自然溝谷水系對(duì)公園道路路基工程的危害及防治措施

馬海波

(福建長(zhǎng)大建設(shè)有限公司，福建 福州 350000)

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

筆者參建的公園道路項(xiàng)目是福建省龍巖某地區(qū)的一個(gè)生態(tài)旅游開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的道路工程，處于低山丘陵地貌，該項(xiàng)目擬對(duì)既有公路右側(cè)山谷進(jìn)行回填處治，并在回填位置新建環(huán)形道路，道路中間設(shè)置人工湖，沿湖增設(shè)人行步道，本項(xiàng)目的建成一方面能夠優(yōu)化當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘３鲂畜w驗(yàn)，另一方面，還將改善本生態(tài)旅游項(xiàng)目的道路通行能力。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)里程1.775 km，公路設(shè)計(jì)等級(jí)為四級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)速20 km/h，路面形式選用水泥混凝土路面，路基寬度6.5 m。

1.2 溝谷發(fā)育和自然水系分布情況

天然溝谷在設(shè)計(jì)道路的中間位置，與道路走向接近，在K0+980處與道路正交。K0+980原地面高程360.41 m，路面頂高程378.80 m，填土高度18.39 m；起點(diǎn)樁號(hào)K0+000，原地面高程325.77 m，路面頂高程335.23 m，填土高度9.46 m；可以算出，以上兩處原地面高差為36.64 m，溝谷水流方向是從大樁號(hào)往小樁號(hào)流。溝谷旱季時(shí)水量較小，個(gè)別月份處于斷流狀態(tài)；雨季流量較大，流量主要受降雨影響較大。

2 自然溝谷水系對(duì)公園道路路基工程的危害分析

2.1 路基邊坡浸水沖刷病害

溝谷流水及積水始終是威脅和影響公路路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，對(duì)存在自然溝谷水系、“堰塞湖”等區(qū)域的路基結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期泡水滲水作用下，路基邊坡在積水浸泡作用下將相繼出現(xiàn)邊坡滑塌、邊坡大變形等病害；主要是由于長(zhǎng)期積水滲透，路基土體軟化，在動(dòng)水壓力作用下，土體顆粒因沖刷而大量流失，由于沖刷流失不均勻，在局部薄弱位置容易形成土方“缺口”，尤其是防水措施不到位的區(qū)域，土方缺口情況更加嚴(yán)重?？紤]到本項(xiàng)目路面采用水泥混凝土路面，由于剛性路面的彈性模量較大，在路基出現(xiàn)軟化變形時(shí)，路面與路基之間的協(xié)調(diào)變形能力較低，很容易造成路面板“脫空”病害。此外，路基土體在水流沖刷和浸泡作用下，路基整體將沿某一薄弱面向外側(cè)滑移。

2.2 路基翻漿冒水病害

對(duì)于過(guò)境自然溝谷水系分布密集的路基段，一旦出現(xiàn)短時(shí)間強(qiáng)降雨等強(qiáng)對(duì)流天氣，導(dǎo)致自然溝谷水系的水位在短期內(nèi)快速上漲，在動(dòng)水壓力的滲透作用下，大量積水滲入路基土體內(nèi)，并隨著溝谷水系水位抬升而上升，最終導(dǎo)致積水從路基表面冒出，造成嚴(yán)重的翻漿和路基土體軟化病害。由于大量積水從路基頂面滲出，導(dǎo)致路基壓實(shí)及路面施工環(huán)節(jié)無(wú)法繼續(xù)推進(jìn)，嚴(yán)重影響施工總體進(jìn)度。

2.3 路基不均勻沉陷病害

長(zhǎng)期浸水路基容易在路基土體內(nèi)形成水流通道，加之自然溝谷水系中的水源化學(xué)成分復(fù)雜，長(zhǎng)期浸泡后容易引發(fā)路基土體軟化、承載能力顯著下降；此外，由于上下游的水位高差約40 m，“堰塞湖”積水在水壓力作用下，通過(guò)下方路基填料顆粒間縫隙往下游滲流，細(xì)小的土體顆粒大量流失；大顆料土體在水長(zhǎng)期浸泡下開(kāi)始軟化分解成小顆料，小顆粒又被流水帶走，長(zhǎng)此以往，導(dǎo)致路基土體內(nèi)的粒料級(jí)配由連續(xù)級(jí)配逐步向開(kāi)級(jí)配發(fā)展，一旦遭遇雨季降雨量暴增等因素的疊加影響，嚴(yán)重情況下，將直接掏空路基土體，最終引發(fā)路基下沉、開(kāi)裂甚至塌陷等病害，造成重大的安全隱患。

