交通荷載下城市路面塌陷問題的試驗研究

李棟艷 王大為

莒南縣市政園林處 山東臨沂 276600

隨著我國城市化進程的加快，道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)目逐年增長，一方面給人們出行帶來便利，另一方面隨之而來的城市路面塌陷問題也日漸凸顯。路面塌陷具有突發(fā)性、隱蔽性、破壞性等特點，不僅導(dǎo)致財產(chǎn)損失，影響人們正常的生產(chǎn)生活，更重要的是會造成群眾的恐慌心理。從過去發(fā)生的事故中總結(jié)其發(fā)生特點與規(guī)律，吸取相應(yīng)的經(jīng)驗教訓(xùn)，從而采取預(yù)防性措施意義重大。

1 路面塌陷的形成條件

1.1 存在薄弱的未固結(jié)沉積物蓋層

巖溶塌陷的發(fā)展趨勢主要受土層巖性、厚度及結(jié)構(gòu)、土洞等的影響，本工程路面塌陷區(qū)覆土層存在人工填筑土、石灰?guī)r及第四系含角礫石亞黏土等，其中的含角礫石亞黏土層厚度變化大，特別是在溶槽發(fā)育區(qū)域，其土層厚度增加，含水量增大，物理力學(xué)屬性變差，土層承載力降低。此外，在區(qū)域地下水的不利影響下，巖溶充填物受到軟化、掏蝕和帶走，導(dǎo)致土質(zhì)進一步變差。

1.2 直接原因

給排水管（函）不堪重負(fù)而滲漏爆裂是導(dǎo)致城市路面塌陷的直接原因。城區(qū)規(guī)模的擴大，原來的河流湖泊變成了馬路、小區(qū)和廣場，雨水原來就近集中滲漏排泄的渠道被封閉，城市排水集中到原本建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高的管函中，隨著排水壓強和流速越來越大，造成管函破裂，泥沙流失，最終導(dǎo)致地面塌陷。老城區(qū)的給水管也隨著負(fù)擔(dān)日益加重，銹蝕日趨嚴(yán)重而導(dǎo)致破裂，水土流失，日積月累，逐漸形成大的空洞而釀成地面塌陷。

2 交通荷載下城市路面塌陷問題的試驗研究

2.1 淺層地震勘探法的工作原理

淺層地震勘探法是以地層的波阻抗（Z=ρ·υ，ρ 為巖層的密度，υ 為巖層的波速）差異為依據(jù)，通過研究地下不同波阻抗地層的地震波場變化規(guī)律，提供工作區(qū)有關(guān)地下地質(zhì)構(gòu)造信息。在地表，人工激發(fā)的地震波向下傳播，當(dāng)遇到波阻抗不同的分界面時，就會發(fā)生反射、折射和透射。通過高精度地震儀可記錄下這些地震反射波。由于地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性的波阻抗不同，而接收到的地震反射波與不同地層的波阻抗有關(guān)，因此儀器接收到的反射波包含各種地質(zhì)信息。對地震波信號進行疊加降噪、褶積、頻譜分析、NMO 校正、CDP 疊加、圖像合成等數(shù)據(jù)處理，得到地下斷面二維圖像。分析研究地震波中諸如時間、速度、能量、相位、頻率等特征。

2.2 流失通道形成時間影響分析

工況8 比工況6 打開流失通道閥門較晚。工況6 形成的空洞要比工況8 的更大，且工況6 的浸潤速率更快。分析認(rèn)為，形成流失通道的時候，浸潤范圍越大，空洞越大。沉降槽對比圖如圖1所示，工況6 通道一直打開，工況8 在浸潤范圍很大320min 時才打開，后者沉降值更大，說明相同狀態(tài)下，流失通道越早打開，空洞越穩(wěn)定。若流失通道不存在，管線滲漏的水只在土體中擴散，若上部存在震動荷載，會有密實作用。此種狀況僅發(fā)生沉降，不會有脫空區(qū)出現(xiàn)，若在土體已經(jīng)被浸潤程度很大的狀態(tài)下打開流失通道，脫空區(qū)發(fā)展極快，地表易塌陷。

2.3 加強城市道路、管線運維階段管理

對地下管線滲漏、路面下空洞進行排查，及時發(fā)現(xiàn)消除塌陷隱患，同時達到“控增量”和“去存量”的目的。相關(guān)部門應(yīng)變“被動處理”為“主動預(yù)防”，利用多種探地與管道檢測技術(shù)，對路面及地下管線進行檢查和維護。同時，加強對施工擾動、路面荷載等方面的監(jiān)督與管控，協(xié)同建設(shè)管理部門嚴(yán)控在建地下工程（基坑、隧道等）對周邊道路、管線等影響，協(xié)同交管部門嚴(yán)查城市道路超載超限現(xiàn)象，減少城市路面塌陷事故發(fā)生誘因的出現(xiàn)。

圖1 流失通道形成時間對沉降槽的影響

3 結(jié)語

采用室內(nèi)縮尺模型試驗，考慮了荷載類型、管線埋深、管線與流失通道間距、管線與流失通道相對位置和流失通道形成時間等因素，研究了管線滲漏引起的路面坍塌問題，結(jié)論如下：①當(dāng)流失通道形成較晚時，下伏侵空洞呈橢圓體，其余工況下，侵蝕的空洞形狀皆為漏斗形。土體浸潤范圍隨流失通道形成時間成正比。②僅有靜荷載作用時，達到最終破壞的時間，比僅有動荷載作用時要長，且管線上部更容易出現(xiàn)拉裂縫;動荷載較小時，增加了滲漏管線上方土體的穩(wěn)定性；動荷載較大時，脫空區(qū)發(fā)展速度加快，塌陷更易發(fā)生。③隨著流失通道形成時間增加，實質(zhì)上滲流通道長度增加，管線上方土體穩(wěn)定性降低，侵蝕更容易到地表，塌陷越容易發(fā)生；流失通道與管線的間距增加，最終破壞的時長也會增加；當(dāng)流失通道與管線相對位置發(fā)生改變，位于流失通道的一側(cè)地表沉降偏大，且最終破壞形態(tài)居于此側(cè)。