童景盛，李菊紅，周志華

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，地下空間規(guī)模被不斷開發(fā)利用，城市道路塌陷災(zāi)害事故也隨之而來(lái)，頻繁發(fā)生。特別是近幾年，城市道路塌陷災(zāi)害進(jìn)入集中爆發(fā)期，大范圍、高頻次、導(dǎo)致多人死傷的惡性塌陷事故接連發(fā)生，造成了重大的生命財(cái)產(chǎn)損失和惡劣的社會(huì)影響，直接威脅到城市的和諧和可持續(xù)發(fā)展。其中，深圳、鄭州、北京、武漢、蘭州等城市的道路塌陷事故較多。2013～2018 年期間，以上城市見諸媒體不完全報(bào)道的道路塌陷事故數(shù)量統(tǒng)計(jì)如下：

（1）深圳市共發(fā)生地面塌陷事故1 103 起。其中，2015 年124 起，2016 年213 起，2017 年238起，2018 年截至目前，共發(fā)生地面塌陷73 起，其中僅5 月份就有25 起。

（2）鄭州市共發(fā)生地面塌陷事故250 余起。其中，2016 年83 起，2017 年72 起，2018 年至今已發(fā)生地面塌陷事件45 起。

（3）北京市和武漢市發(fā)生地面塌陷事故分別為40 余起和34 余起。

（4）近六年間，經(jīng)媒體報(bào)道的蘭州市地面塌陷災(zāi)害110 余起。其中，2016 年19 起，2018 年至今已發(fā)生20 余起。根據(jù)本次調(diào)查的可靠數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年至今蘭州市內(nèi)實(shí)際已發(fā)生各類地面塌陷事件約298 起。塌陷實(shí)圖如圖1 所示。

圖1 道路塌陷實(shí)圖

2 道路塌陷分類統(tǒng)計(jì)及規(guī)律

2.1 城市道路塌陷類型

歸納蘭州市城市道路塌陷變形的分布形態(tài)、物質(zhì)組成、成因，可將道路塌陷劃分為以下幾種類型[1]。

（1）空洞型：地面分布形態(tài)規(guī)則，多呈圓形或橢圓形，分布深度較大，一般位于防空洞、地鐵隧道附近。

（2）塌陷型：路面下陷程度嚴(yán)重，地下產(chǎn)生空洞區(qū)域，局部發(fā)育有較大空洞。塌陷體物質(zhì)成份雜亂，含水量高，滲透性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)不均。一般分布于受浸水影響的各類管道附近。

（3）沉陷型：路面下陷明顯，但未形成路基脫空現(xiàn)象，整個(gè)異常范圍內(nèi)土層疏松，局部發(fā)生下陷，引起路面沉陷。一般分布于受浸水影響的道路及各類管道附近。

（4）開裂型：路面產(chǎn)生張拉裂縫，路面沉降下陷輕微或不明顯，未形成路基脫空現(xiàn)象，整個(gè)異常范圍內(nèi)土層疏松，局部發(fā)生下陷引起路面沉陷。一般分布于受浸水影響的道路及各類管道附近。

2.2 城市道路塌陷因素統(tǒng)計(jì)

蘭州市城市道路塌陷具有隱蔽性、突發(fā)性、群發(fā)性、復(fù)發(fā)性和嚴(yán)重性的特點(diǎn)。道路塌陷形成條件復(fù)雜,是多種因素共同作用的結(jié)果。根據(jù)蘭州市市政工程服務(wù)中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016～2018 年蘭州城區(qū)道路塌陷數(shù)量及產(chǎn)生的原因統(tǒng)計(jì)分類及占比見表1，塌陷分布路段主要集中在交通路繁重主次干道，2016～2018 年蘭州城區(qū)道路塌陷統(tǒng)計(jì)見圖2、圖3與表1。

