第三节 地下排水的施工
公路路基常用的地下排水设施，按其作用和使用条件不同，主要分为明沟、盲沟、渗沟和渗井等。对于水量不大的地下水以渗透为主汇集水流，可以就近予以排除。如遇有大量水流，则应当另设专用地下沟管予以排除。
埋置于地下的排水设施，不仅施工中比较复杂，而且在经常性的养护维修中也比较困难，所以要求地下排水设施应当牢固有效。排除地下水的总原则是：将危及路基整体稳定和局部稳定或严重降低路基强度的地下水，采取拦截、旁引、汇集、排除含水层的地下水，降低地下水位，以及采取隔离措施进行处理。
一、地下排水设施的种类
（一）明沟
明沟主要拦截和引排路堑边坡上侧边沟外侧的上层滞水或浅层地下水，或路床上零星分布的泉水，含水层深度小于2m的上层滞水。明沟易于修建、清理、养护和维修，因此能用明沟时则不用渗沟排水。
明沟通常设置在路基边缘，尽量与地表排水边沟相结合，此时明沟具有排泄地表水和地下水的双重功能。这种明沟的断面尺寸应适当增大，但深度不宜大于2m，以免沟坡产生失稳，影响行车安全。当明沟深度大于1.2m时，则采用槽形的横断面，底宽一般为0.80m。
明沟沟壁与水层接触面需设置渗水孔及反滤层。渗水孔的数量和孔径根据地下水流量和含水层性质而定，一般孔径为10cm，孔距为100～200cm，沟壁最下一层渗水的底部要高出沟底0.20m以上。反滤层多采用砂砾、碎石等材料，可直接在沟壁或墙背回填，厚度一般为10～15cm，也可采用土工布配合碎石作反滤层。沿沟槽每隔10～15m或当沟槽通过软硬岩层分界处时，应设置伸缩缝或沉降缝。
（二）盲沟
设在路基边沟下面的暗沟称为盲沟，如图3-16和图3-17所示，其目的是拦截或降低地下水。盲沟通过边沟内分层填筑不同粒径的颗粒材料，利用其透水性将地下水汇集于沟内，并沿沟排泄到指定的地点，其水力特性属于紊流。
图3-16 一侧边沟下设置的盲沟
1—盲沟；2—层间水；3—毛细水；4—可能滑坡线
图3-17 两侧边沟下设置的盲沟
1—原地下水位；2—降低后地下水位；3—盲沟
图3-16为一侧边沟下面所设置的盲沟，用以拦截流向路基的层间水，防止路基边坡滑塌和毛细水上升而危害路基。
图3-17为路基两侧边沟下面所设置的盲沟，用以降低地下水位，防止毛细水上升至路基工作区范围内，形成水分积聚而造成冻胀和翻浆，或者土基过湿而降低强度等。
图3-18是设在路基挖方与填方交界处的横向盲沟，用以拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水，保持路堤填土不受水害。
图3-18 路基挖方与填挖交界处的横向盲沟
1—盲沟；2—边沟；3—路堑；4—路堤
简易盲沟的构造，断面一般呈矩形，当边坡陡于1∶0.2时，也可以呈上宽下窄的梯形，底宽b与深度h之比大致为1∶3，b=0.3～0.5m，h=1.0～1.5m。沟内下部的填石，粒径一般可为3～5cm，水可在填石缝隙中流动；为防止细料堵塞缝隙，粗粒径石块的上部和两侧，分层填入颗粒较细粒料，每层厚度约为10cm，逐层的粒径大致按照6倍进行递减。盲沟的顶面与底面，一般设有0.30m厚的隔水层，其结构如图3-19所示。
图3-19 盲沟结构示意
1—粗粒碎石；2—细粒矿料；3—不透水层
盲沟作为一种地下排水设施，其排水量比较小，长度也比较短，一般以50m为限，沟底应具有1%～2%的纵坡，盲沟出水口应高出口外最高水位20cm，以防止水流产生倒渗。
（三）渗沟
渗沟是盲沟中的一种特殊形式，按其结构形式可分为盲沟式渗沟、洞式渗沟和管式渗沟3种，如图3-20所示。
图3-20 渗沟的三种结构形式（单位：cm）
