道路升级改造工程中路面塌陷原因分析.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言随着经济的发展，部分城市现有道路已接近设计使用年限，并不能满足日益增长的交通量需求。受到城市规划、拆迁和地方财政的约束，在城区新建公路的难度日益增大。因此，为了改善交通需求、减少投资、降低对交通的干扰并缩短建设周期，对城市现有道路多以升级改造为主。在改造过程中，受到各种因素影响，会出现路面塌陷的问题。基于此，对市政公路升级改造中的路基塌陷问题进行研究，以有效应对该问题的发生。1 工程概况该道路提升改造工程北起工业路，南至世纪大道，全长约1.79 km，为城区南北向城市次干路。开工建设后，2022年8月13日18时左右，一重载混凝土工程罐车通过东大街协和医院门口时，发生路面塌陷，左后轮下陷约30 cm，东大街翻修通车后，部分路段路面出现不同程度的下沉现象。为查明事故原因，需了解影响范围内地层稳定性、有无空洞及空洞分布状况和埋深等相关情况。在综合分析钻探、物探等相关测试方法的优缺点及适用条件后，业主单位委托勘测公司对东大街进行物探测试。2 物探布设原则及成果结合本次勘探工作的具体任务及要求4，采用高密度电阻率法进行勘探。勘探线布置在东大街东半幅，全长1.7 km。极点间距3 m，电极总数为60个，为避免测线端部出现盲区，各测线搭接 6 m；共布置 20条测线，测线沿路基中心及塌陷事故明显的东侧（路线左侧）布设，各勘探线长度 177 m，最大勘测深度 14m。勘探点位于沥青路面上，用冲击电钻钻孔埋设电极，并浇灌饱和盐水以减小电极的接地电阻，电极插入路面下约16 cm，路基视电阻率一般在3070 m，当路面下有洞穴时，洞穴在充填空气时为绝缘状态，表现为高阻异常，洞穴视电阻率一般大于1 000 m。数据采集后，结合工程地质测绘及附近已有地质资料对相关成果进行综合分析：整体来看，剖面视电阻率表现为上低下高，代表了地层变化状况，视电阻率呈层状分布；断面具体分析情况如下：K0+460K0+631 段剖面：在 72 m 处有一高阻异常，经现场核实为污水管道；其他未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。K0+631K0+802 段剖面：在 49 m 处有一高阻异常，经现场核实为污水管道；其他未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。K0+802K0+973段剖面：在45 m处有一高阻异常，经现场核实为污水管道；左侧剖面在90130 m处有一低阻带异常，推测为富水所致；其他未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。K0+973K1+144 段剖面：在 96 m 处有一高阻异常，经现场核实为污水管道；地表下5 m范围内视电阻率值在1020 m，阻值偏低，推测为富水所致。K1+144K1+315段剖面：在28.5 m处有一高阻异常，经现场核实为污水管道；地表下5 m范围内视电阻率值在1020 m，阻值偏低，推测为富水所致。K1+315K1+486段剖面：未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。K1+486K1+657段剖面：在58.5 m和116 m处各有一高阻异常，经现场核实为污水管道；其他未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。K1+657K1+828段剖面：未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况；地表下5 m范围内视电阻率值在1020 m，阻值偏低，推测为富水所致。收稿日期：2023-05-11作者简介：魏彩欣（1981），女，高级工程师，研究方向为公路升级改造工程。道路升级改造工程中路面塌陷原因分析魏彩欣（河北建研建筑设计有限公司，河北 石家庄 050051）摘要：市政公路在升级改造的过程中，受到各种因素影响，易出现路面塌陷。