浅议高地下水位市政道路工程设计

郝小影 李宪

摘要：在地下水位较高的市政道路工程中，对地下水位的控制十分关键。文章结合非洲安哥拉某市政道路工程，对地下水的采用控制与疏导处理方式，具体为井点降水技术和地下水疏导技术进行技术与经济对比，得出采用疏导方式为较优处理方式，为类似工程提供参考。

【关键词】市政道路;井点降水;暗管疏水

在市政道路工程中，若其地下水位很高，地下水对路基路面的危害性很大。地下水会破坏路基土的结构，使路基失去稳定性，不但会造成路基滑坡、坍塌，而且容易导致路基路面发生沉陷、翻浆等多种病害。文章通过两种试验方式分析土的渗透性，分析出人工降低地下水的可行性，另外转换思路，变堵为疏，提出新的解决方案。

1.工程概况

某市政道路升级改造项目所在地位于安哥拉中部，西临大西洋，为典型的海边盆地地形，且城区内有河流穿过，整个城市处于高地下水位区域，地下水位平均埋深仅约100cm。该项目地处热带草原地区，雨季旱季区分明显，雨季降雨较多;每年11月～翌年4月为雨季，年均降雨量可达500mm。该项目主要包括15km市政道路、雨水管网、污水管网、电力照明、通信设施等。

在项目实施期间，需克服的最大困难为浅埋地下水对工程实施和质量控制的影响。该项目部分路段于2008年曾进行过修复，当时未充分考虑浅埋地下水对工程质量的影响，修复的道路的未达到设计使用年限便严重破坏。因此该市政道路升级改造项目的设计工作中对高地下水位的应对措施受到各方的格外关注。

为减少地下水对路面结构的影响，项目部提出两套方案：（1）人工降低地下水，即通过井点降水的方法;通过在项目范围内设置多个井点，用水泵抽水，有效降低地下水位，从而减小地下水对路面结构的影响。（2）采用疏导的方式，在路面结构层下设置排水结构，将地下水通过暗管疏导至雨水管路内，有效降低高地下水对于道路结构层的破坏。

2.井点降水技术

2.1井点降水技术分析

本项目分别采用了双环法和钻孔注水法两种方法对土的渗透性进行测定，以分析井点降水的效果并进行井点布置的分析。因项目地处非洲，执行的标准为欧标，检测方法与计算依据均按照欧洲通行的标准执行。

2 .1.1双环法测渗透系数。在市政区域范围内平均取5个点位做双环法测定。试验方法如下：

（1）将同心环铁环埋入土中，并测出埋到土中的深度;

（2）向外环内加水，并时刻保持外环水处于满的状态，以保证外环内土的饱和;

（3）向内环内加水，并保持水位低于地平线，且低于外环水位，以使内环内的土充分饱和;

（4）再次向内环内加水，并用刻度尺量出水位距离内环顶的距离Mi，并开始计时TO;

（5）待内环水渗入到地下后，重新测量内环水位距离内环顶的距离Mf，并开始计时Tf;

（6）对于其他4个点按照同样的试验顺序，进行测定。

通过对5个点位的试验，取得相应的数据后，按照式（1）计算土的渗透系数。

式（1）中：K-土的渗透系数，m/s;I一铁环的入土深度，mm;△t=Tf-T0， min;U=1/60000，mm/min到m/s的转换系数;Ho=H-I-Mi，mm;h=H-I-Mf，mm; H-铁环的高度，mm。

通过式（1）测得5个点位的渗透系数，如下：A点位的渗透系数为4.01E-05m/s;B点位的渗透系数为2.44E-06m/s;C点位的渗透系数为8.41E-06m/s;D点位的渗透系数为9.70E-06m/s;E点位的渗透系数为2.02E-06m/s。

根据测得的渗透系数，进行土的性质分析。通过图1可读出测出5个点的土质特性。

对比得出双环法测得的5个点位的土为粘土淤泥质土质，渗透系数较低。

2 .1.2钻孔注水法测渗透系数，在市政区域范围内平均另取9个点位对土的渗透性进行了检测，试验方法如下：

（1）在每一个检测点位取4根50mm直径的PVC管，长度分别为50cm、100cm、150cm和200cm，将其埋入地下;