1—黏土夯实；2—双层式反铺草皮；3—粗砂；4—石屑；5—碎石；6—浆砌片石沟洞；7—预制混凝土管
盲沟式渗沟与上述的简易盲沟相仿，但其构造更加完善。当地下水流量较大，要求埋置更深时，可在沟底设置洞或管，前者称为洞式渗沟，后者称为管式渗沟。
渗沟的位置与作用，与简易盲沟基本相同，但尺寸可更大，埋置可更深。渗沟的具体尺寸应通过水力计算而确定，埋置深度可达5～6m以上。
渗沟设置洞或管，实质上相当于沟底埋置可以渗水的涵洞。图3-21是洞式渗洞结构图，其中在涵洞盖板上预留渗水孔，洞底宽度b约为20cm，洞高约为20～30cm，盖板长度约为2b，板的厚度一般应不大于15cm。洞身一般设在不透水层内，以利洞内的水排出路基，如果地基潮湿软弱，应设置砂石基础。为便于排水畅通，洞身应具有大于0.5%的纵坡。
图3-21 洞式渗沟结构示意（单位：cm）
1—浆砌块石；2—盖板；3—碎砾石；4—砂；5—双层反铺草皮；6—基础
图3-22为管式渗沟的预制管，管径D由水力计算而确定，一般为0.40～0.60m，管壁上交错预留渗水孔，以便汇集沟内的渗水。泄水管应铺设在人工基座上，纵坡应采用1%～3%，并注意保温防冻。
图3-22 管式渗沟的管身断面
1—预制管；2—渗水孔；3—基层
（四）渗井
渗井是一种立式地下排水设施。在多层含水的地基上，如果影响路基的地下含水层较薄，且平式渗沟排水不易布置时，可以考虑设置立式渗水井，向地下穿过不透水层，将上层含水引入下层渗水层，以利于地下水扩散排除。必要时还可以配合渗沟而设置渗井，平竖结合以便排除地下水。图3-23为路基内的渗井示意。
图3-23 渗井结构与布置示意
渗井的孔径与平面布置，应通过水力计算而确定，通常采用圆柱形或正方形，其直径或边长约为1.0～1.5m，井深应根据地层构造而定，以深入下面渗水层能够向下渗水为限。井内应填透水性良好的砂石材料，粒径要求为井中间的最粗，逐层向外粒径减小。填入的砂石材料，应进行筛分冲洗，规格一致，不含杂物，施工时应用铁皮套筒进行分隔，分层填入相同粒径的材料，避免大小粒径混填，以保证设计所要求的孔隙，减少透水层的堵塞现象，达到排水的预期效果。
二、地下排水设施的施工工艺
（一）排水沟和盲沟施工的规定
（1）当地下水位较高、潜水层埋藏不深时，可以采用排水沟或盲沟来截流地下水及降低地下水位，沟底宜埋入不透水层内。沟壁最下一排渗水孔（或裂缝）的底部宜高出沟底不小于0.2m。排水沟或盲沟设在路基旁侧时，宜沿着公路路线方向进行布置，设在低洼地带或天然沟谷处时，宜顺着山坡的沟谷走向布置。
设置的地下排水沟也可兼排地表水；但在严寒地区和寒冷地区不宜用于排除地下水。
（2）排水沟或盲沟采用混凝土浇筑或浆砌片（块）石砌筑时，应在沟壁与含水地层接触面的高度处，设置一排或多孔向沟中倾斜的渗水孔。沟壁外侧应填筑透水性良好的粗粒材料或土工合成材料制成的反滤层。沿沟槽每隔10～15m或当沟槽通过软硬岩层分界处时，应设置伸缩缝或沉降缝。
（二）渗沟施工的规定
（1）渗沟有填石渗沟、管式渗沟和洞式渗沟3种形式，无论何种形式的渗沟均应设置排水层（或管、洞）、反滤层和封闭层。
（2）填石渗沟（盲沟式）施工要求如下。
①填石渗沟通常采用矩形或梯形，在渗沟的底部和中间用较大粒径（3～5mm）的碎石或卵石填筑，在碎石或卵石的上部和两侧，按一定比例分层（层厚约为15cm）填筑颗粒较细的（中砂或粗砂），做成反滤层，逐层的粒径比例，大致按照4∶1递减。砂石料颗粒小于0.15mm的含量不应大于5%。用土工合成材料包裹有孔的硬塑料管时，管的四周应填以大于塑管孔径的等粒径碎石或砾石，组成渗沟。顶部作封闭层，用双层反铺草皮或其他材料（如土工合成的防渗材料）铺成，并在其上面夯填厚度不小于0.50m的黏土防水层。
