郝小影 李憲

摘要：在地下水位較高的市政道路工程中，對地下水位的控制十分關鍵。文章結合非洲安哥拉某市政道路工程，對地下水的采用控制與疏導處理方式，具體為井點降水技術和地下水疏導技術進行技術與經濟對比，得出采用疏導方式為較優處理方式，為類似工程提供參考。

【關鍵詞】市政道路;井點降水;暗管疏水

在市政道路工程中，若其地下水位很高，地下水對路基路面的危害性很大。地下水會破壞路基土的結構，使路基失去穩定性，不但會造成路基滑坡、坍塌，而且容易導致路基路面發生沉陷、翻漿等多種病害。文章通過兩種試驗方式分析土的滲透性，分析出人工降低地下水的可行性，另外轉換思路，變堵為疏，提出新的解決方案。

1.工程概況

某市政道路升級改造項目所在地位于安哥拉中部，西臨大西洋，為典型的海邊盆地地形，且城區內有河流穿過，整個城市處于高地下水位區域，地下水位平均埋深僅約100cm。該項目地處熱帶草原地區，雨季旱季區分明顯，雨季降雨較多;每年11月～翌年4月為雨季，年均降雨量可達500mm。該項目主要包括15km市政道路、雨水管網、污水管網、電力照明、通信設施等。

在項目實施期間，需克服的最大困難為淺埋地下水對工程實施和質量控制的影響。該項目部分路段于2008年曾進行過修復，當時未充分考慮淺埋地下水對工程質量的影響，修復的道路的未達到設計使用年限便嚴重破壞。因此該市政道路升級改造項目的設計工作中對高地下水位的應對措施受到各方的格外關注。

為減少地下水對路面結構的影響，項目部提出兩套方案：（1）人工降低地下水，即通過井點降水的方法;通過在項目范圍內設置多個井點，用水泵抽水，有效降低地下水位，從而減小地下水對路面結構的影響。（2）采用疏導的方式，在路面結構層下設置排水結構，將地下水通過暗管疏導至雨水管路內，有效降低高地下水對于道路結構層的破壞。

2.井點降水技術

2.1井點降水技術分析

本項目分別采用了雙環法和鉆孔注水法兩種方法對土的滲透性進行測定，以分析井點降水的效果并進行井點布置的分析。因項目地處非洲，執行的標準為歐標，檢測方法與計算依據均按照歐洲通行的標準執行。

2 .1.1雙環法測滲透系數。在市政區域范圍內平均取5個點位做雙環法測定。試驗方法如下：

（1）將同心環鐵環埋入土中，并測出埋到土中的深度;

（2）向外環內加水，并時刻保持外環水處于滿的狀態，以保證外環內土的飽和;

（3）向內環內加水，并保持水位低于地平線，且低于外環水位，以使內環內的土充分飽和;

（4）再次向內環內加水，并用刻度尺量出水位距離內環頂的距離Mi，并開始計時TO;

（5）待內環水滲入到地下后，重新測量內環水位距離內環頂的距離Mf，并開始計時Tf;

（6）對于其他4個點按照同樣的試驗順序，進行測定。

通過對5個點位的試驗，取得相應的數據后，按照式（1）計算土的滲透系數。

式（1）中：K-土的滲透系數，m/s;I一鐵環的入土深度，mm;△t=Tf-T0， min;U=1/60000，mm/min到m/s的轉換系數;Ho=H-I-Mi，mm;h=H-I-Mf，mm; H-鐵環的高度，mm。

通過式（1）測得5個點位的滲透系數，如下：A點位的滲透系數為4.01E-05m/s;B點位的滲透系數為2.44E-06m/s;C點位的滲透系數為8.41E-06m/s;D點位的滲透系數為9.70E-06m/s;E點位的滲透系數為2.02E-06m/s。

根據測得的滲透系數，進行土的性質分析。通過圖1可讀出測出5個點的土質特性。

對比得出雙環法測得的5個點位的土為粘土淤泥質土質，滲透系數較低。

2 .1.2鉆孔注水法測滲透系數，在市政區域范圍內平均另取9個點位對土的滲透性進行了檢測，試驗方法如下：

（1）在每一個檢測點位取4根50mm直徑的PVC管，長度分別為50cm、100cm、150cm和200cm，將其埋入地下;

