2015年公路造價師輔導:地下水對路基的破壞

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　　前言

　　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，在公路路基設計、施工及養(yǎng)護中應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，將對我省公路發(fā)展起到積極作用。

　　1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，同時還有土層應力狀態(tài)的改變過程，這種應力狀態(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、滑坡就形的發(fā)展、凍脹作用與就形的發(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。

　　1.1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。

　　1.2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。

　　1.3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。

　　1.4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。在地下水作用下，路基通常會形成深層漿脹(水文地質(zhì)凍脹)。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。

　　1.5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，導致路基變形。

　　2地下水破壞作用的防治

　　防治地下水對路基的破壞作用，應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;設置人工障礙物阻止地下水對路基的浸濕。

　　2.1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時，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至少高出地下水位2M以上，同時提高標高可以預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。

　　2.2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。立式滲溝由一系列降水鉆孔組成，它們通常保持相同的隔距離，籍助于吸收或虹吸系統(tǒng)可保持所規(guī)定的水位，混合滲溝是一種自流的排水洞或管和一系列沿長度等距離布置的自流鉆孔，自流鉆孔的口一般通入排水洞側(cè)面的檢查井。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引起設計、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用了滲溝，但不顧實際條件，肓目引用、套用，導致失效或起不到作用，使路基嚴重受到地下水危害，甚至導致失效或起不到作用，使路基嚴重受到地下水危害，甚至導致路面破壞的實例比較普遍。

　　2.3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，而且應用范圍比較廣泛。目前主要應用的是防水層和割斷層。防水層主要應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。

　　為了防治地基和路基土的鹽漬化，當不可能保證路基肩部在地下水位以上所需高度時，可修筑一定厚度的卵石或碎石夾層，起到割斷作用。

　　預防自潛水或上層滯水面上升的毛細水對路基的危害，可修筑毛細割斷層。毛細割斷層由于其作用，應采用非凍脹、透水性良好的土填筑。

　　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。