自然沟谷水系对公园道路路基工程的危害及防治措施

马海波

(福建长大建设有限公司，福建 福州 350000)

1 项目概况

1.1 项目简介

笔者参建的公园道路项目是福建省龙岩某地区的一个生态旅游开发项目的道路工程，处于低山丘陵地貌，该项目拟对既有公路右侧山谷进行回填处治，并在回填位置新建环形道路，道路中间设置人工湖，沿湖增设人行步道，本项目的建成一方面能够优化当地居民的日常出行体验，另一方面，还将改善本生态旅游项目的道路通行能力。本项目设计里程1.775 km，公路设计等级为四级，设计时速20 km/h，路面形式选用水泥混凝土路面，路基宽度6.5 m。

1.2 沟谷发育和自然水系分布情况

天然沟谷在设计道路的中间位置，与道路走向接近，在K0+980处与道路正交。K0+980原地面高程360.41 m，路面顶高程378.80 m，填土高度18.39 m；起点桩号K0+000，原地面高程325.77 m，路面顶高程335.23 m，填土高度9.46 m；可以算出，以上两处原地面高差为36.64 m，沟谷水流方向是从大桩号往小桩号流。沟谷旱季时水量较小，个别月份处于断流状态；雨季流量较大，流量主要受降雨影响较大。

2 自然沟谷水系对公园道路路基工程的危害分析

2.1 路基边坡浸水冲刷病害

沟谷流水及积水始终是威胁和影响公路路基结构稳定性的重要因素，对存在自然沟谷水系、“堰塞湖”等区域的路基结构，在长期泡水渗水作用下，路基边坡在积水浸泡作用下将相继出现边坡滑塌、边坡大变形等病害；主要是由于长期积水渗透，路基土体软化，在动水压力作用下，土体颗粒因冲刷而大量流失，由于冲刷流失不均匀，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区域，土方缺口情况更加严重。考虑到本项目路面采用水泥混凝土路面，由于刚性路面的弹性模量较大，在路基出现软化变形时，路面与路基之间的协调变形能力较低，很容易造成路面板“脱空”病害。此外，路基土体在水流冲刷和浸泡作用下，路基整体将沿某一薄弱面向外侧滑移。

2.2 路基翻浆冒水病害

对于过境自然沟谷水系分布密集的路基段，一旦出现短时间强降雨等强对流天气，导致自然沟谷水系的水位在短期内快速上涨，在动水压力的渗透作用下，大量积水渗入路基土体内，并随着沟谷水系水位抬升而上升，最终导致积水从路基表面冒出，造成严重的翻浆和路基土体软化病害。由于大量积水从路基顶面渗出，导致路基压实及路面施工环节无法继续推进，严重影响施工总体进度。

2.3 路基不均匀沉陷病害

长期浸水路基容易在路基土体内形成水流通道，加之自然沟谷水系中的水源化学成分复杂，长期浸泡后容易引发路基土体软化、承载能力显著下降；此外，由于上下游的水位高差约40 m，“堰塞湖”积水在水压力作用下，通过下方路基填料颗粒间缝隙往下游渗流，细小的土体颗粒大量流失；大颗料土体在水长期浸泡下开始软化分解成小颗料，小颗粒又被流水带走，长此以往，导致路基土体内的粒料级配由连续级配逐步向开级配发展，一旦遭遇雨季降雨量暴增等因素的叠加影响，严重情况下，将直接掏空路基土体，最终引发路基下沉、开裂甚至塌陷等病害，造成重大的安全隐患。

3 自然沟谷水系条件下公园道路路基工程综合防治措施

对分布有自然沟谷水系的这一类涉水路基结构而言，在路基施工综合处治过程中，建议坚持“挡排结合，综合施策”的基本原则，着重从路基挡水和路基排水两方面对涉水路基进行综合处治，特别是要加强地质及水文调研，做好路基防排水设计，确保路基结构的稳定性和承载能力。