（2）量出此時每根管的水位到管頂口的距離Mi并記下時間Ti;

（3）待土充分飽和后量出此時管內水位到管頂口的距離Mf并記下時間Tf。

（4）在其他8個點位按照同樣的試驗順序進行測定。

通過對9個點位的試驗，取得相應的數據后，按照式（2）對土的滲透系數計算。

式（2）中：K-土的滲透系數，m/s;R-管的半徑，0.025m;△t=Tf-T0，s;Ho=H-Mi，cm; h=H-Mf，cm;H=管的高度，cm。

通過式（2）算出9個點位的滲透系數，并通過數據分析得出該工程范圍內土的平均滲透系數為3.69E-08，將計算得出的土體的滲透系數數值與圖2對照，進一步驗證了該區域的土體為粘土，滲透系數較低。

綜上所述，該區域的分布土體為粘土，滲透系數較低，井點降水的效果差，降水漏斗影響范圍較小。若采用井點降水，需要在該工程范圍內沿路布設193處井點，并保持常年抽水降水方可達到降低地下水位的目的。

2.2井點降水經濟性分析

該項目地處經濟不發達地區，社會發展水平較低下，物資短缺，水泵和管材等物資設備均需進口，設備的維護費用，維修費用和使用費用均較高。通過式（3）可以算得設計年限內井點降水的建設和運維總費用。

T=Q×（（C+P）+（S+O）×D） （3）

式（3）中：T-建設與設計年限內的運維總費用;Q-泵站數量;C-泵站土建費用;P-水泵的采購費用;D-設計年限;s-年維護費用;O-年運營費用。

綜合考慮成本與物價水平，計算得到采用井點降水的建設成本和20年設計年限內運維總費用合計為884萬美元。

3.地下水疏導技術

3.1地下水疏導技術分析

該地區瀕臨海洋并有河流穿過，地下水位埋深淺，亦可通過有效疏導以控制地下水位對道路結構層的影響。綜合考慮各因數，通過道路交通流量荷載計算，提出采用增加一層碎石墊層，一層沙層并在碎石排水層中埋設HDPE花管來疏導地下水。結構層設計見圖2。

地下水位的正常高度為碎石層內，距地面約0.7m，埋設的HDPE花管距離地面0.8m。由此可將地下水通過埋設的花管收集并疏導到雨水井內，由雨水管排出。

3.2地下水疏導經濟性分析

項目所在地距離瀕海臨河，容易獲得質優價廉的沙。在距離項目現場20km里處有一碎石場，能保質保量的供應級配碎石，且當地的人工成本不高。通過式（4），可算出結構層的建設費用。

T GxP₁+ CxP₂+ SxP₃+ HxP₄

（4）

式（4）中：T-總建設費用;G-土工布建設費用;C-碎石層的建設費用;S-沙層的建設費用;H-HDPE管的建設費用。

通過計算得出增加排水結構層的總費用為328萬美元，且為一次性投入，基本無需維護。因此采用設置排水結構層方案較為經濟。

4.分析與總結

綜上所述，“疏”與“控”是解決地下水埋深淺問題的兩種途徑，在項目設計階段中均進行了考慮。鑒于項目所在地的特點，如社會發展水平，沙、石等地材的可獲得性來進行綜合性分析。本項目通過費用對比可發現井點降水的費用隨著年限的增長逐年增加，約第9年時井點降水費用即與暗管導水的費用相當。井點降水前期投入較少，但需在后期保持投入以維護水泵的正常運行，運維成本較高;暗管導水需要增加結構層，前期建設投入較大，后期維護投入很少。且采用井點降水方案降水效果將受到運維單位管理水平的制約，存在降水效果不佳的風險。因此采用設置排水結構層方案為較優方案。

5.結束語

綜上所述，文章通過項目施工以及試運行可獲知轉換思路，以變“控”為“疏”的方式來避免地下水位的危害，不但經濟性較優，而且工程質量能得到有效控制。項目得到業主單位、當地政府和市民的普遍肯定，為在安哥拉類似項目的實施提供了重要的參考依據。

【參考文獻】

[1]黃文熙.土的工程性質[M].北京：水利電力出版社，1983.

[2]盧懷，馬時冬，城市主干道軟基處理的特點[J].巖土工程界，2004 （11）：38-40.