圖2 2016～2018 年蘭州城區(qū)道路塌陷統(tǒng)計(jì)圖

圖3 2016～2018 年蘭州城區(qū)道路塌陷位置分布圖（圖中黑點(diǎn)代表歷年塌陷位置）

通過以上統(tǒng)計(jì)可見，蘭州城市道路塌陷事故的主要因素有以下幾個(gè)方面。

（1）給水、排水管道漏水、雨水入滲：造成道路塌陷事故次數(shù)約51%，三年綜合占比分別達(dá)19%、17%、15%。

表1 2016～2018 年蘭州城區(qū)道路塌陷統(tǒng)計(jì)表

（2）地下工程施工擾動(dòng)：導(dǎo)致道路塌陷事故三年占比分別為26%、18%、22%，三年綜合占比為23%。

（3）自然（其他因素）：導(dǎo)致道路塌陷事故三年占比分別為23%、10%、23%，三年綜合占比為21%。

（4）地下構(gòu)筑物損壞：導(dǎo)致道路塌陷事故三年占比分別為4%、13%、3%。三年綜合占比為5%。

2.3 城市道路塌陷分布規(guī)律

2.3.1 區(qū)域分布規(guī)律

蘭州市濕陷性黃土狀分布厚度較大的路段，發(fā)生道路塌陷事故的頻次高，如圖4 所示。

圖4 蘭州市道路塌陷地質(zhì)區(qū)域分布圖

（1）蘭州市河漫灘主要分布于雁灘、馬灘、迎門灘和崔家大灘，地面平坦。濕陷性土層缺失或很薄，地層以卵石層為主；途徑該區(qū)域的南濱河路以及雁灘表層普遍分布有新近填土，塌陷的數(shù)量及規(guī)模均較小。近三年,雁園路、雁灘路、雁北路共計(jì)發(fā)生道路塌陷4 次，南濱河路塌陷9 次；塌陷均發(fā)生在填土區(qū)域，共計(jì)占比4.9%。

（2）蘭州市黃河兩岸一、二級(jí)階地區(qū)域是蘭州市黃河兩岸與山前地帶的主城區(qū)，城區(qū)的城市主干道主要位于該區(qū)域，濕陷性黃土分布厚度一般介于5～15 m。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，東崗東路（23 次）、西津西路及東路（27 次）、金昌路（14 次）、南山路（9 次）、武威路（8 次）、靜寧路（7 次）等主干道塌陷頻率較高，分布于一、二級(jí)階地的道路塌陷數(shù)量占比達(dá)86.4%。

（3）西津路和東崗路為城市主干路，交通量大，各類主干管網(wǎng)密集，加之沿線軌道交通等地下工程的建設(shè)，是近三年來(lái)蘭州市道路塌陷最為頻繁的路段。

2.3.2 季節(jié)分布規(guī)律

根據(jù)近三年來(lái)蘭州市塌陷事故的季度分布統(tǒng)計(jì)可知，塌陷事故的季節(jié)性分布差異很大，第二季度和第三季度塌陷事故高發(fā)，分別占比48%和39%，共計(jì)占比87%，塌陷事故明顯高于其它季度。其中第三季度為蘭州市雨季，而第一、四季度大部分時(shí)間為蘭州市冬防期，工程建設(shè)活動(dòng)尤其是土方開挖較少。這表明，地表雨水的下滲和城市工程建設(shè)是道路塌陷的重要原因。

2.3.3 工程影響分布規(guī)律

工程影響主要由道路沿線地下工程施工、鄰近建設(shè)場(chǎng)地深大基坑長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)抽排地下水引起。這些施工會(huì)造成道路周邊及上覆土體的松動(dòng)變形，引起土體流失。這些問題主要分布于溝道洪水、地面匯水排泄不暢路段，管道分布密集路段，多期施工開挖路段。

2.3.4 其他

根據(jù)近3 年道路塌陷統(tǒng)計(jì)的位置分布圖可以看出，塌陷地點(diǎn)主要集中在車流、人流量較大的主、次干道等重載車輛密集路段。近年來(lái)隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市道路功能多樣復(fù)雜，交通量大，車道荷載增大，以及道路結(jié)構(gòu)層中布設(shè)繁雜的市政管線等因素，造成城市道路病害增多。

3 道路塌陷成因分析

城市道路塌陷病害的發(fā)生及發(fā)展是一個(gè)緩慢的、由量變到質(zhì)變的過程。道路塌陷形成的原因比較復(fù)雜，由多因素共同作用形成，產(chǎn)生的原因可歸納為特殊的工程地質(zhì)環(huán)境條件、施工擾動(dòng)因素及市政工程建設(shè)和管理等方面。

3.1 特殊的地質(zhì)及環(huán)境條件

（1）濕陷性黃土特殊土質(zhì)：蘭州市區(qū)濕陷性黃土分布廣泛，蘭州城市道路普遍以濕陷性黃土為路基持力層。濕陷性黃土受水浸濕，其結(jié)構(gòu)會(huì)被迅速破壞，強(qiáng)度迅速降低，產(chǎn)生較大附加下沉；濕陷性黃土遇水下沉將產(chǎn)生路面破損、管道變形滲漏等系列問題，是造成道路塌陷的主要原因之一。