3 自然溝谷水系條件下公園道路路基工程綜合防治措施

對(duì)分布有自然溝谷水系的這一類(lèi)涉水路基結(jié)構(gòu)而言，在路基施工綜合處治過(guò)程中，建議堅(jiān)持“擋排結(jié)合，綜合施策”的基本原則，著重從路基擋水和路基排水兩方面對(duì)涉水路基進(jìn)行綜合處治，特別是要加強(qiáng)地質(zhì)及水文調(diào)研，做好路基防排水設(shè)計(jì)，確保路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。

3.1 本項(xiàng)目路基擋排水設(shè)計(jì)變更過(guò)程

由于種種原因，原設(shè)計(jì)未對(duì)道路工程進(jìn)行相應(yīng)防排水設(shè)計(jì)。筆者作為施工單位進(jìn)場(chǎng)后，深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合設(shè)計(jì)文件綜合分析本工程自然環(huán)節(jié)、水文地質(zhì)等條件。發(fā)現(xiàn)自然溝谷水系分布是影響公園道路路基施工及后期運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，溝谷中間段落(長(zhǎng)度約950 m)被整體填高10余m，路基施工勢(shì)必會(huì)破壞原有的溝谷水系，如不能合理處治自然溝谷水系，路基會(huì)阻斷水流，最后會(huì)形成人工“堰塞湖”，勢(shì)必會(huì)對(duì)路基承載性能、耐久性及穩(wěn)定性埋下重大隱患。筆者先后數(shù)次發(fā)函提出路基施工前應(yīng)先治水，對(duì)原有水系進(jìn)行疏導(dǎo)處治或者進(jìn)行防護(hù)引流等方案。但建設(shè)單位以溝谷流水不大，若變更，費(fèi)用較高等理由拒絕；事實(shí)證明，建設(shè)方的決定是錯(cuò)誤的，錯(cuò)過(guò)了防排水治理的最佳時(shí)期，不但耽誤了工期，增加了后續(xù)處理難度，也增加工程費(fèi)用。隨著工程的進(jìn)展，土方已填至接近設(shè)計(jì)標(biāo)高，路基施工已切斷原有溝谷，事實(shí)形成對(duì)溝谷的圍堵，時(shí)值雨季，加上遇到異常惡劣的天氣，連續(xù)的暴雨，導(dǎo)致溝谷積水迅速增加，已經(jīng)形成“堰塞湖”。“堰塞湖”浸泡路基，造成了上節(jié)描述的路基病害發(fā)生。設(shè)計(jì)不當(dāng)及建設(shè)方對(duì)防排水工作不重視是造成以上后果的主觀原因，好在建設(shè)單位及時(shí)糾正了錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，組織各方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，考慮到該項(xiàng)目屬于綜合旅游基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，且項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中有人工湖部分，本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)適用、安全、低碳、可持續(xù)的管理理念，決定采取綜合措施進(jìn)行整治，在滿(mǎn)足路基防排水施工要求的基礎(chǔ)上，將自然水系引至人工湖，以達(dá)到變害為利的目的。

