路面塌陷的原因分析與防治措施

文＿丘科勝（廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，專任教師，高級(jí)工程師）

范 媛（通訊作者）（南寧學(xué)院，高級(jí)建筑師）

隨著道路建設(shè)日益增多，道路安全隱患也越來(lái)越突出，其中路面塌陷是極為關(guān)鍵且常見的問(wèn)題，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的危害。2020年1月13日，青海省西寧市發(fā)生了一起嚴(yán)重的路面塌陷事故，造成多人傷亡，引起社會(huì)強(qiáng)烈關(guān)注。黨中央和國(guó)務(wù)院對(duì)此高度重視，要求當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門及負(fù)責(zé)人認(rèn)真排查城市公共設(shè)施安全隱患，解決好歷史問(wèn)題，并確保新建工程的質(zhì)量。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)路面塌陷事故呈逐年增長(zhǎng)、多發(fā)頻發(fā)的態(tài)勢(shì)，年平均增長(zhǎng)率達(dá)81%，其中由管道滲漏引起的路面塌陷事故占據(jù)絕大部分比例。由此可見，防治路面塌陷災(zāi)害已成為保障道路安全的關(guān)鍵方向，本文將對(duì)地下管線破壞引起的路面塌陷進(jìn)行分析和研究，以期更好地保障道路安全。（見圖1）

圖1 2021年度各地路面塌陷事故占比圖

一、路面塌陷的原因分析

（一）路面塌陷的根本原因

根據(jù)研究結(jié)果表明，如同時(shí)存在以下三個(gè)因素，路基水土流失會(huì)引起路面塌陷。一是存在豐富的地下水或滲漏的管道水；二是管道地基原狀土或管溝槽回填土為砂質(zhì)土；三是存在砂質(zhì)土流失通道，如從管節(jié)滲漏至管內(nèi)流失，從管溝薄弱部位或孔洞、巖溶洞等地方流失。

如果是重力流管道，當(dāng)管節(jié)發(fā)生滲漏時(shí)，管周砂質(zhì)土通常會(huì)從管節(jié)滲漏處流入管內(nèi)，加劇了管節(jié)的變形和位移，砂質(zhì)土從管內(nèi)流失并掏空管周的回填材料，最終導(dǎo)致路面塌陷。如果是壓力流管道，管內(nèi)的水在水壓下會(huì)迅速?gòu)臐B漏處流動(dòng)到管外的砂質(zhì)土中，隨著水量的增加，砂礫石的細(xì)小顆粒會(huì)沿著溝槽薄弱部位或孔洞、巖溶洞等地方流失，也會(huì)導(dǎo)致管周回填土被掏空和路面塌陷問(wèn)題。因此，需要在設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理中采取科學(xué)措施，從根本上解決路面塌陷問(wèn)題。

（二）路面塌陷的設(shè)計(jì)原因

第一，在設(shè)計(jì)管溝槽時(shí)，中粗砂常被作為回填材料，其中一個(gè)原因是方便施工，另外一個(gè)原因是更容易滿足路基壓實(shí)的要求。然而，中粗砂的流失問(wèn)題容易使路基被掏空，從而引發(fā)路面塌陷。如果改用黏土等滲透系數(shù)低的材料作為回填材料，就不會(huì)出現(xiàn)回填土流失的問(wèn)題，也能有效避免路面塌陷的發(fā)生。但黏土在分層壓實(shí)時(shí)相對(duì)中粗砂難以壓實(shí)，尤其在管溝槽開挖寬度較小、深度較深時(shí)，施工較為困難和緩慢。

第二，對(duì)于管道基礎(chǔ)（以下簡(jiǎn)稱管基）和檢查井基礎(chǔ)（以下簡(jiǎn)稱井基）的沉降問(wèn)題，目前設(shè)計(jì)人員在滿足地基承載力要求的前提下，較少進(jìn)行沉降計(jì)算。然而，在車輛荷載作用下，不同土層的沉降量不同，相鄰管節(jié)出現(xiàn)較大沉降差也可能導(dǎo)致管節(jié)滲漏。此外，還應(yīng)注意管基和井基范圍內(nèi)對(duì)地基承載力的要求不同。井基需要承受檢查井的剛性荷載，對(duì)地基要求較高，而管基范圍內(nèi)的車輛荷載則作用在路面、路基上，對(duì)地基要求的敏感度不同。因此，應(yīng)針對(duì)不同情況采取不同措施，避免地面塌陷的發(fā)生。