②填石渗沟的埋置深度，应满足渗水材料的顶部（封闭层以下）不得低于原有地下水位的要求。当排除层间水时，渗沟底部应埋置于最下面的不透水层上。在冰冻地区，渗沟埋深不得小于当地最小冻结深度。
③填石渗沟只宜用于渗流不长的地段，其纵坡坡度不宜太小，一般宜采用5%。出水口底面的标高，应高出沟外最高水位0.20m。
（3）管式渗沟主要适用于地下水引水较长、流量较大的地区。当管式渗沟长度为100～300m时，其末端宜设置横向泄水管，以便分段排除地下水。
管式渗沟的泄水管可用陶瓷管、混凝土管、石棉管或塑料管等，在管壁上应设置一定数量的泄水孔，交错布置，间距不宜不大于20cm。渗沟的高度应使填料的顶面高于原地下水位。沟底垫枕材料一般采用干砌片石；如果沟底深入到不透水层时，宜采用浆砌片石、混凝土或土工合成的防水材料。
（4）洞式渗沟主要适用于地下水流量较大的地段，洞壁宜采用浆砌片石砌筑，洞顶应用盖板覆盖，盖板之间应留有一定的空隙，能使地下水流入洞内，洞式渗沟的高度要求与管式渗沟相同。
（5）渗沟的平面布置。除路基边沟下（或边沟旁）的渗沟应按照公路路线方向布置外，用于截断地下水的渗沟的轴线，均宜布置成与渗流方向垂直。用作引水的渗沟应布置成条形或树枝形。
（6）渗沟沟内用作排水和渗水的填充材料，常用的有碎石、卵石和粗砂等，在填筑前应经过筛选和清洗，以确保其粒径和质量符合要求。
（7）渗沟的出水口宜设置端墙，端墙下部留出与渗沟排水通道大小一致的排水沟，端墙排水孔底面距排水沟底的高度不宜小于0.20m，在严寒和寒冷地区不宜小于0.50m。端墙出口的排水沟应进行加固处理，以防止产生冲刷。
（8）渗沟顶部应设置封闭层，封闭层通常采用浆砌片石、干砌片石水泥砂浆勾缝，用黏土夯实，其厚度一般为50cm，下面铺双层反铺草皮或土工布。在严寒和寒冷地区沟顶填土高小于冰冻深度时，应设置保温层，并加大出水口附近的纵坡。保温层可采用炉渣、砂砾、碎石或草皮铺筑。
（9）渗沟排水层（或排水管、排水洞）与沟壁之间应设置反滤层。反滤层应选用颗粒大小均匀的砂、石材料分层埋填，相邻两层的颗粒粒径比例不宜小于1∶4。
（10）渗沟基底应埋入不透水层，渗沟沟壁的一侧应设反滤层汇集水流，另一侧用黏土夯实或浆砌片石拦截水流。如果含水层很厚，沟底不能埋入至不透水层时，两侧沟壁均应设置反滤层。
（11）渗沟的开挖宜自下游向上游进行，并应随挖随即支撑和迅速回填，开挖后不宜暴露太久，以免造成渗沟坍塌。采用支撑的渗沟应间隔开挖。
（12）当渗沟开挖深度超过6m时，必须选用框架式支撑，在开挖时自上而下随挖随加支撑，施工回填时应自下而上逐步拆除支撑。
（13）为便于检查维修渗沟，每隔30～50m或在平面转折和坡度由陡变缓处设置检查井。检查井一般采用圆形，内径不小于1.0m，在井壁处的渗沟沟底应高出井底0.30～0.40m，井底铺一层厚度为0.10～0.20m的混凝土。检查井的井基如遇到不良土质，应采取换填和夯实等措施。对于兼起渗井作用的检查井的井壁，应在含水层范围设置渗水孔和反滤层。深度大于20m的检查井，除应设置检查梯外，还应设置安全设备。井口顶部应高出附近地面约0.30～0.50m，并应设井盖。
（三）渗井施工的规定
（1）当路基附近的地面水或浅层地下水无法排除，影响路基的稳定时，可以设置渗井，将地面水或地下水经渗井通过不透水层中的钻孔流入下层透水层中排除。
（2）渗井的直径一般为50～60cm，井内填充材料按层次在下层透水范围内填碎石或卵石，上层不透水层范围内填粗砂或砾石，填充料应采用筛选冲洗过的不同粒径的材料，应层次分明，不得粗细材料混杂填塞，井壁和填充料之间应设反滤层。