3.1 本项目路基挡排水设计变更过程

由于种种原因，原设计未对道路工程进行相应防排水设计。笔者作为施工单位进场后，深入现场进行调研，结合设计文件综合分析本工程自然环节、水文地质等条件。发现自然沟谷水系分布是影响公园道路路基施工及后期运营质量的关键因素，沟谷中间段落(长度约950 m)被整体填高10余m，路基施工势必会破坏原有的沟谷水系，如不能合理处治自然沟谷水系，路基会阻断水流，最后会形成人工“堰塞湖”，势必会对路基承载性能、耐久性及稳定性埋下重大隐患。笔者先后数次发函提出路基施工前应先治水，对原有水系进行疏导处治或者进行防护引流等方案。但建设单位以沟谷流水不大，若变更，费用较高等理由拒绝；事实证明，建设方的决定是错误的，错过了防排水治理的最佳时期，不但耽误了工期，增加了后续处理难度，也增加工程费用。随着工程的进展，土方已填至接近设计标高，路基施工已切断原有沟谷，事实形成对沟谷的围堵，时值雨季，加上遇到异常恶劣的天气，连续的暴雨，导致沟谷积水迅速增加，已经形成“堰塞湖”。“堰塞湖”浸泡路基，造成了上节描述的路基病害发生。设计不当及建设方对防排水工作不重视是造成以上后果的主观原因，好在建设单位及时纠正了错误的观点，组织各方进行现场调研，考虑到该项目属于综合旅游基础设施项目，且项目设计方案中有人工湖部分，本着因地制宜、经济适用、安全、低碳、可持续的管理理念，决定采取综合措施进行整治，在满足路基防排水施工要求的基础上，将自然水系引至人工湖，以达到变害为利的目的。

3.2 自然沟谷水系条件下公园道路路基排水措施

施工初期，由于建设方不同意变更也不增加费用，为了减轻沟谷流水对路基填土施工的干扰，施工单位自费采取了以下措施：一是设置盲沟，时值旱季，沟谷积水较少，对原有沟谷进行拉直，清淤后换填开山石碴等透水性材料作为排水盲沟，排除沟谷流水和地下渗水等。二是通过抽水引流+自然引排方式，将自然水系中的水引入路基临时排水沟排至下游沟谷，以实现水体的空间移动。三是进行工程变更完善了综合防排水设施，因势利导自然排水。施工路基防护后，“堰塞湖”自然蓄水到一定标高，积水会通过涵洞流入人工湖，人工湖下游设置排水沟连接到天然沟谷，形成自然排水，提高了景观性，减少了水害，节约了人工湖项目的设备购置费和运营电费(原计划是抽水维持人工湖水位)，变害为利。

3.3 自然沟谷水系条件下公园道路路基挡水措施

为了体现挡水处治差异化特点，对涉水路基沿岸处治应根据自然水系分布及发育特点、水位深度、降水条件、对施工影响等因素综合确定处治方案，本项目制定二级差异化处治方案，即：“坡面防护-防水层+挡土墙综合防护”方案外加土围堰临时挡水方案。

一是坡面防护。对于水系水位较低、积水外排工况良好且未发现潜在水量激增风险的前提下，为了降低施工成本，可使用单纯坡面防护法，无需额外进行抗冲刷防护，可采用浆砌片石拱形骨架防护型式，护脚墙可设置为C20片石混凝土结构，框架内植草以达到防护和绿色环保的目的；此外，在空间允许的前提下，可适当降低路基边坡坡度，以缓释积水冲刷效应。

二是防水层+挡土墙综合防护方案。自然沟谷水系对沿岸公路路基构成极高风险的“堰塞湖”路段，本着设防到位的基本原则，使用“防水层+挡土墙”综合防护法，具体做法为：粘土+复合膨润土防水毯+复合土工膜防水层+砂砾垫层+浆砌片石挡土墙护坡；基础采用片石混凝土护脚墙。在具体工程实践中，也经常将挡土墙与石笼防护组合利用，以提高设防效果，挡土墙基底应至少超过最大冲刷线以下0.5 m。

三是设置土围堰临时挡水方案。进入雨季后，沟谷水流加大，排水盲沟不满足排水需求，为减少积水对路基施工的影响，以本项目为例，为了降低施工成本，尽量就地取材，采用临时土围堰挡水。土围堰可以将堰塞湖积水和路基隔离开来，使路基施工不受影响，具有费用低、简单易行等优点，缺点是挡水高度不高，作为临时挡水措施是个较好的选择。

4 结 论

综上所述，本文从自然沟谷水系对公园道路路基工程的危害角度出发，明确了边坡冲刷、开裂、滑塌及路基沉陷、翻浆冒水是涉水公路路基常见的病害形式；并基于以上病害特点，结合项目现场实际情况，特从路基挡水和排水两个角度提出了具体的综合处治措施；分析了设计不当及建设方对防排水工作不重视会造成工期延误、后续处理难度加大、费用增加等后果；因此要特别重视前期调研，因地制宜，综合治理，切实做好自然沟谷水系影响范围内公园道路工程防排水工作，减少水害的发生，达到变害为利的目的，为将来实施的类似项目提供了参考。