（2）地下水位上升：城市建設(shè)急劇發(fā)展，地下空間被過多利用，地下水的貯存空間被侵占，導(dǎo)致地下水的徑流、排泄條件改變，局部區(qū)域地下水徑流不暢，水位上升，浸泡、軟化具濕陷性的土體，致使路基土濕陷下沉。

（3）強(qiáng)降雨影響：暴雨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的降水導(dǎo)致路面長(zhǎng)期浸泡在水中，路面雨水下滲量急劇增大也是加劇空洞發(fā)育的重要誘因之一。尤其近幾年降雨量多，較歷年同期增長(zhǎng)40%。

3.2 施工擾動(dòng)的影響

（1）地下軌道交通的建設(shè)：在地下軌道交通的建設(shè)過程中，盾構(gòu)、暗挖及頂管等施工工藝均會(huì)造成周邊及上覆土體的松動(dòng)和不均勻變形，導(dǎo)致各種管線接頭薄弱處受損，發(fā)生水體泄露，埋設(shè)管線周圍的土體就會(huì)逐漸流失，最終形成空洞，引起道路塌陷。

（2）基坑（基槽）的開挖：臨近城市道路的建筑深基坑及道路中各類管線基槽的開挖，會(huì)引起基坑（基槽）周邊1～2 倍深度范圍內(nèi)土體及管道的不同程度的松動(dòng)與變形。土體松動(dòng)和管道變形引發(fā)地表水下滲和管道滲漏，引起土體流失，逐漸發(fā)展形成空洞，導(dǎo)致道路塌陷。

（3）深大基坑的降水：深大基坑的長(zhǎng)時(shí)間、大量抽排地下水，一方面導(dǎo)致周邊區(qū)域地下水位快速下降，地下土壤含水層承壓降低，會(huì)引起上部土體下沉；另一方面因?yàn)槌删|(zhì)量差，抽水過程中控制不嚴(yán)，極易引起地基土中細(xì)粒土被抽出，直接形成地下空洞，逐漸發(fā)展，最終導(dǎo)致地面塌陷。

3.3 市政工程建設(shè)的影響

（1）管網(wǎng)滲漏：首先是超期服役的給水、排水、熱力管道老化存在的“跑、冒、滴、漏”問題，引起土體軟化、濕陷下沉，形成塌陷；其次是城市道路下埋設(shè)的大量電力、通訊等檢修井未考慮防排水措施，成為地表水匯集入滲的通道。

（2）管道基礎(chǔ)及管槽回填土壓實(shí)質(zhì)量不符合要求：管槽開挖后，受有限的工作面限制，地基處理和基槽回填難以達(dá)到原路基設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求，其自身沉降變形及水體進(jìn)入或管道滲漏后，易導(dǎo)致道路塌陷。

（3）道路沉降與積水：因路基不均勻沉降，路面排水不暢，道路低洼處積水下滲進(jìn)入路基土體，引起管線變形及滲漏，最終導(dǎo)致塌陷。

（4）綠化帶防水層與結(jié)構(gòu)物連接處施工不到位，造成灌溉澆水從薄弱處滲入路基，導(dǎo)致下陷。

3.4 規(guī)劃和管理方面的影響

（1）現(xiàn)行的《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025—2018） 對(duì)濕陷性地區(qū)的建筑物地基處理規(guī)定明確，而對(duì)道路及地下管線的重視程度不夠，特別是對(duì)引起道路濕陷性塌陷的主因壓力管網(wǎng)滲漏的設(shè)計(jì)措施不足[2]。

（2）地下管網(wǎng)的建設(shè)水平落后，主要表現(xiàn)在管網(wǎng)布置密度過高、管線敷設(shè)復(fù)雜隨意、地下管網(wǎng)位置信息確定困難；管道防滲檢測(cè)技術(shù)發(fā)展落后，現(xiàn)階段對(duì)管道滲漏的研究及實(shí)際操作技術(shù)尚無(wú)完善的技術(shù)手段。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與維護(hù)投入不足，部分基礎(chǔ)設(shè)施超齡服役和長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，造成事故頻發(fā)；對(duì)于城市道路的積水、綠化帶滲水至路基以及超載車輛對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的損壞等情況，管理維護(hù)與處理不及時(shí)為后期道路的塌陷埋下隱患。

