横断面设计与跌水相同。

1.3.2地面排水设备的一般设计要求

（1）排水沟、侧沟、天沟（截水沟）的横断面应具有足够的过水能力，在一般情况下，因汇水面积不大，流量不多，可直接采用以上规范的断面尺寸和有关规定：否则应按1/50洪水频率流量进行横断面设计，沟顶应高出设计水位0.2m。

（2）排水沟、侧沟、天沟的构造可根据土质、防渗要求和流速的大小等采取夯排表层、三合土锤面、单层栽卵石护面、干砌或浆砌片石或混凝土板护面等。

（3）土质、软质岩、强风化或全风化的硬质岩石地段的排水沟、侧沟、天沟应采取防止冲刷或渗漏的加固措施，必要时可设垫层。

1.3路基地下水的排除

地下水对路基和周围山体的强度和稳定性有很大的危害和影响，因此作好路基地下水的排除，对保证路基的稳定和正常使用关系极大。

1.3.1 排除路基地下水的主要设施

地下水可大致分为承压水和无压水（如潜水）；又可根据其存在环境分为裂隙水、孔隙水；岩溶地区活动于溶洞、地下河等岩溶构造中的溶洞水，以及多年冻土地区的层上水等。降低路基地下水及排除地下水设施的选择，应根据类型的地下水及工程具体条件、要求确定。

2.路基防护

路基属于完全暴露于大自然的露天工程，不可避免地受到自然环境的影响。易于冲蚀的土质边坡和易于风化的岩石路堑边坡施工完成后，在长期的自然风化营力和雨水冲刷作用下，将发生溜坍、掉块和冲沟等坡面变形和破坏；而修建在河滩上和水库边的路堤，必然经常的或周期性的受到水流的冲刷作用，路基的边坡和稳定性必然受到很大的影响而遭破坏。因此，必须综合考虑这些因素，并结合现场的材料条件，选择适合的防护类型。

路基防护的主要内容包括路基坡面防护和路基冲刷防护两部分。

2.1 路基坡面防护

地表水沿路基坡面流动的速度，与边坡坡度和坡面状态有关，缓坡、坡面粗糙及有草木生长时流速小，反之就大。地表水流对坡面的破坏，最初被洗蚀，冲走细小颗粒并搬运到侧沟中，日积月累，坡面出现鸡爪状沟，深浅不一的冲沟，进而坍滑、错落、掉块，最终失去稳定。因此，应及时进行坡面防护。当坡面由易分化岩石或疏松土层组成，或由于爆破施工，使边坡岩土层松动，更应首先采取坡面防护措施，以策安全。

坡面防护应根据路基边坡的土质、岩性、水文地质条件、边坡坡率与高度等，选择适宜的防护措施。

2.1.2路基坡面防护工程常用类型

（1）植被防护

边坡植被防护是指利用人工培植边坡植被，使植物的根系产生加固边坡表层土的作用，同时利用植物的枝叶保护坡面，防止或减少降水尤其是暴雨对边坡的冲刷以保护植被。植被防护又可以改善环境，且施工简单、费用低廉，是一种效果较好的坡面防护方法。

依照采用植被防护的方式不同，有种草、铺草皮和植树几种措施。

（2）坡面的补强及加固

易风化的岩质边坡坡面常常发生风化剥落和坡面水流的侵蚀。为防止山区易风化岩质边坡产生变形，危及线路和运营安全，可采用坡面的补强及加固措施。补强及加固措施包括勾缝和灌浆、抹面、喷浆和锚杆铁丝网喷射混凝土等。

（3）砌石边坡

砌石防护适用于边坡坡度缓于1:1的各类土质及岩石边坡。当坡面受地表水流蚀产生冲沟，表层溜坍或剥落时，均可采用砌石防护。

砌石防护有干砌片石护坡和浆砌片石护坡，浆砌片石护墙（有一定厚度）。

2.2路基冲刷防护

由于地形的限制，不得不将路基修筑在河谷地带或水库旁，路基必然经常或周期性的受到水流的冲刷作用。当路基本体或部分边坡伸入河床范围，对水流产生约束，改变水流特性，将导致更严重的水流冲刷。河滩路基、滨河路堤及水库路基都必须妥善解决路基的冲刷防护问题，从而提高路基的抗洪能力，确保路基安全、稳定。寒冷地区冬期还存在着河流或水库冰封、流冰，产生冰压力而导致对路基的损害。

2.2.1路基冲刷防护的类型

路基冲刷防护工程一般分为直接防护、间接防护和改河工程。设计时应根据水流特性、河道地貌、地质等情况选用适宜的防护类型。

汛期洪水对路基的威胁更为严重，水流对路基的冲刷乃至冲毁，会造成列车安全运行的威胁和铁路设施的严重破坏，对于汛期水害曾付出过昂贵的代价。因此，必须采取正确的路基冲刷防护措施。

2.2.2常用路基冲刷防护措施

（1）直接防护：直接防护主要是对河岸或路基边坡和基底的直接加固，以抵抗水流的冲刷作用。其特点是可以尽量不干扰或少干扰原来水流的性质，易遭受洪水破坏，但由于这类工程直接建筑再受冲刷的河岸或路堤边坡及基础部分，因此直接防护建筑物必须具有足够的坚固性与稳定性。常用的直接防护类型有草皮护坡、抛石防护、片石护坡、混凝土板及混凝土柔性板块和石笼护坡。

（2）间接防护：间接防护是根据防护要求和河道平面的轴线，合理确定导致线，选择导流建筑物的类型及其平面布置，然后设计导流建筑物的尺寸。间接防护的主要内容有导治线的设计和导流建筑物的类型。

（3）改河工程：改移河道包括新河道的平面设计、纵断面及横断面设计等，相对于其他措施而言是一项技术复杂、工程浩大的工程。河流在其天然演变及形成发展过程中有其特殊的规律，对天然河道一般不宜轻易改移，必须改移时应因势利导、慎重从事，并切忌改移不稳定的河道。出于路基冲刷防护目的的改河工程，一般只在局部地段改动，并要求新河道能顺应河势大体，符合该河道的天然特性。根据以往的实践经验，由于改河不当而遭致失败之事不少。

参考文献：

[1]路基工程.北京：中国建筑工程出版社，2013

[2]铁路路基设计规范（TB10001—2005）.北京：中国铁道出版社，2005

[3]公路路基设计规范（JTGD30—2004）.北京：人民交通出版社，2004