一种用于铁路路基边坡的水钉排水系统及其施工方法技术领域
本发明涉及一种路基边坡的排水系统，具体涉及一种用于铁路路
基边坡的水钉排水系统，还涉及该排水系统的施工方法。
背景技术
铁路路基边坡的地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降等)
已严重影响到铁路这种生命线工程的安全与正常运营。据统计，99％
以上的地质灾害的产生都与水的活动有关。土工构造物特别是边坡和
挡土墙后的填土，若不能迅速有效地排除大量存在或渗入土体中的
水，常常会导致滑坡和挡土墙倒塌。特别是暴雨天气，大量雨水下渗
入土，水的处理更加迫切，需要及时有效地排走，这对确保铁路的安
全运营至关重要。
目前，路基边坡的排水方式主要是重力式排水，即在常规排水管
顶部及侧面间隔开孔，利用孔洞收集饱和水，同时还需用无纺布包覆
整个排水管，周围填碎石及砂层，无纺布、碎石和砂层作为过滤层。
土颗粒在水头压力和重力作用下下沉并与水一同进入排水管内，容易
导致泥土流失和堵塞排水管，严重时甚至导致地表下沉，或堆积在滤
层无纺布上造成排水管表面排水孔洞堵塞，使排水管的排水功能失
效。实际调研和观测表明，边坡、挡墙以及路基等构筑物所埋设的常
规排水孔，在使用较长的时间后，大多产生了堵塞甚至完全丧失排水
功能。
中国发明专利“排水方法”(专利号：ZL97115515.1)及中国发明
专利“排水方法及使用于此方法的排水管”(专利号：ZL99126199.2)，
其存在的问题是：铁路路基边坡传统排水材料易堵塞、效率低，线路
行车密度大，施工时间短，施工空间狭窄。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题提供一种排水管不易堵塞、效
率高的用于铁路路基边坡的水钉排水系统。
本发明所要解决的第二个技术问题提供一种施工时间短、施工方
便的用于铁路路基边坡的水钉排水系统的施工方法。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的用于铁路路基边坡
的水钉排水系统，多根水钉之间采用水钉接头连接，多根所述的水钉
与集水管之间采用二通和/或三通，所述的排水管或所述的水钉出水
口处安装有弯头。
所述的水钉是由PVC管或PE管外裹一层毛细式透排水带组成，
所述的毛细式透排水带为公开号为CN1206058中国“排水方法及使用
于该方法的带状排水件”中公开的毛细式透排水带，所述的毛细式透
排水带能主动将路基中的水分吸入其内。
所述的水钉长度为1～2m,内径为50mm或75mm。
所述的水钉与地面间的夹角为5°～45°。
所述的水钉接头的长度为6cm,所述的水钉接头的内径大于所述
的水钉的外径1～3mm，所述的水钉接头中间部分内壁设置宽2mm的内
圈，所述的水钉接头上方为斜坡状，所述的内圈的下方平齐，所述的
内圈上方均匀设置三个高3mm、宽1mm的支点，所述的支点与宽2mm
的所述的内圈形成汇流室。
所述的水钉接头安装方向根据所述的水钉的内壁水流方向确定，
上一节所述的水钉的出水端联结所述的水钉接头的支点端，下一节所
述的水钉的进水端联结所述的水钉接头的内圈端。
所述的二通和三通内径大于所述的水钉的外径1～3mm。
联结所述的集水管的端处的所述的水钉的100mm范围内接外径与
所述的集水管相同的PVC管或PE管，方便与所述的二通和三通的安
装。
所述的水钉的起始端利用与所述的水钉的内管相配对的堵头或
管帽堵住所述的水钉的内管，防止泥土进入内壁，所述的集水管的出
水端是开放的。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的施工用于铁路路基
边坡的水钉排水系统的方法,包括以下步骤：
(1)、选用满足铁路最小安全距离要求的钻机以加套管的方式将
水钉送入到预定深度，水钉之间利用水钉接头联结；
(2)、安装好水钉后，将套管拔出；
(3)、将出露的水钉通过二通、三通与集水管联结，导排水流；
(4)、在坡面和挡墙上开挖沟槽安设集水管，并覆盖；
(5)、利用集水管将收集的水引出到路基侧沟，为防止冲刷路基，
集水管终端安装一弯头。
本发明所提供的用于铁路路基边坡的水钉排水系统及其施工方法
与传统的排水系统相比，造价低，质量可控，可以重复使用；有效集
