[00129100]公路边坡仰斜排水孔长期性能及防淤堵对策研究

1、课题来源与背景： 本课题为广东省交通运输厅2013年度科技计划项目,项目合同编号：科技-2013-02-021。 我国的边坡失稳大多与水有关,理论分析表明,由于岩土饱水状态下边坡的稳定性系数比干燥状态时低0.5～0.8,可见边坡内部深层水的作用大大降低了边坡的稳定性,进而导致边坡发生水毁和滑坡等灾害。目前,国内外在公路、水利、岩土等工程的边坡处治工程中,普遍采用排水孔作为基本的排水设施。然而,仰斜排水孔的排水功能逐渐衰减,甚至失效的实例在工程中时有发生,使得边坡治理工程的长期效果得不到保障,危及工程稳定性和公路交通安全。主要原因有如下几方面： （1）边坡岩土体的物质组成差异大,即使在同一边坡的不同部位都存在差别。实际工程中,为了照顾材料采购、工程施工环节的可操作性,不得不牺牲材料选择的针对性,土工布选型往往没能严格按照规范要求进行。坡体内颗粒或者化学物质的迁移很容易造成土工布的机械或者化学淤堵。 （2）边坡地下水动态具有明显的季节性特征,仰斜排水孔大多为间歇性运行,即仅在雨季、或者某些降雨过程中才起到排水作用,土工布在较长时间内与大气接触,由于生物活动和氧化还原环境的变动作用,容易造成土工布的生物淤堵。 （3）土工布包在排水管外侧,无法清洗、更换,使得淤堵不断加剧,直至仰斜排水孔失效。 以上原因,使得挖方边坡岩土体长期受到地表水和地下水的浸渗作用而处于潮湿或过湿状态。水的渗透作用不仅降低了土体的强度参数,而且产生的静水压力和动水压力造成边坡受到不利的附件力作用,易造成边坡的损毁和滑坡。因此,高速公路建设中每年为此需要投入大量的工程变更费用用于边坡此类问题的整治。为了解决此类工程技术问题,通过深入研究边坡工程仰斜排水孔运行过程中淤堵的发生、发展规律,开发防止或者延缓淤堵的新产品和新技术,提出相应的运行维护方案,对于提高边坡治理工程的长期有效性,降低工程运行维护成本,具有十分重要的意义和推广应用前景,也将通过保障公路工程的安全运行,发挥显著的社会和经济效益。 2、性能指标： 通过课题的开展,在综合传统公路边坡仰斜排水孔的设计方法及其优点的基础上,系统地提出了一套基于新型可更换仰斜排水孔的开发、设计方法与施工工艺,并经模型试验及现场试验对比研究,结果表明该方法设计的新型可更换仰斜排水孔的排水能力相对于传统方法提高近3倍,而且抗淤堵性能和耐久性能也有所提升。同时,系统总了提出了一套适合公路边坡新型可更换仰斜排水孔养护的工艺及其装置,并经试验路实体工程检验,应用效果良好,在营运期经济效益显著,可节约养护费用达64%。 3、技术的创造性与先进性： 通过开展本课题研究,取得了如下几个方面的创新性研究成果： （1）通过对公路边坡排水设施的调研,明确了仰斜排水孔淤堵的影响因素,并提出了基于岩土体条件和排水孔类型的工程分类方法; （2）分析了边坡仰斜排水孔淤堵的颗粒流运动机理,揭示了公路边坡仰斜排水孔淤堵的发生与发展规律; （3）研发了一套新型边坡可更换仰斜排水管——曲纹网状PE硬式透水管,其具有透水面积大、抗压强度高、反渗效果好、适应温度范围广、耐候性强、长期稳定性好等材料结构特征;具有可更换、易清洗、防淤堵、施工和养护方便等技术优点,可在路基排水和边坡排水工程中推广应用。 （4）提出了基于新型可更换仰斜排水孔的设计方法,建立了配套施工工艺和质量控制标准。 其中,本课题通过室内模型试验与离散元程序（颗粒流）相结合的方法,所揭示的公路边坡仰斜排水孔淤堵和失效的原因与机理,以及新型边坡仰斜排水孔防淤堵新技术——新型边坡可更换硬韧组合双层曲纹网状透水管,经查新机构查证,未见国内外相关研究领域内的文献报道。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性： 新型排水管产品基于已有的成熟的工程应用经验,采用优良的结构设计方案以及管材制作工艺,有效地解决了PVC排水管等传统管材易淤堵、长期排水性能差以及更换难等缺点,产品技术成熟、性能可靠。本成果适用于山区公路路堑边坡、路基工程、隧道工程、桥梁锥坡、垃圾填埋场、水利大坝和其它山体排水工程中。 5、应用情况： 新型可更换硬韧组合双层曲纹网状透水管及配套产品已进行了批量化生产,相关产品分别在包茂高速、潮惠高速、罗阳高速、仁博高速、汕湛高速以及兴华高速等项目的边坡工程、路基工程和隧道工程中进行了应用。至目前为止,排水管运行状况良好,排水通畅,未出现淤堵现象。