淺議地下水對公路路基的破壞

康永崗

陜西省渭南公路管理局澄城管理段

淺議地下水對公路路基的破壞

康永崗

陜西省渭南公路管理局澄城管理段

公路路基在地下水作用下，經(jīng)常會發(fā)生許多使用病害，嚴重影響公路的正常使用。在道路養(yǎng)護中經(jīng)常遇到的路基沉降、濕陷、鹽漬化、凍脹等病害，都是地下水直接或間接作用的結(jié)果。因此，在公路路基設(shè)計、施工及養(yǎng)護中應(yīng)充分重視地下水作用，認識其對路基的破壞實質(zhì)，選擇有效的防治措施，將對我市公路發(fā)展起到積極作用。

一、地下水對路基的破壞作用

地下水土層和路基作用部分的表現(xiàn)為滲入和一系列作用的增強或改變，這一系列作用中的一部分可為原始的，而另一部分是一些繼發(fā)作用，它們是原始作用的直接后果。作為原始作用，首先是土的濕度改變的物理過程，同時還有土層應(yīng)力狀態(tài)的改變過程，這種應(yīng)力狀態(tài)的變化是在一種作用力的因素即水的一定作用條件下產(chǎn)生的。土的強度降低、沉降的發(fā)展、滑坡變形的發(fā)展、凍脹作用的發(fā)展等過程與現(xiàn)象是上述原始作用同其它作用的共同后果。認識它們在地下水破壞作用下的實質(zhì)是非常必要的。

(一)濕陷現(xiàn)象

濕陷是浸濕時黃土的劇烈沉陷，同一般沉陷的本質(zhì)不同在于濕陷發(fā)生提比較快，并且是土的物理-化學(xué)性質(zhì)改變的結(jié)果，土處于由固定的外部壓力所形成的穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)中。水的浸濕是引起濕陷的主要因素。當浸濕時，水減小著土的內(nèi)部粘結(jié)強度，使結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)削弱，并且已經(jīng)不能支承外部荷載了，這時土的礦物顆粒和團粒便進入運動狀態(tài)，重新排列和更加緊密，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)聯(lián)接的削弱程度和外荷載數(shù)值相適應(yīng)的土的附加壓縮，形成濕陷。黃土層浸濕的一個主要原因是地下水拉的上升，也就是說浸濕是從下而上進行的。自下而上浸濕時，經(jīng)受變形的是相對較干燥的上履土體，它通常具有半固態(tài)稠度和低于液限的天然含水量，濕陷時下陷土層會破碎成一些大塊，彼此間被縫切割。

(二)鹽漬化

土的鹽漬化過程主要發(fā)生在氣候干燥并且分布著鹽漬土的地區(qū)。地下水（潛水和毛細水）是形成鹽土的主要原因之一，因為在干燥氣候條件下發(fā)生著潛水將鹽分自深處帶向表面的過程，而更經(jīng)常的則是由于攜帶鹽分的毛細水的上升。由于水的蒸發(fā)，鹽分會在土的上層和表面濃縮，并形成鹽殼。鹽分的析出，將增大孔隙度和喪失結(jié)晶粘聚性，從而提高了透水性，減弱了土的強度，造成土的沉陷。

(三)滑坡現(xiàn)象

當路基處于天然山坡的坡積層上時，由于坡積層地下水的力的作用（靜水壓力和動水壓力），坡積層會滑動，可能造成路基穩(wěn)定性的破壞，形成滑坡。地下水流的深度變化影響著滲透壓力的大小，地下水位上升，滲透壓力增大，路基穩(wěn)定性降低；地下水的存在會降低土體抗剪強度，尤其是滑動層充水，地下水作為一種力的因素對山坡上滑坡體的穩(wěn)定程度有著特別的影響。

(四)凍脹的形成

凍脹是冬季在道路上形成的局部抬高，春季時就會出現(xiàn)路面的破壞。在水移動薄膜機制基礎(chǔ)上，冬季水分潛移至路面下的凍結(jié)區(qū)，形成冰夾層和冰晶體，春融時，土變得過濕和軟化。較高的潛水水位和來至山坡一側(cè)的潛水靠近路基在路基基底或在路暫與側(cè)溝的邊坡上尖滅是促成深層凍脹的主要條件，在含水層的上面被厚度不大、透水性較低的土層所覆蓋時，潛水的尖滅更加有害。