第三，對(duì)于管道需要穿過(guò)砂質(zhì)土層的情況，若該地區(qū)砂質(zhì)土地基的承載力滿足相應(yīng)的管基和井基要求，設(shè)計(jì)人員通常不對(duì)地基進(jìn)行其他固化或改良等特別處理。然而，若管節(jié)未密封嚴(yán)密，則容易出現(xiàn)滲漏，導(dǎo)致砂質(zhì)土流失，埋下致使未來(lái)路面塌陷的安全隱患。因此，在設(shè)計(jì)和建設(shè)中，應(yīng)該盡可能做好每個(gè)細(xì)節(jié)的處理，確保管道的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（三）路面塌陷的施工原因

一是施工過(guò)程中可能存在不嚴(yán)格執(zhí)行施工質(zhì)量要求的問(wèn)題。雖然設(shè)計(jì)圖紙符合規(guī)范和規(guī)程，但實(shí)際施工中保障每個(gè)管道與管道的接口、管道與檢查井的接口不滲漏仍面臨著困難。為解決這些問(wèn)題，要求管溝槽地基的承載力要滿足設(shè)計(jì)要求，且管溝槽回填壓實(shí)需要嚴(yán)格執(zhí)行分層壓實(shí)和驗(yàn)收制度。然而，在實(shí)際施工中管道工程的管溝槽有時(shí)未嚴(yán)格實(shí)行驗(yàn)槽程序，地基承載力缺乏驗(yàn)收和保證。此外，由于管溝槽開挖較狹窄，難以使用大型的壓實(shí)設(shè)備，通常采用小型機(jī)械壓實(shí)或人工夯實(shí)，施工速度緩慢。在趕工期間，容易出現(xiàn)超厚回填和未按要求回填的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致管基下沉、管節(jié)變形滲漏，最終造成路面塌陷。此外，管道中線位移超標(biāo)和抹帶砂漿質(zhì)量不穩(wěn)定等也是造成路面塌陷的因素。因此，在管溝槽地基承載力驗(yàn)收和管溝槽回填壓實(shí)等方面，應(yīng)采取專業(yè)嚴(yán)格的評(píng)估、驗(yàn)收和施工措施。

二是施工過(guò)程中的降水。降水會(huì)影響地層孔隙中的水位，最終導(dǎo)致土層壓縮，引起地面沉降。因此，在設(shè)計(jì)降水方案時(shí)需要充分考慮不同因素，如降水含水層特性、地下水位、基坑的大小和深度，以及周邊建筑物的距離、高度和基礎(chǔ)深度等。需要針對(duì)地基土層的不同巖性采用對(duì)應(yīng)措施，避免出現(xiàn)出水含砂泥過(guò)量的情況，否則會(huì)破壞地層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致路面塌陷。

三是頂管、盾構(gòu)等管道施工方式也容易對(duì)地層造成擾動(dòng)，甚至導(dǎo)致超挖現(xiàn)象，這在砂質(zhì)土區(qū)域尤為常見。大量的地下水滲出也會(huì)帶走大量的砂土，最終導(dǎo)致路面塌陷。因此，在管道施工中需要注意對(duì)地層的影響，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，確保路面的安全和穩(wěn)定。

（四）路面塌陷的監(jiān)理原因

從監(jiān)理角度來(lái)看，管道施工監(jiān)理的工作重點(diǎn)主要放在管材質(zhì)量、管道放線安裝和管溝槽回填等方面，卻忽略了管道地基和檢查井地基的驗(yàn)收，沒有嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)槽程序，導(dǎo)致管基和井基的地基承載力無(wú)法保證。此外，由于接口的施工質(zhì)量參差不齊，無(wú)法嚴(yán)格執(zhí)行旁站監(jiān)理，加上管道與管道、井壁的接口數(shù)量較多，故接口問(wèn)題也成為主要因素之一。在管溝槽的分層回填和壓實(shí)方面，施工難度大，且難以嚴(yán)格執(zhí)行分層驗(yàn)收制度，也增加了路面塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，監(jiān)理的工作重點(diǎn)過(guò)于注重基本要素，對(duì)其他重要參數(shù)的監(jiān)控不足，如管溝槽開挖寬度和深度、材料使用情況、施工中的環(huán)境保護(hù)等，也是造成路面塌陷潛在因素之一。因此，在施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的指導(dǎo)和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取合適的解決方案。監(jiān)理人員要認(rèn)真對(duì)待所有施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定和驗(yàn)收制度，以確保管溝槽的質(zhì)量和施工可靠性，從而減少路面塌陷等事故的發(fā)生。

二、路面塌陷的防治措施

針對(duì)路面塌陷的原因，本文以南寧市某污水管工程為例，進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等方面的改良和優(yōu)化。具體如下。