（3）渗井离路堤坡脚的距离不应小于10m，渗水井顶部四周（进口部分除外）用黏土筑堤围护，井顶应加混凝土盖，严防渗井产生淤塞。
（四）渗池与暗管施工的规定
（1）渗池与暗管通常是由渗池汇集山坡地下水，再由暗管配合排出。这种形式适用于一般寒冷地区和严寒地区，并要求渗池与暗管埋设于当地冰冻线以下的土层中。
（2）渗池多来用矩形，其中间填片石或块石，四周填粗砂、砾石作反滤层，池底及水源不接触的壁面采用草皮、黏土做成隔水层，渗池顶部应高于含水层顶面20cm，暗管底面应低于含水层底面。
（3）暗管可用陶瓷管、瓦管、混凝土管或塑料管制成，暗管纵坡坡度不得小于0.5%，管底应用碎（砾）石及粗砂垫平，暗管四周的填土应夯实，以防止出现过大沉降。
（五）土工织物用于地下排水时的规定
（1）排水隔离层的设置。在承压地下水或地下水比较丰富的地方修筑路基时，可用土工织物在原地面与路基交界处设置排水隔离层，也可以在路基的内部设置排水隔离层，把地下水引入边沟，把从路面浸透的水隔离。
用于排水的隔离层应符合以下技术要求。
①用于隔离层的合成纤维土工织物，其最小抗拉强度不应小于50Pa。
②合成纤维织物铺在地面上，应用木桩或石块固定就位，其搭接长度纵向和横向宜为100cm。
③在合成纤维织物上的铺筑材料，要求选用质量合格的矿渣、碎石或砾石，其最大粒径为30cm，通过20cm筛孔的材料不得大于10%，通过0.074mm筛孔的材料其塑性指数不得超过6%。铺筑材料应采用重型机械进行压实，其最小厚度为50cm。
④排水隔离层顶面要高出地下水位30cm以上，隔离层无论采用何种施工方法，均不得使下层土产生大的扰动。
（2）为了改善渗沟的排水功能并提高其耐久性，管式渗沟可用土工织物包裹带渗水孔的参管。洞式渗沟可用土工织物铺在盖板上，以阻止细砂土流入渗沟而造成淤积。
（3）渗沟或渗沟的排水层、反滤层填充料，可用土工织物包裹起来与沟外砂土隔离，使其增加使用年限和增强排水效果。
（六）承压水排除的规定
对于一般地区和寒冷地区承压水的排除（包括冻结沟和保温沟等设施），应按下列规定进行布置和施工。
（1）对于一般地区，埋深较浅的承压水可采用在承压水出口处抛填片石或用混凝土预制块扣压等消能措施，使其变为无压水流后再采用排水沟或渗沟将水排除，也可采用排水隔离层把承压水引入排水沟。
（2）埋藏于两个隔水层之间的含水层中的重力水，在一般地区可以根据不同的含水情况和压力情况，采用渗沟、排水渗井及渗池和暗管等措施排除。
（3）在寒冷地区埋藏于冻土层以下的承压水，可以采用以上的措施将水排除，但如果因地形或其他条件所限制，排水设施未能埋设于当地冰冻深度以下时，上层的填土应采取可靠的保温措施。为确保排水畅通，不至于因冰冻而出现堵塞，与排水设施出水口相连接的沟槽应做成保温沟。
（4）保温沟是在沟槽的顶部设置的保温覆盖层，其布设范围应在排水设施的出口向外延伸2～5m，必要时应加大出水口排水沟的纵坡，使出口的水流速度比较快，而不至于产生冻结。
（5）在山坡较平缓、含水层和覆盖层均较浅，而且涌水量、动水压力都不大的情况下，可在覆盖层中挖掘冻结沟，使含水层袒露于负气温下产生冻结，使水源封冻于路基以外。
（七）特殊气候积聚水排除的规定
（1）对于埋深较浅的积聚水，可采用渗沟、排水渗井及砂桩等方法进行排除。对于深层积聚水，如果对路基造成危害，可采用深埋（深度大于6m）渗沟法排除。
（2）砂桩由钻孔填砂而成，其钻孔直径一般为15～20cm，砂桩的深度必须穿过不透水层而达透水层中，在寒冷冰冻地区砂桩底部应在冰冻线以下30cm，砂桩平面应按梅花形布置，其间距为0.5～2.0m。