(五)含水量增大

地下水浸濕路基的水源主要是自潛水和上層滯水面上升的毛細水。這種水經(jīng)常改變著路基土的含水量，尤其是當路堤由粉土和粘性土構(gòu)成并填筑在沼澤或地下水位很高的地基上時，更是如此。當從潛水面自下而上發(fā)生浸濕時，會形成一個具有飽和含水量的區(qū)。含水量的改變（提高）能降低土的強度（抗剪強度），因而降低穩(wěn)定性，導(dǎo)致路基變形。

二、地下水破壞作用的防治

防治地下水對路基的破壞作用，應(yīng)特別注意路基上層的防護，因為路基上層是路面的支撐，是主要承重結(jié)構(gòu)層。目前解決地下水破壞的主要途徑是；路基工作層遠離地下水位；人為降低地下水位高度；設(shè)置人工障礙物阻止地下水對路基的浸濕。

(一)提高路基標高

人為提高路基標高，保證路基工作層在下水位以上一定高度，這是最簡單和傳統(tǒng)的解決方法。對路堤而言實現(xiàn)起來比較容易、簡單，但對于路塹和零填情況，還有當缺乏合格的填土?xí)r，實現(xiàn)起來可能不現(xiàn)實。人工提高路基標高主考慮地下水位高度和選擇合格的路基填料，保證公路路基穩(wěn)定性所要求的路基標高應(yīng)至少高出地下水位2M以上，同時提高標高可以預(yù)防和消除路基深層凍脹，兩者綜合確定高度。在提高的同時應(yīng)特別注意填土不能破壞天然的地下水排水條件，且不要造成出現(xiàn)人工水頭的條件。

(二)降低或攔截地下位

利用有效排水工程對地下水進行攔截或降低是一種有效的解決方法。通常使用的排水工程主要有水平排水層、滲溝、排水明溝等。滲溝從結(jié)構(gòu)劃分主要有水平、立式和混合三種。水平滲溝是滲水管或滲水洞，它們帶有水孔，具有朝向集水地的坡度，其周圍填有滲水材料。完全性滲溝僅部分地切斷含水層，而且其基底達到隔水層。滲溝形式、位置和材料的選擇應(yīng)根據(jù)地下水的水頭位置、流向、水位高度以及工程規(guī)模、要求，結(jié)合當?shù)貙嶋H經(jīng)驗和水力計算，進行綜合考慮、合理組合。這是目前在公路實際工程中應(yīng)引起設(shè)計、施工及管理部門充分重視的方面。因為在許多工程中已大量應(yīng)用了滲溝，但不顧實際條件，肓目引用、套用，導(dǎo)致失效或起不到作用，使路基嚴重受到地下水危害，甚至導(dǎo)致失效或起不到作用，使路基嚴重受到地下水危害，甚至導(dǎo)致路面破壞的實例比較普遍。

(三)修筑結(jié)構(gòu)層

修筑適宜的結(jié)構(gòu)層，以調(diào)節(jié)路基的水溫狀態(tài)，也是一種有效的處理方法，而且應(yīng)用范圍比較廣泛。目前主要應(yīng)用的是防水層和割斷層。防水層主要應(yīng)用各種合成材料和瀝青、水泥等結(jié)合料，摻人集料共同組成不透水、抗沖刷的結(jié)構(gòu)層，設(shè)置于路基和路面之間或路基底部，起到防止地下水浸入的作用。割斷層與防水層類似，主要目的在于割斷地下水的上升路徑，從而減小或消除其對路基的破壞作用。隨著公路的發(fā)展，防治地下水危害還有許多其它方法，但只要能合理利用以上幾種方法，而且使它們發(fā)揮作用，一般可以滿足公路的使用要求。

總之，對于預(yù)防和處治地下水對公路路基帶來的危害，在公路設(shè)計過程中應(yīng)準確探明地下水的位置、來源及大小，從根本上分析清楚可能帶來的各種危害，并預(yù)估危害大小，結(jié)合具體條件和各種方法的作用原理，合理設(shè)計完善的防治系統(tǒng)，這是主要前提條件和根本：施工的質(zhì)量識和管理中的系統(tǒng)觀測是實現(xiàn)手段、保障措施。