（一）工程概況、工程水文地質(zhì)條件

工程概況：本工程污水管管徑為1500mm，采用鋼筋混凝土平口管，管道埋深4m～6.50m。管道穿越土層大部為粉砂④層，局部為卵石⑤層。

工程地質(zhì)條件：粉砂④層層厚3m～4.50m，層面埋深2m～3.30m。沖洪積成因，灰黃、淺灰色，松散，稍濕—濕，主要由石英等礦物組成，含云母片。粒徑0.07mm～0.50mm的顆粒含量50%～58%，少量顆粒粒徑大于0.50mm，棱角狀。地基承載力特征值fak為120kPa。卵石⑤層層厚3.20m～5m，層面埋深3.50m～6m。沖洪積成因，灰黃色，稍濕—濕，稍密—密實(shí)，主要由石英、砂巖等礦物組成，呈中等—微風(fēng)化，亞圓—圓形，一般粒徑20mm～100mm，徑大者達(dá)150mm，粒徑大于20mm的卵石含量約占60%～70%，孔隙中充填砂土。地基承載力特征值fak為350kPa。

水文地質(zhì)條件：在本次勘探過(guò)程中，場(chǎng)地揭露一層地下水，屬孔隙型潛水，主要賦存于粉土③、粉砂④層及卵石⑤層。場(chǎng)地附近無(wú)地表徑流，地下水主要受大氣降水、地表水入滲補(bǔ)給，其水位、水質(zhì)、水量變化主要受日常氣候及地形、巖土介質(zhì)影響。鉆探期間揭露初見水位埋深為3.50m～6.80m，穩(wěn)定水位埋深在3m～4.50m。地下水位動(dòng)態(tài)受季節(jié)變化影響較大，據(jù)了解，場(chǎng)地內(nèi)水位常年變幅一般在3m～5m。

綜合評(píng)價(jià)，本工程屬于路面塌陷易發(fā)路段。

（二）管道防滲漏加固、管溝回填土的改良

路面塌陷的主要原因之一是砂質(zhì)土流失，從而導(dǎo)致路基被掏空。因此，對(duì)管道進(jìn)行防滲漏處理和對(duì)管溝回填土的改良是解決路面塌陷的重要措施之一。

傳統(tǒng)的管溝槽回填做法：管溝槽底至管頂500mm處范圍內(nèi)采用中粗砂進(jìn)行分層壓實(shí)回填；管頂500mm處至路基頂范圍的分兩種情況，道路范圍內(nèi)的按道路要求進(jìn)行回填，非道路范圍內(nèi)的可采用路基外的非膨脹性土進(jìn)行回填，但壓實(shí)度要大于等于93%。（見圖2）

圖2 傳統(tǒng)管溝槽回填剖面示意圖

以傳統(tǒng)管溝槽的方法進(jìn)行建設(shè)，一旦管節(jié)發(fā)生滲漏，管溝槽的中粗砂便容易出現(xiàn)流失現(xiàn)象。為了有效防止回填土的流失，可采用適當(dāng)厚度的土工布等防滲漏材料對(duì)管道進(jìn)行包裹，同時(shí)，回填土也應(yīng)改為不易流失的黏土或水泥含量為4%～7%的水泥穩(wěn)定砂礫。雖然黏土抗?jié)B能力較強(qiáng)，但壓實(shí)施工比較困難，易導(dǎo)致工期延誤，因此可選擇水泥含量為4%～7%的水泥穩(wěn)定砂礫來(lái)進(jìn)行壓實(shí)施工。水泥穩(wěn)定砂礫屬于水泥穩(wěn)定土的一種，它具有以下特點(diǎn)：（1）具有良好的力學(xué)性能和板體性。（2）具有較好的水穩(wěn)性和抗凍性。（3）初期強(qiáng)度高并且強(qiáng)度隨齡期增加。（4）對(duì)于不易壓實(shí)的管溝槽和肥槽等位置的施工，采用水泥穩(wěn)定砂礫更為方便，能夠更有效地保證施工質(zhì)量。（5）由于水泥用量不大，一般為4%～7%，且又都是低強(qiáng)度等級(jí)的水泥，故成本比較低，在富產(chǎn)砂石的地區(qū)大量采用該做法，是降低工程造價(jià)的有效途徑。（見圖3）

