交通荷载下城市路面塌陷问题的试验研究

李栋艳 王大为

莒南县市政园林处 山东临沂 276600

随着我国城市化进程的加快，道路基础设施建设数目逐年增长，一方面给人们出行带来便利，另一方面随之而来的城市路面塌陷问题也日渐凸显。路面塌陷具有突发性、隐蔽性、破坏性等特点，不仅导致财产损失，影响人们正常的生产生活，更重要的是会造成群众的恐慌心理。从过去发生的事故中总结其发生特点与规律，吸取相应的经验教训，从而采取预防性措施意义重大。

1 路面塌陷的形成条件

1.1 存在薄弱的未固结沉积物盖层

岩溶塌陷的发展趋势主要受土层岩性、厚度及结构、土洞等的影响，本工程路面塌陷区覆土层存在人工填筑土、石灰岩及第四系含角砾石亚黏土等，其中的含角砾石亚黏土层厚度变化大，特别是在溶槽发育区域，其土层厚度增加，含水量增大，物理力学属性变差，土层承载力降低。此外，在区域地下水的不利影响下，岩溶充填物受到软化、掏蚀和带走，导致土质进一步变差。

1.2 直接原因

给排水管（函）不堪重负而渗漏爆裂是导致城市路面塌陷的直接原因。城区规模的扩大，原来的河流湖泊变成了马路、小区和广场，雨水原来就近集中渗漏排泄的渠道被封闭，城市排水集中到原本建设标准不高的管函中，随着排水压强和流速越来越大，造成管函破裂，泥沙流失，最终导致地面塌陷。老城区的给水管也随着负担日益加重，锈蚀日趋严重而导致破裂，水土流失，日积月累，逐渐形成大的空洞而酿成地面塌陷。

2 交通荷载下城市路面塌陷问题的试验研究

2.1 浅层地震勘探法的工作原理

浅层地震勘探法是以地层的波阻抗（Z=ρ·υ，ρ 为岩层的密度，υ 为岩层的波速）差异为依据，通过研究地下不同波阻抗地层的地震波场变化规律，提供工作区有关地下地质构造信息。在地表，人工激发的地震波向下传播，当遇到波阻抗不同的分界面时，就会发生反射、折射和透射。通过高精度地震仪可记录下这些地震反射波。由于地质构造、地层岩性的波阻抗不同，而接收到的地震反射波与不同地层的波阻抗有关，因此仪器接收到的反射波包含各种地质信息。对地震波信号进行叠加降噪、褶积、频谱分析、NMO 校正、CDP 叠加、图像合成等数据处理，得到地下断面二维图像。分析研究地震波中诸如时间、速度、能量、相位、频率等特征。

2.2 流失通道形成时间影响分析

工况8 比工况6 打开流失通道阀门较晚。工况6 形成的空洞要比工况8 的更大，且工况6 的浸润速率更快。分析认为，形成流失通道的时候，浸润范围越大，空洞越大。沉降槽对比图如图1所示，工况6 通道一直打开，工况8 在浸润范围很大320min 时才打开，后者沉降值更大，说明相同状态下，流失通道越早打开，空洞越稳定。若流失通道不存在，管线渗漏的水只在土体中扩散，若上部存在震动荷载，会有密实作用。此种状况仅发生沉降，不会有脱空区出现，若在土体已经被浸润程度很大的状态下打开流失通道，脱空区发展极快，地表易塌陷。

2.3 加强城市道路、管线运维阶段管理

对地下管线渗漏、路面下空洞进行排查，及时发现消除塌陷隐患，同时达到“控增量”和“去存量”的目的。相关部门应变“被动处理”为“主动预防”，利用多种探地与管道检测技术，对路面及地下管线进行检查和维护。同时，加强对施工扰动、路面荷载等方面的监督与管控，协同建设管理部门严控在建地下工程（基坑、隧道等）对周边道路、管线等影响，协同交管部门严查城市道路超载超限现象，减少城市路面塌陷事故发生诱因的出现。

图1 流失通道形成时间对沉降槽的影响

3 结语

采用室内缩尺模型试验，考虑了荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置和流失通道形成时间等因素，研究了管线渗漏引起的路面坍塌问题，结论如下：①当流失通道形成较晚时，下伏侵空洞呈椭圆体，其余工况下，侵蚀的空洞形状皆为漏斗形。土体浸润范围随流失通道形成时间成正比。②仅有静荷载作用时，达到最终破坏的时间，比仅有动荷载作用时要长，且管线上部更容易出现拉裂缝;动荷载较小时，增加了渗漏管线上方土体的稳定性；动荷载较大时，脱空区发展速度加快，塌陷更易发生。③随着流失通道形成时间增加，实质上渗流通道长度增加，管线上方土体稳定性降低，侵蚀更容易到地表，塌陷越容易发生；流失通道与管线的间距增加，最终破坏的时长也会增加；当流失通道与管线相对位置发生改变，位于流失通道的一侧地表沉降偏大，且最终破坏形态居于此侧。