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，高級工程師）

范 媛（通訊作者）（南寧學(xué)院，高級建筑師）

隨著道路建設(shè)日益增多，道路安全隱患也越來越突出，其中路面塌陷是極為關(guān)鍵且常見的問題，給人民生命財產(chǎn)安全帶來巨大的危害。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，引起社會強烈關(guān)注。黨中央和國務(wù)院對此高度重視，要求當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門及負責(zé)人認真排查城市公共設(shè)施安全隱患，解決好歷史問題，并確保新建工程的質(zhì)量。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國路面塌陷事故呈逐年增長、多發(fā)頻發(fā)的態(tài)勢，年平均增長率達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，本文將對地下管線破壞引起的路面塌陷進行分析和研究，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，如同時存在以下三個因素，路基水土流失會引起路面塌陷。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，管周砂質(zhì)土通常會從管節(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)的水在水壓下會迅速從滲漏處流動到管外的砂質(zhì)土中，隨著水量的增加，砂礫石的細小顆粒會沿著溝槽薄弱部位或孔洞、巖溶洞等地方流失，也會導(dǎo)致管周回填土被掏空和路面塌陷問題。因此，需要在設(shè)計、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題。

（二）路面塌陷的設(shè)計原因

第一，在設(shè)計管溝槽時，中粗砂常被作為回填材料，其中一個原因是方便施工，另外一個原因是更容易滿足路基壓實的要求。然而，中粗砂的流失問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，就不會出現(xiàn)回填土流失的問題，也能有效避免路面塌陷的發(fā)生。但黏土在分層壓實時相對中粗砂難以壓實，尤其在管溝槽開挖寬度較小、深度較深時，施工較為困難和緩慢。

第二，對于管道基礎(chǔ)（以下簡稱管基）和檢查井基礎(chǔ)（以下簡稱井基）的沉降問題，目前設(shè)計人員在滿足地基承載力要求的前提下，較少進行沉降計算。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，對地基要求的敏感度不同。因此，應(yīng)針對不同情況采取不同措施，避免地面塌陷的發(fā)生。

第三，對于管道需要穿過砂質(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)計人員通常不對地基進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，埋下致使未來路面塌陷的安全隱患。因此，在設(shè)計和建設(shè)中，應(yīng)該盡可能做好每個細節(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

一是施工過程中可能存在不嚴(yán)格執(zhí)行施工質(zhì)量要求的問題。雖然設(shè)計圖紙符合規(guī)范和規(guī)程，但實際施工中保障每個管道與管道的接口、管道與檢查井的接口不滲漏仍面臨著困難。為解決這些問題，要求管溝槽地基的承載力要滿足設(shè)計要求，且管溝槽回填壓實需要嚴(yán)格執(zhí)行分層壓實和驗收制度。然而，在實際施工中管道工程的管溝槽有時未嚴(yán)格實行驗槽程序，地基承載力缺乏驗收和保證。此外，由于管溝槽開挖較狹窄，難以使用大型的壓實設(shè)備，通常采用小型機械壓實或人工夯實，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收和管溝槽回填壓實等方面，應(yīng)采取專業(yè)嚴(yán)格的評估、驗收和施工措施。

二是施工過程中的降水。降水會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)計降水方案時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。需要針對地基土層的不同巖性采用對應(yīng)措施，避免出現(xiàn)出水含砂泥過量的情況，否則會破壞地層結(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地層造成擾動，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)理角度來看，管道施工監(jiān)理的工作重點主要放在管材質(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收，沒有嚴(yán)格執(zhí)行驗槽程序，導(dǎo)致管基和井基的地基承載力無法保證。此外，由于接口的施工質(zhì)量參差不齊，無法嚴(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，故接口問題也成為主要因素之一。在管溝槽的分層回填和壓實方面，施工難度大，且難以嚴(yán)格執(zhí)行分層驗收制度，也增加了路面塌陷的風(fēng)險。

另外，監(jiān)理的工作重點過于注重基本要素，對其他重要參數(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)加強對施工人員的指導(dǎo)和管理，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取合適的解決方案。監(jiān)理人員要認真對待所有施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定和驗收制度，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

針對路面塌陷的原因，本文以南寧市某污水管工程為例，進行設(shè)計、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，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：在本次勘探過程中，場地揭露一層地下水，屬孔隙型潛水，主要賦存于粉土③、粉砂④層及卵石⑤層。場地附近無地表徑流，地下水主要受大氣降水、地表水入滲補給，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。地下水位動態(tài)受季節(jié)變化影響較大，據(jù)了解，場地內(nèi)水位常年變幅一般在3m～5m。

綜合評價，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，對管道進行防滲漏處理和對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)采用中粗砂進行分層壓實回填；管頂500mm處至路基頂范圍的分兩種情況，道路范圍內(nèi)的按道路要求進行回填，非道路范圍內(nèi)的可采用路基外的非膨脹性土進行回填，但壓實度要大于等于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管道進行包裹，同時，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，但壓實施工比較困難，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)定砂礫來進行壓實施工。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：（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）初期強度高并且強度隨齡期增加。（4）對于不易壓實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%，且又都是低強度等級的水泥，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，我們還對寬出檢查井基礎(chǔ)500mm范圍內(nèi)的砂質(zhì)土地基進行固化處理。具體來說，是采用分層劈裂注漿方式進行固化，對基礎(chǔ)底板下1000mm范圍內(nèi)進行注漿處理。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)實際土質(zhì)情況加入適量外加劑。通過對地基注漿固化后，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，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，讓管道平緩過度，就顯得尤為重要。

通過采用PKPM基礎(chǔ)CAD模塊對管基、井基沉降進行模擬計算可以發(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)來增強管道基礎(chǔ)的整體性；對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，或者對井基范圍內(nèi)的地基進行加固、提高其地基承載力等方式來減少沉降差。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)行基槽驗收和回填土分層驗收制度

嚴(yán)格執(zhí)行基槽驗收和回填土分層驗收制度是為了防止路面塌陷而采取的重要措施。管道施工過程中，基槽的承載力和回填土的壓實程度是路面塌陷發(fā)生的關(guān)鍵影響因素。因此，在技術(shù)交底時，應(yīng)對施工和監(jiān)理兩方相關(guān)技術(shù)負責(zé)人進行技術(shù)培訓(xùn)，充分強調(diào)本工程易發(fā)生路面塌陷的特殊情況。同時，施工必須嚴(yán)格按照操作要求進行，加強質(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，并進行必要的全數(shù)檢查，對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）加強巡查檢測

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

三、結(jié)語

通過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)主和政府部門的認可下順利完成工程任務(wù)。同時，通過正視管道滲漏和砂質(zhì)土流失這兩個原因所造成的道路安全隱患分析，本文提出幾個有效的對策，如管道防滲漏加固、改進管道回填土、減少管基與井基沉降、嚴(yán)格執(zhí)行基槽驗收和回填土分層驗收制度、加強巡查檢測等，這些措施的落實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)驗和啟示。