基于此，以某市东大街排水管网及道路提升改造工程为例，利用高密度电法，在现场取样进行室内试验，分析其塌陷原因，并给出处治方案，为市政道路的升级改造工程提供参考。关键词：市政道路；路面塌陷；物探布设中图分类号：U416.1文献标识码：B103总658期2023年第28期（10月 上）K1+828K1+999段剖面：在 050 m 处有一低阻异常，推测为富水所致；其他未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。K1+999K2+170段剖面：在3399 m处有一低阻异常，推测为富水所致；其他未发现明显的高、低阻异常，推测场区下方不存在明显的空洞情况。综合分析后认为：测线范围内，视电阻率呈上低下高层状分布特性，局部下覆地层视电阻率偏低，推测为土层富水所致。未发现明显的空洞情况。组织专家进行论证，东大街路面塌陷原因有：地基土经雨水、污水长时间浸泡导致路基物理力学指标降低、承载力下降。该路段重型车辆通行频繁，重型车辆动载荷加速路基变形，导致路面形成不均匀塌陷。给出处治建议：对物探异常区域进一步验证；排查管道漏水点，加固封堵渗漏管道；排查出的富水及软弱区域可采用注浆法进行加固，对面积较大或埋藏较深部位亦可采用换填处理。3 路面结构及地基土检测情况在市政道路工程中，路基施工质量直接影响道路的强度，从而影响道路的使用年限和质量。因此路基的检测是道路施工质量控制的一个重要环节。3.1 路基不均匀塌陷及局部塌陷原因路基不均匀塌陷的原因有：部分公路建设项目在路基填筑方面把关不严，未按公路路基施工规范操作，导致路基质量不稳定。公路穿越软土路段，未对湿软地基进行妥善处理，路基填筑前未探明地基承载力就开始施工，可能导致软土地基无法承受荷载。路基填筑中各层填料未整平或整平效果不好，混合料路堤压实度达不到规范要求。局部沉陷的原因主要为：路基局部填筑不密实或路基有墓穴、枯井、树坑、沟槽等，当受到水的浸蚀而沉陷。本项目为道路的局部沉陷，根据前期勘察资料及物探成果分析，可能与下部的管线渗漏及路基的具体填筑不满足要求有关，故进行了现场检测。3.2 检测内容及相关检测方法针对该道路出现的情况，路面结构及地基土检测的主要检测项为：路面结构层厚度、胶结情况、地基变化情况、相关土体性能等。采用钻探、原位测试和室内试验等相结合的方法完成相关检测。利用质量与稳定性好的油压高转速钻机（长沙150钻机）进行土层检测及取样，根据路面结构的强度等级选用合适的金刚石钻头，其外径为110 mm。3.3 抽芯情况分析根据实际情况，现场随机抽取测试点进行抽芯检测，同时要避开相关管线、高压线并不影响交通。选取了8个试验点位。其分布桩号及相关试验成果如表1所示。表1 现场抽取试验点位及相关成果一览表点位编号J07J06J01J02J03J04J05J08测试点位桩号K0+300右3 mK0+530右3 mK0+760左6 mK0+860左6 mK0+860右6 mK0+960左6 mK1+110左1 mK2+980右3 m试验深度/m75.55.55.55.55.55.55.5路面厚度/cm11121011111479设计要求厚度/cm1111111111111111是否满足要求满足满足不满足满足满足满足不满足不满足水稳碎石层厚度/cm3141404137343041胶结情况较好一般较好差差差差较好水泥稳定土厚度/cm2817131815182014注：检测期间，J05钻孔区域的路面层不满足要求，但尚有上面层未填筑。面层厚度检测情况：部分点位面层厚度小于设计要求厚度，其中：东大街有2处，而K1+110左1 m点位处上面层尚未填筑，其厚度约为 4 cm，填筑后满足要求。水稳碎石层情况：K0+450以南（世纪大道方向），水稳碎石层胶结情况差，所取芯样呈散体状；而 K0+450以北区域的水稳碎石层胶结情况较好，所取芯样呈块体状及少量散体状。胶结情况较差是由于养护工期过短或施工期间重型车辆频繁经过所致。