4 道路精細(xì)化預(yù)防處理措施

道路精細(xì)化預(yù)防處理措施的目的是強(qiáng)化道路使用功能，預(yù)防并減少道路損壞及相關(guān)病害的發(fā)生，充分考慮道路使用過程中的人性化要素，加強(qiáng)對(duì)道路細(xì)節(jié)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理，提高道路綜合服務(wù)水平和建設(shè)能力，提高道路使用年限及安全保障。精細(xì)化預(yù)防處理措施主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。

4.1 精細(xì)化設(shè)計(jì)措施

精細(xì)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在對(duì)道路細(xì)節(jié)和關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)的精確定位和設(shè)計(jì)把控上，動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)并提出解決方案，起到以點(diǎn)帶面的效果，從而達(dá)到提高城市道路整體功能的目的。

4.1.1 綠化帶精細(xì)化處理措施

城市道路超過3 m 寬度的道路綠化帶或分隔帶，采用海綿設(shè)施雨水收集利用和排放系統(tǒng)[3]。綠化帶橫斷面設(shè)計(jì)為圓弧下凹形（如圖5 至圖7 所示），圓弧下凹式綠化帶從上至下依次設(shè)置種植土層、細(xì)粒級(jí)配碎石層、粗粒級(jí)配碎石層與砂卵石層。在砂卵石層中，沿綠化帶縱向設(shè)透水管，透水管周圍填有開級(jí)配碎石，開級(jí)配碎石外圍包裹有透水土工布。綠化帶縱向中線，每隔40 m 設(shè)集水池；集水池與透水管密封連接，集水池下部設(shè)有隔水墻，隔水墻上端安裝方格網(wǎng)過濾板；集水池頂部設(shè)置蓋板，蓋板上設(shè)置開孔，雨水過大時(shí)綠化帶中多余的積水泄入集水池。臨近雨水井的集水池墻體距離底部設(shè)置排水管，方便雨水排入道路雨水篦子或雨水井。它可實(shí)現(xiàn)控制利用雨水，是濕陷性黃土地區(qū)綠化帶精細(xì)化處理措施范例，可避免綠化帶蓄水滲入路基，防止對(duì)路基的破壞，其構(gòu)造型式簡(jiǎn)單、成本低、易施工。

圖5 綠化帶精細(xì)化設(shè)計(jì)總體平面示意圖

圖6 綠化帶平面示意A-A 剖面圖

圖7中，1 為路緣石，2 為DN50 路緣石圓孔，3 為種植土層，4 為15 cm 厚細(xì)粒級(jí)配碎石層，5 為15 cm厚粗粒級(jí)配碎石層，6 為20 cm 厚砂卵石層，7 為雙層防滲土工布，8 為透水土工布，9 為開級(jí)配碎石，10為DN200UPVC 透水管, 11 為集水池，12 為集水池頂蓋板，13 為蓋板開孔，14 為方格網(wǎng)過濾板，15為隔水墻，16 為DN200 溢流孔，17 為DN200 排水孔及排水管，18 為雨水篦子或雨水井，19 為路緣石擋塊。

4.1.2 路緣石與車行道銜接處滲水平石精細(xì)化設(shè)置

路緣平石具有標(biāo)示車行道邊緣與保障側(cè)立路緣石安全和穩(wěn)定的功能，同時(shí)能夠引導(dǎo)排放路面匯水。在很多城市道路設(shè)計(jì)中，僅采用側(cè)立路緣石作為支擋，直接鋪砌路面結(jié)構(gòu)層至側(cè)立路緣石，然后分層壓實(shí)。這樣處理的問題是路面結(jié)構(gòu)層與直立式路緣石之間因無(wú)法充分壓實(shí)存在一定縫隙，雖然后期采用熱瀝青澆灌密封，但是經(jīng)過長(zhǎng)期使用，路面匯水會(huì)從薄弱處浸入結(jié)構(gòu)層致使道路基層破壞塌陷[4]。因而還是推薦設(shè)計(jì)時(shí)在路面結(jié)構(gòu)與側(cè)立路緣石之間設(shè)置平石，減緩匯水浸入路基（如圖8 所示）。

圖8 路緣平石設(shè)置示意圖

4.1.3 市政管線管位的敷設(shè)