水面积大且均匀，集水效果快，排水效率高；防淤堵性能好，使用寿
命在30年以上；有效保持水土，绿色环保；能够有效控制由过饱和
水引起的地质灾害，保证铁路的安全运营。
本发明是在中国发明专利“排水方法”(专利号：ZL97115515.1)
及中国发明专利“排水方法及使用于此方法的排水管”(专利号：
ZL99126199.2)基础上，针对铁路路基边坡传统排水材料易堵塞、效
率低，线路行车密度大，施工时间短，施工空间狭窄等难题，开发的
一种更加具有操作性、实施性以及绿色环保的排水系统。
本发明通过至少一个三通或两通将水钉与集水管有效联结，对边
坡内不同深度的积水进行分级疏导，全方位有针对地排水。
本发明通过弯头将水钉或集水管排出的水限制流向，使坡内积水
得到了快速导出的同时，不造成坡面漫流，冲刷路基。
本发明通过设置水钉里端高程大于外端高程，与地面成一定角度
是为了加快排水速率。
该方法成功解决了线路行车密度大、施工时间短、施工空间狭窄
等难题，加快了铁路路基边坡的施工。该发明将通过在既有路基边坡
中钻孔置入水钉，实现全方位、全长度排水，长期排水效率高，施工
快速，且具有不会带走泥砂和防堵的特性。
综上所述，本发明是一种排水管不易堵塞、效率高的用于铁路路
基边坡的水钉排水系统。其施工时间短、施工方便。
附图说明
图1是本发明中多节水钉节段联结图。
图2是本发明中水钉接头立面图。
图3是本发明中水钉接头平面图。
图4是本发明在既有边坡上的横断面布置图。
图5是本发明在既有边坡上的集水管梅花型布置图。
图6是本发明在既有边坡上的集水管网行列式布置图。
图7是水钉与锚杆相对位置图。
图中：1-水钉，2-集水管，3-二通管，4-三通管，5-水钉接头，
6-水钉接头内圈，7-水钉接头支点，8-弯头，9-挡土墙，10-排水沟，
11-边坡，12-锚杆；L0-水钉节段长度，L-单根水钉总长度，D-水钉
管径，β-埋设倾角，d1-垂直间距，d2-水平间距。
具体实施方式
下面结合实施实例及其附图，对本发明作进一步详细说明，但本
发明的实施方式不限于此。
参见图1、图2、图3和图4，一种用于铁路路基边坡的水钉排水
系统，多根水钉1之间采用水钉接头5连接，多根水钉1与集水管2
之间采用二通3和/或三通4，排水管2或水钉1出水口处安装有弯头
(8)。
水钉1是由PVC管或PE管外裹一层毛细式透排水带组成，毛细
式透排水带为公开号为CN1206058中国“排水方法及使用于该方法的
带状排水件”中公开的毛细式透排水带，毛细式透排水带能主动将路
基中的水分吸入其内。
水钉1长度为1～2m,内径为50mm或75mm。
水钉1与地面间的夹角为5°～45°。
水钉接头5的长度为6cm,水钉接头5的内径大于水钉1的外径
1～3mm，水钉接头5中间部分内壁设置宽2mm的内圈6，水钉接头5
上方为斜坡状，内圈6的下方平齐，内圈6上方均匀设置三个高3mm、
宽1mm的支点7，支点7与宽2mm的内圈6形成汇流室。
水钉接头5安装方向根据水钉1的内壁水流方向确定，上一节水
钉1的出水端联结水钉接头5的支点7端，下一节水钉1的进水端联
结水钉接头5的内圈6端。
二通3和三通4内径大于水钉1的外径1～3mm。
联结集水管2的端处的水钉1的100mm范围内接外径与集水管2
相同的PVC管或PE管，方便与二通3和三通4的安装。
水钉1的起始端利用与水钉1的内管相配对的堵头或管帽堵住水
钉1的内管，防止泥土进入内壁，集水管2的出水端是开放的。
本提供的用于铁路路基边坡的水钉排水系统的施工方法,包括以
下步骤：
(1)、选用满足铁路最小安全距离要求的钻机以加套管的方式将
水钉送入到预定深度，水钉之间利用水钉接头联结；
(2)、安装好水钉后，将套管拔出；
(3)、将出露的水钉通过二通、三通与集水管联结，导排水流；
(4)、在坡面和挡墙上开挖沟槽安设集水管，并覆盖；
(5)、利用集水管将收集的水引出到路基侧沟，为防止冲刷路基，
集水管终端安装一弯头。
本发明还包括上述排水系统的设计参数的确定方法，主要设计参
数包括：水钉节段长度L0、水钉总长度L、水钉管内径D、埋设倾角
β、垂直间距d1、水平间距d2。设计参数选定原则如下：
水钉节段长度L0：为了减小水在毛细管中长距离运输的阻力，提
高排水效率，水钉节段长度L0不宜过大，一般为1～2米。
单根水钉总长度L：水钉节段由配套的水钉接头联结，组成单根
水钉。