3.2 自然溝谷水系條件下公園道路路基排水措施

施工初期，由于建設(shè)方不同意變更也不增加費(fèi)用，為了減輕溝谷流水對(duì)路基填土施工的干擾，施工單位自費(fèi)采取了以下措施：一是設(shè)置盲溝，時(shí)值旱季，溝谷積水較少，對(duì)原有溝谷進(jìn)行拉直，清淤后換填開(kāi)山石碴等透水性材料作為排水盲溝，排除溝谷流水和地下滲水等。二是通過(guò)抽水引流+自然引排方式，將自然水系中的水引入路基臨時(shí)排水溝排至下游溝谷，以實(shí)現(xiàn)水體的空間移動(dòng)。三是進(jìn)行工程變更完善了綜合防排水設(shè)施，因勢(shì)利導(dǎo)自然排水。施工路基防護(hù)后，“堰塞湖”自然蓄水到一定標(biāo)高，積水會(huì)通過(guò)涵洞流入人工湖，人工湖下游設(shè)置排水溝連接到天然溝谷，形成自然排水，提高了景觀性，減少了水害，節(jié)約了人工湖項(xiàng)目的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)和運(yùn)營(yíng)電費(fèi)(原計(jì)劃是抽水維持人工湖水位)，變害為利。

3.3 自然溝谷水系條件下公園道路路基擋水措施

為了體現(xiàn)擋水處治差異化特點(diǎn)，對(duì)涉水路基沿岸處治應(yīng)根據(jù)自然水系分布及發(fā)育特點(diǎn)、水位深度、降水條件、對(duì)施工影響等因素綜合確定處治方案，本項(xiàng)目制定二級(jí)差異化處治方案，即：“坡面防護(hù)-防水層+擋土墻綜合防護(hù)”方案外加土圍堰臨時(shí)擋水方案。

一是坡面防護(hù)。對(duì)于水系水位較低、積水外排工況良好且未發(fā)現(xiàn)潛在水量激增風(fēng)險(xiǎn)的前提下，為了降低施工成本，可使用單純坡面防護(hù)法，無(wú)需額外進(jìn)行抗沖刷防護(hù)，可采用漿砌片石拱形骨架防護(hù)型式，護(hù)腳墻可設(shè)置為C20片石混凝土結(jié)構(gòu)，框架內(nèi)植草以達(dá)到防護(hù)和綠色環(huán)保的目的；此外，在空間允許的前提下，可適當(dāng)降低路基邊坡坡度，以緩釋積水沖刷效應(yīng)。

二是防水層+擋土墻綜合防護(hù)方案。自然溝谷水系對(duì)沿岸公路路基構(gòu)成極高風(fēng)險(xiǎn)的“堰塞湖”路段，本著設(shè)防到位的基本原則，使用“防水層+擋土墻”綜合防護(hù)法，具體做法為：粘土+復(fù)合膨潤(rùn)土防水毯+復(fù)合土工膜防水層+砂礫墊層+漿砌片石擋土墻護(hù)坡；基礎(chǔ)采用片石混凝土護(hù)腳墻。在具體工程實(shí)踐中，也經(jīng)常將擋土墻與石籠防護(hù)組合利用，以提高設(shè)防效果，擋土墻基底應(yīng)至少超過(guò)最大沖刷線以下0.5 m。

三是設(shè)置土圍堰臨時(shí)擋水方案。進(jìn)入雨季后，溝谷水流加大，排水盲溝不滿(mǎn)足排水需求，為減少積水對(duì)路基施工的影響，以本項(xiàng)目為例，為了降低施工成本，盡量就地取材，采用臨時(shí)土圍堰擋水。土圍堰可以將堰塞湖積水和路基隔離開(kāi)來(lái)，使路基施工不受影響，具有費(fèi)用低、簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是擋水高度不高，作為臨時(shí)擋水措施是個(gè)較好的選擇。

4 結(jié) 論

綜上所述，本文從自然溝谷水系對(duì)公園道路路基工程的危害角度出發(fā)，明確了邊坡沖刷、開(kāi)裂、滑塌及路基沉陷、翻漿冒水是涉水公路路基常見(jiàn)的病害形式；并基于以上病害特點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，特從路基擋水和排水兩個(gè)角度提出了具體的綜合處治措施；分析了設(shè)計(jì)不當(dāng)及建設(shè)方對(duì)防排水工作不重視會(huì)造成工期延誤、后續(xù)處理難度加大、費(fèi)用增加等后果；因此要特別重視前期調(diào)研，因地制宜，綜合治理，切實(shí)做好自然溝谷水系影響范圍內(nèi)公園道路工程防排水工作，減少水害的發(fā)生，達(dá)到變害為利的目的，為將來(lái)實(shí)施的類(lèi)似項(xiàng)目提供了參考。