水泥稳定土情况：水泥稳定土胶结程度一般，岩芯呈柱状，其厚度一般在 1520 cm，仅在 K0+300右3 m 处的厚度为 28 cm，下部仍有约 40 cm 的水泥拌和土，原因是施工中对该处进行了处治。下部地基情况：根据抽芯及现场判断（试验结果见表2），发现K0+450以南，现地面以下2.22.5 m处，地基土的含水量明显增加，取芯过程中，进度明显加快，同时土质变软，物理力学强度降低较为明显。局部钻孔中，揭露有水位，如K0+860右6 m的点位处在1.5 m处见有水位，同时部分钻孔在完工后（如K0+760左6 m、K0+860左6 m及K1+110左1 m），其水位基本位于孔口以下50 cm处。说明在该区域存在上层滞水，主要与大气降水及附近的雨污水管破损等有关；经查阅相关资料及现场调查，雨污水管埋深在1.5 m左右，使用混凝土预制管。表2 地基土的部分物理力学参数一览表J01J02J031.51.74.54.71.51.74.24.41.61.823.028.022.923.721.87.26.57.46.67.217.610.823.611.218.925.926.08.320.020.5点位编号取样位置天然含水量（%）压缩模量/MPa内摩擦角/内聚力/kPa104交通世界TRANSPOWORLDJ05J073.23.41.61.84.54.71.51.74.04.222.622.724.523.420.27.010.06.59.210.218.223.722.618.219.321.114.019.821.225.0表2（续）点位编号取样位置天然含水量（%）压缩模量/MPa内摩擦角/内聚力/kPa4 原因分析现场调查发现，该路段存在并行新旧两条管道，原污水管多为水泥管且多处漏水；该段雨水管道为南部城区最下游，标高亦为南部城区最低处，降雨时路面积水严重，2021年10月3日10月6日的连续降雨，将道路西侧在建工程的基坑淹没，该基坑邻近东大街处发生坍塌，长度约20 m，如图1所示。同时，下水水泥管线发生破裂，从破裂位置可以看出，水泥管的下部土体部分呈现灰绿色，土质极软，说明管线部分路段已经出现破损并长时间浸泡土体。经雨水、污水长时间浸泡，导致路基物理力学指标降低、承载力下降。道路左侧的原有水泥污水管线在施工过程中，仍处于使用状态且无法更换，在开挖回填过程中，部分区段存在渗水情况，使得地基变软，承载力降低且变形模量增大，出现了弹簧土等现象，施工单位在对其处治过程中，存在处理不到位或处治范围不够的情况，但未见相关处治设计方案及施工记录等资料。5 建议根据现场调查及勘测情况，建议处治时应注意：1）建议采用大范围物探结合钻探验证的方法，进一步排查管道漏水点，并采取相关措施加固封堵渗漏管道，必要时可更换破损管道。2）针对所排查出的富水及软弱区域，采取合理的处治方案，可采用注浆法进行加固，对面积较大或埋藏较深的部位亦可采用换填处理的方法。6 结束语综上所述，该工程的路面塌陷原因为：现场污水管线多为预制水泥管且接头处破损，地基土经雨水、污水长时间浸泡，其含水量明显提高，导致地基承载力降低，物理力学性能大幅降低，同时地基变形模量明显变小。施工中，重型车辆频繁通行，动载荷加速路基变形，导致路面形成不均匀塌陷。南侧的水泥稳定碎石层胶结性很差，主要由于养护时间不够或施工期间重型车辆频繁通行。因此，在市政道路的施工中，应关注路基下部水的稳定性，各种管道的回填质量及破损情况，并采取合理的交通规划措施，保证工程的养护质量及施工安全。参考文献：1 孙涛.探究市政道路工程路面塌陷原因及对策J.智能城市，2021（6）：77-78.2 葛晓翔.市政道路工程路面塌陷原因分析及预防策略J.山西建筑，2017（22）：162-163.3 王建伟.城市道路改扩建工程路基拼接技术探讨J.交通世界，2022（13）：94-96.4 中交第一公路勘察设计研究院有限公司.公路工程物探规程：JTG/T 32222020S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2019.图1 基坑被淹情况及污水管破裂处附近地基软化105