圖3 改良后管溝槽回填剖面圖（黏土、水泥穩(wěn)定砂礫）

另外，為了確保工程的質(zhì)量，我們還對(duì)寬出檢查井基礎(chǔ)500mm范圍內(nèi)的砂質(zhì)土地基進(jìn)行固化處理。具體來(lái)說(shuō)，是采用分層劈裂注漿方式進(jìn)行固化，對(duì)基礎(chǔ)底板下1000mm范圍內(nèi)進(jìn)行注漿處理。注漿孔的孔徑為100mm，平面布置為500mm×500mm，采用水泥漿液，水灰比為1∶1，并根據(jù)實(shí)際土質(zhì)情況加入適量外加劑。通過(guò)對(duì)地基注漿固化后，不僅可以有效防止在車輛荷載作用下出現(xiàn)土壤液化現(xiàn)象，還可以大大降低層間位移，減小管節(jié)與井壁變形的風(fēng)險(xiǎn)，從而在一定程度上保障道路的穩(wěn)定性和安全性。

上述做法能有效地防止管道滲漏，還能使施工過(guò)程更加便捷，施工速度得到顯著提升，也獲得業(yè)主和施工方的高度認(rèn)可。

（三）減少管基與管基、管基與井基間的沉降差

管基與管基、管基與井基間的沉降差也是導(dǎo)致路面塌陷的關(guān)鍵因素之一。在本工程中，由于局部管段穿越粉砂層④層，其地基承載力特征值fak為120kPa，小于150kPa，承載力偏低，容易發(fā)生突沉現(xiàn)象。因此，如何減少沉降差，讓管道平緩過(guò)度，就顯得尤為重要。

通過(guò)采用PKPM基礎(chǔ)CAD模塊對(duì)管基、井基沉降進(jìn)行模擬計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在地基不均勻處和管道接入檢查井處容易發(fā)生突沉現(xiàn)象。因此，對(duì)于地基不均勻的管基，可以采用混凝土基礎(chǔ)，差異較大者甚至可以采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)來(lái)增強(qiáng)管道基礎(chǔ)的整體性；對(duì)于管道接入檢查井處，由于檢查井為剛性構(gòu)筑物，在車輛荷載作用下，沉降量一般偏大，需要采用加大檢查井底板面積，或者對(duì)井基范圍內(nèi)的地基進(jìn)行加固、提高其地基承載力等方式來(lái)減少沉降差。這些措施可以有效避免突沉現(xiàn)象的發(fā)生，保障道路安全性。

（四）嚴(yán)格執(zhí)行基槽驗(yàn)收和回填土分層驗(yàn)收制度

嚴(yán)格執(zhí)行基槽驗(yàn)收和回填土分層驗(yàn)收制度是為了防止路面塌陷而采取的重要措施。管道施工過(guò)程中，基槽的承載力和回填土的壓實(shí)程度是路面塌陷發(fā)生的關(guān)鍵影響因素。因此，在技術(shù)交底時(shí)，應(yīng)對(duì)施工和監(jiān)理兩方相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，充分強(qiáng)調(diào)本工程易發(fā)生路面塌陷的特殊情況。同時(shí)，施工必須嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行，加強(qiáng)質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制管道接口的質(zhì)量，在施工單位自檢的基礎(chǔ)上，監(jiān)理單位應(yīng)嚴(yán)格抽檢，并進(jìn)行必要的全數(shù)檢查，對(duì)有意偷工減料者要予以懲戒，以確保管道接口施工的質(zhì)量。這不僅可以提高管道的穩(wěn)定性，還能有效防止管道滲漏。

（五）加強(qiáng)巡查檢測(cè)

長(zhǎng)期加強(qiáng)巡查檢測(cè)，定期維護(hù)和處理問(wèn)題是解決路面塌陷的有效手段。在工程建成后，應(yīng)進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)和維護(hù)。一是對(duì)管道進(jìn)行定期檢修和巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除缺陷和故障，確保排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免滲漏和結(jié)垢等現(xiàn)象的發(fā)生。二是加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境的監(jiān)控和調(diào)查，定期對(duì)路面沉降情況、路邊建筑、路基狀態(tài)等方面進(jìn)行全面檢測(cè)和分析。三是根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行管護(hù)工程或采取應(yīng)急措施，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患，并保障周邊環(huán)境的安全。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文所提出的改良和優(yōu)化措施，南寧市某污水管工程成功避免了路面塌陷，提高了工程質(zhì)量，并在業(yè)主和政府部門的認(rèn)可下順利完成工程任務(wù)。同時(shí)，通過(guò)正視管道滲漏和砂質(zhì)土流失這兩個(gè)原因所造成的道路安全隱患分析，本文提出幾個(gè)有效的對(duì)策，如管道防滲漏加固、改進(jìn)管道回填土、減少管基與井基沉降、嚴(yán)格執(zhí)行基槽驗(yàn)收和回填土分層驗(yàn)收制度、加強(qiáng)巡查檢測(cè)等，這些措施的落實(shí)有助于保障道路安全，為今后的管道工程施工提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。