（2）量出此时每根管的水位到管顶口的距离Mi并记下时间Ti;

（3）待土充分饱和后量出此时管内水位到管顶口的距离Mf并记下时间Tf。

（4）在其他8个点位按照同样的试验顺序进行测定。

通过对9个点位的试验，取得相应的数据后，按照式（2）对土的渗透系数计算。

式（2）中：K-土的渗透系数，m/s;R-管的半径，0.025m;△t=Tf-T0，s;Ho=H-Mi，cm; h=H-Mf，cm;H=管的高度，cm。

通过式（2）算出9个点位的渗透系数，并通过数据分析得出该工程范围内土的平均渗透系数为3.69E-08，将计算得出的土体的渗透系数数值与图2对照，进一步验证了该区域的土体为粘土，渗透系数较低。

综上所述，该区域的分布土体为粘土，渗透系数较低，井点降水的效果差，降水漏斗影响范围较小。若采用井点降水，需要在该工程范围内沿路布设193处井点，并保持常年抽水降水方可达到降低地下水位的目的。

2.2井点降水經济性分析

该项目地处经济不发达地区，社会发展水平较低下，物资短缺，水泵和管材等物资设备均需进口，设备的维护费用，维修费用和使用费用均较高。通过式（3）可以算得设计年限内井点降水的建设和运维总费用。

T=Q×（（C+P）+（S+O）×D） （3）

式（3）中：T-建设与设计年限内的运维总费用;Q-泵站数量;C-泵站土建费用;P-水泵的采购费用;D-设计年限;s-年维护费用;O-年运营费用。

综合考虑成本与物价水平，计算得到采用井点降水的建设成本和20年设计年限内运维总费用合计为884万美元。

3.地下水疏导技术

3.1地下水疏导技术分析

该地区濒临海洋并有河流穿过，地下水位埋深浅，亦可通过有效疏导以控制地下水位对道路结构层的影响。综合考虑各因数，通过道路交通流量荷载计算，提出采用增加一层碎石垫层，一层沙层并在碎石排水层中埋设HDPE花管来疏导地下水。结构层设计见图2。

地下水位的正常高度为碎石层内，距地面约0.7m，埋设的HDPE花管距离地面0.8m。由此可将地下水通过埋设的花管收集并疏导到雨水井内，由雨水管排出。

3.2地下水疏导经济性分析

项目所在地距离濒海临河，容易获得质优价廉的沙。在距离项目现场20km里处有一碎石场，能保质保量的供应级配碎石，且当地的人工成本不高。通过式（4），可算出结构层的建设费用。

T GxP₁+ CxP₂+ SxP₃+ HxP₄

（4）

式（4）中：T-总建设费用;G-土工布建设费用;C-碎石层的建设费用;S-沙层的建设费用;H-HDPE管的建设费用。

通过计算得出增加排水结构层的总费用为328万美元，且为一次性投入，基本无需维护。因此采用设置排水结构层方案较为经济。

4.分析与总结

综上所述，“疏”与“控”是解决地下水埋深浅问题的两种途径，在项目设计阶段中均进行了考虑。鉴于项目所在地的特点，如社会发展水平，沙、石等地材的可获得性来进行综合性分析。本项目通过费用对比可发现井点降水的费用随着年限的增长逐年增加，约第9年时井点降水费用即与暗管导水的费用相当。井点降水前期投入较少，但需在后期保持投入以维护水泵的正常运行，运维成本较高;暗管导水需要增加结构层，前期建设投入较大，后期维护投入很少。且采用井点降水方案降水效果将受到运维单位管理水平的制约，存在降水效果不佳的风险。因此采用设置排水结构层方案为较优方案。

5.结束语

综上所述，文章通过项目施工以及试运行可获知转换思路，以变“控”为“疏”的方式来避免地下水位的危害，不但经济性较优，而且工程质量能得到有效控制。项目得到业主单位、当地政府和市民的普遍肯定，为在安哥拉类似项目的实施提供了重要的參考依据。

【参考文献】

[1]黄文熙.土的工程性质[M].北京：水利电力出版社，1983.

[2]卢怀，马时冬，城市主干道软基处理的特点[J].岩土工程界，2004 （11）：38-40.