自然溝谷水系對公園道路路基工程的危害及防治措施

馬海波

(福建長大建設有限公司，福建 福州 350000)

1 項目概況

1.1 項目簡介

筆者參建的公園道路項目是福建省龍巖某地區的一個生態旅游開發項目的道路工程，處于低山丘陵地貌，該項目擬對既有公路右側山谷進行回填處治，并在回填位置新建環形道路，道路中間設置人工湖，沿湖增設人行步道，本項目的建成一方面能夠優化當地居民的日常出行體驗，另一方面，還將改善本生態旅游項目的道路通行能力。本項目設計里程1.775 km，公路設計等級為四級，設計時速20 km/h，路面形式選用水泥混凝土路面，路基寬度6.5 m。

1.2 溝谷發育和自然水系分布情況

天然溝谷在設計道路的中間位置，與道路走向接近，在K0+980處與道路正交。K0+980原地面高程360.41 m，路面頂高程378.80 m，填土高度18.39 m；起點樁號K0+000，原地面高程325.77 m，路面頂高程335.23 m，填土高度9.46 m；可以算出，以上兩處原地面高差為36.64 m，溝谷水流方向是從大樁號往小樁號流。溝谷旱季時水量較小，個別月份處于斷流狀態；雨季流量較大，流量主要受降雨影響較大。

2 自然溝谷水系對公園道路路基工程的危害分析

2.1 路基邊坡浸水沖刷病害

溝谷流水及積水始終是威脅和影響公路路基結構穩定性的重要因素，對存在自然溝谷水系、“堰塞湖”等區域的路基結構，在長期泡水滲水作用下，路基邊坡在積水浸泡作用下將相繼出現邊坡滑塌、邊坡大變形等病害；主要是由于長期積水滲透，路基土體軟化，在動水壓力作用下，土體顆粒因沖刷而大量流失，由于沖刷流失不均勻，在局部薄弱位置容易形成土方“缺口”，尤其是防水措施不到位的區域，土方缺口情況更加嚴重?？紤]到本項目路面采用水泥混凝土路面，由于剛性路面的彈性模量較大，在路基出現軟化變形時，路面與路基之間的協調變形能力較低，很容易造成路面板“脫空”病害。此外，路基土體在水流沖刷和浸泡作用下，路基整體將沿某一薄弱面向外側滑移。

2.2 路基翻漿冒水病害

對于過境自然溝谷水系分布密集的路基段，一旦出現短時間強降雨等強對流天氣，導致自然溝谷水系的水位在短期內快速上漲，在動水壓力的滲透作用下，大量積水滲入路基土體內，并隨著溝谷水系水位抬升而上升，最終導致積水從路基表面冒出，造成嚴重的翻漿和路基土體軟化病害。由于大量積水從路基頂面滲出，導致路基壓實及路面施工環節無法繼續推進，嚴重影響施工總體進度。

2.3 路基不均勻沉陷病害

長期浸水路基容易在路基土體內形成水流通道，加之自然溝谷水系中的水源化學成分復雜，長期浸泡后容易引發路基土體軟化、承載能力顯著下降；此外，由于上下游的水位高差約40 m，“堰塞湖”積水在水壓力作用下，通過下方路基填料顆粒間縫隙往下游滲流，細小的土體顆粒大量流失；大顆料土體在水長期浸泡下開始軟化分解成小顆料，小顆粒又被流水帶走，長此以往，導致路基土體內的粒料級配由連續級配逐步向開級配發展，一旦遭遇雨季降雨量暴增等因素的疊加影響，嚴重情況下，將直接掏空路基土體，最終引發路基下沉、開裂甚至塌陷等病害，造成重大的安全隱患。

3 自然溝谷水系條件下公園道路路基工程綜合防治措施

對分布有自然溝谷水系的這一類涉水路基結構而言，在路基施工綜合處治過程中，建議堅持“擋排結合，綜合施策”的基本原則，著重從路基擋水和路基排水兩方面對涉水路基進行綜合處治，特別是要加強地質及水文調研，做好路基防排水設計，確保路基結構的穩定性和承載能力。