(1)水钉深层排水的置入总长度L应同时满足以下要求：
①置入总长度不小于墙高的1/2；
②置入总长度应穿过边坡最危险滑裂面不小于2m，但总长度不宜
大于15m；
(2)水钉浅层排水置入总L长度应超过挡土墙墙背不小于1.5m。
水钉节段的直径D：一般为50mm～100mm。具体选用直径D，应根据对
水钉排水能力的设计要求，结合其他设计参数如间距d1、d2和长度L，
以及市面上水钉供货情况综合确定。
水钉的埋设倾角β：应结合铁路边坡实际坡率进行确定，具体步
骤如下：
(1)确定边坡富水区域的高程；
(2)水钉里端高程应稍大于外端高程；
(3)最上排水钉里端高程确定原则是：低于富水区域高程上限不小
于30cm或距坡面的埋设深度不小于50cm。
(4)最下排水钉外端高程确定原则是：水钉外端高程应保证高于
挡土墙墙脚或排水沟底部不小于50cm。
(5)同一水钉的里端埋设点与外端埋设点的连线与水平面的竖直
夹角即为其埋设倾角。同时要求埋设倾角5°～45°。如果不能满足埋
设倾角要求，则应调整水钉的底部埋设位置，使倾角满足要求。
水钉埋设间距d：一般间距:2.0m～3.0m。具体间距应根据当地历
史气象资料、路基边坡及其支挡结构现状，特别是水害秋检资料、地
下水、汇水面及土体性质综合确定。
所述集排水管网埋在坡面以下不小于15cm。
若路基边坡同时采用了锚杆加固强化，则水钉宜布置在锚杆上方
附近。
本发明所述水钉排水系统的施工方法，仍有一些特殊的要求：
(1)为保障水钉外壁尽量与周围岩土体密贴，用于放置水钉的
钻孔直径不宜过大，其钻孔直径不宜超过水钉接头外径5mm～10mm。
(2)二通、三通和弯头与集水管或水钉的套接要密贴或用优质
防水材料密封缝隙，以防水的外泄。
(3)若路基边坡同时采用了锚杆加固强化，则水钉宜布置在锚
杆上方附近。同时，水钉深层排水的置入总长度不小于锚杆长度。
将上述排水系统运用于既有线边坡，参见图1、图2、图3、图4、
图6和图7，采用行列式布置水钉排水系统。同一纵列水钉排水系统
设计参数：根据边坡的富水区域深度，共采用4排水钉，自下而上(相
对于路肩)水钉长度L分别为10、13、12.5和12m(其中最下排水钉
置入挡土墙，上三排置入坡面)，水钉埋设倾角β为朝上5°；根据坡
内含赋水量的探测确定水钉内径D为65mm；土壤过饱和区域水钉间距
d2为2m，土壤过饱和区域水钉间距d2为2.5m，两水钉垂直间距d1
为2.0m。
具体实施步骤如下：
(1)施工前必须进行水钉工艺试验，确定机具和各项技术参数，
检验成钉效果。试钉数量不少于3根；
(2)整理修缮地表既有排水系统和坡(墙)面。封闭坡体既有
裂隙；若支护结构如挡土墙或边坡有不稳定的表象，需进行专门的结
构加固设计工作；
(3)按照设计图纸进行施工放样，定出水钉中心位置，标记并
复核；
(4)选择无水气动潜孔锤进行干钻造孔；
(5)水钉造孔完工后应及时清孔并立即安装水钉；
(6)集水管的安装，水钉安装完成后，外端与集水管由集水管、
二通、三通联结，其中二通、三通和弯头与集水管或水钉的套接要密
贴或用优质防水材料密封缝隙；
(7)在排水管和最下层水钉得的坡外或墙外出水口处安装弯
头，防止水流过大冲刷路基。
本发明也可以将上述排水系统运用于既有线边坡，参见图1、图
2、图3、图4、图5和图7，采用梅花型布置水钉排水系统。
由以上现场观测结果可以看出，本发明所述水钉排水系统在排水
过程中，开始排水时出水中具有一定杂质，这部分杂质是钻孔孔内残
留的泥土；在水流带走残留物后，水质变清，说明排水不会带走坡内
泥沙，从而不会造成坡体下沉塌陷。通过不定期观测结果知排水量可
观，说明排水效率高；对既有线坡体治理无需大的开挖，节约了施工
成本，对正常行车无影响；使用寿命长；操作简便易行。并且该发明
可在狭窄空间和铁路行车条件下施工，且施工速度较快，极具经济效
益。
以上为本发明的具体实施例进行的说明，按照上述实施，便可很
好地实现本发明所提供的排水系统。值得说明的是，为解决同样的技
术问题，即使在本发明基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所
采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应该视为属于本案
权利要求所包含的保护范围内，特在此说明。