3.1 本項目路基擋排水設計變更過程

由于種種原因，原設計未對道路工程進行相應防排水設計。筆者作為施工單位進場后，深入現場進行調研，結合設計文件綜合分析本工程自然環節、水文地質等條件。發現自然溝谷水系分布是影響公園道路路基施工及后期運營質量的關鍵因素，溝谷中間段落(長度約950 m)被整體填高10余m，路基施工勢必會破壞原有的溝谷水系，如不能合理處治自然溝谷水系，路基會阻斷水流，最后會形成人工“堰塞湖”，勢必會對路基承載性能、耐久性及穩定性埋下重大隱患。筆者先后數次發函提出路基施工前應先治水，對原有水系進行疏導處治或者進行防護引流等方案。但建設單位以溝谷流水不大，若變更，費用較高等理由拒絕；事實證明，建設方的決定是錯誤的，錯過了防排水治理的最佳時期，不但耽誤了工期，增加了后續處理難度，也增加工程費用。隨著工程的進展，土方已填至接近設計標高，路基施工已切斷原有溝谷，事實形成對溝谷的圍堵，時值雨季，加上遇到異常惡劣的天氣，連續的暴雨，導致溝谷積水迅速增加，已經形成“堰塞湖”?！把呷苯萋坊?，造成了上節描述的路基病害發生。設計不當及建設方對防排水工作不重視是造成以上后果的主觀原因，好在建設單位及時糾正了錯誤的觀點，組織各方進行現場調研，考慮到該項目屬于綜合旅游基礎設施項目，且項目設計方案中有人工湖部分，本著因地制宜、經濟適用、安全、低碳、可持續的管理理念，決定采取綜合措施進行整治，在滿足路基防排水施工要求的基礎上，將自然水系引至人工湖，以達到變害為利的目的。

3.2 自然溝谷水系條件下公園道路路基排水措施

施工初期，由于建設方不同意變更也不增加費用，為了減輕溝谷流水對路基填土施工的干擾，施工單位自費采取了以下措施：一是設置盲溝，時值旱季，溝谷積水較少，對原有溝谷進行拉直，清淤后換填開山石碴等透水性材料作為排水盲溝，排除溝谷流水和地下滲水等。二是通過抽水引流+自然引排方式，將自然水系中的水引入路基臨時排水溝排至下游溝谷，以實現水體的空間移動。三是進行工程變更完善了綜合防排水設施，因勢利導自然排水。施工路基防護后，“堰塞湖”自然蓄水到一定標高，積水會通過涵洞流入人工湖，人工湖下游設置排水溝連接到天然溝谷，形成自然排水，提高了景觀性，減少了水害，節約了人工湖項目的設備購置費和運營電費(原計劃是抽水維持人工湖水位)，變害為利。

3.3 自然溝谷水系條件下公園道路路基擋水措施

為了體現擋水處治差異化特點，對涉水路基沿岸處治應根據自然水系分布及發育特點、水位深度、降水條件、對施工影響等因素綜合確定處治方案，本項目制定二級差異化處治方案，即：“坡面防護-防水層+擋土墻綜合防護”方案外加土圍堰臨時擋水方案。

一是坡面防護。對于水系水位較低、積水外排工況良好且未發現潛在水量激增風險的前提下，為了降低施工成本，可使用單純坡面防護法，無需額外進行抗沖刷防護，可采用漿砌片石拱形骨架防護型式，護腳墻可設置為C20片石混凝土結構，框架內植草以達到防護和綠色環保的目的；此外，在空間允許的前提下，可適當降低路基邊坡坡度，以緩釋積水沖刷效應。

二是防水層+擋土墻綜合防護方案。自然溝谷水系對沿岸公路路基構成極高風險的“堰塞湖”路段，本著設防到位的基本原則，使用“防水層+擋土墻”綜合防護法，具體做法為：粘土+復合膨潤土防水毯+復合土工膜防水層+砂礫墊層+漿砌片石擋土墻護坡；基礎采用片石混凝土護腳墻。在具體工程實踐中，也經常將擋土墻與石籠防護組合利用，以提高設防效果，擋土墻基底應至少超過最大沖刷線以下0.5 m。

三是設置土圍堰臨時擋水方案。進入雨季后，溝谷水流加大，排水盲溝不滿足排水需求，為減少積水對路基施工的影響，以本項目為例，為了降低施工成本，盡量就地取材，采用臨時土圍堰擋水。土圍堰可以將堰塞湖積水和路基隔離開來，使路基施工不受影響，具有費用低、簡單易行等優點，缺點是擋水高度不高，作為臨時擋水措施是個較好的選擇。

4 結 論

綜上所述，本文從自然溝谷水系對公園道路路基工程的危害角度出發，明確了邊坡沖刷、開裂、滑塌及路基沉陷、翻漿冒水是涉水公路路基常見的病害形式；并基于以上病害特點，結合項目現場實際情況，特從路基擋水和排水兩個角度提出了具體的綜合處治措施；分析了設計不當及建設方對防排水工作不重視會造成工期延誤、后續處理難度加大、費用增加等后果；因此要特別重視前期調研，因地制宜，綜合治理，切實做好自然溝谷水系影響范圍內公園道路工程防排水工作，減少水害的發生，達到變害為利的目的，為將來實施的類似項目提供了參考。