市政管線管位的布設(shè)精細(xì)化需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，盡可能布設(shè)在非機(jī)動(dòng)車道與人行道上，以避免管線破漏維修或更換等開挖修復(fù)影響道路交通通行，盡可能減少對(duì)機(jī)動(dòng)車的干擾；若紅線寬度限制原因機(jī)非混行時(shí)，宜采用人行道非機(jī)動(dòng)車道共面，使管線布設(shè)能預(yù)留充足的空間。當(dāng)然，采用綜合管廊，可解決市政管線的敷設(shè)難問題，對(duì)正常道路的通行和維修更有利。

4.1.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面

（1）提升技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的管道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地基處理地方標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)導(dǎo)則；提高適用于當(dāng)?shù)貪裣菪渣S土場(chǎng)地城市道路路基設(shè)計(jì)及管道基礎(chǔ)地基處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）新建道路增加路基處理深度，尤其是增加各類管線管基的處理范圍及深度；增加道路路面、邊坡等的防水措施，避免雨水滲入路基；增加道路范圍內(nèi)綠化帶防水及處理措施。

4.2 精細(xì)化工程施工措施

對(duì)道路工程而言，施工措施精細(xì)化，防止對(duì)道路質(zhì)量的提升會(huì)有保障，可減少漏水直接滲入路基以防止對(duì)道路的破壞。提倡“管路互隨，動(dòng)態(tài)提升”理念，實(shí)現(xiàn)地下管線塌陷隱患消除與道路大修工程同步實(shí)施，逐步減少反復(fù)開挖道路的“馬路拉鎖”現(xiàn)象，從而避免路基的不均勻沉降與塌陷。

近幾年大力提倡的非開挖及數(shù)字化技術(shù)，可應(yīng)用至道路的開挖中，減少對(duì)道路的直接破壞，對(duì)城市的區(qū)域管網(wǎng)修復(fù)也具有一定的優(yōu)勢(shì)。

4.3 精細(xì)化管理措施及數(shù)字化

4.3.1 精細(xì)化管理措施

加大道路病害排查力度，消除安全隱患。對(duì)城區(qū)重點(diǎn)路段、人員密集場(chǎng)所進(jìn)行地下空洞（包括路面脫空、大面積土質(zhì)疏松)探測(cè)。

強(qiáng)化各類管線產(chǎn)權(quán)單位隱患排查主體責(zé)任。城市地下管線與道路如影隨形，城市道路病害與地下管線病害相互影響，互為因果。各類市政公用管線產(chǎn)權(quán)單位，應(yīng)落實(shí)執(zhí)行地下管線巡護(hù)和隱患排查制度，定期進(jìn)行檢測(cè)維修，強(qiáng)化監(jiān)控預(yù)警，發(fā)現(xiàn)管線“跑、冒、滴、漏”等隱患及時(shí)報(bào)告，妥善處置。

完善城市應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)。將路面塌陷納入城市安全管理和應(yīng)急機(jī)制中，確立災(zāi)害預(yù)防機(jī)制，消除或減少路面塌陷造成的損失。

加強(qiáng)施工質(zhì)量管控。對(duì)道路、管道及城市道路周邊建設(shè)工程可能引發(fā)路面塌陷的施工過程實(shí)行聯(lián)動(dòng)管控和全過程管控，消除事故發(fā)生的根源。

4.3.2 數(shù)字化技術(shù)處理措施

BIM 技術(shù)可解決設(shè)計(jì)質(zhì)量把控、施工組織策劃、一體化管理方面的難點(diǎn)，進(jìn)而減少問題，強(qiáng)化運(yùn)維；依據(jù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控。

結(jié)合BIM 模型信息、3S 技術(shù)（RS、GPS、GIS）實(shí)現(xiàn)地下工程建設(shè)的可視化，將信息技術(shù)和非開挖“微創(chuàng)”技術(shù)結(jié)合使用，提高精細(xì)化管理的實(shí)效性。

5 結(jié) 語(yǔ)

城市道路塌陷是城市常見環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害之一，是多因素共同作用的結(jié)果。城市道路下的眾多管道出現(xiàn)滲漏在所難免，地下空間開發(fā)施工、地表水入滲和管網(wǎng)滲漏使未壓實(shí)填土或濕陷性地基土變形、管道滲漏與地基下沉形成惡性循環(huán)等因素，使土體被水侵蝕和搬運(yùn)，逐漸發(fā)展至道路基層下形成空洞，最終引起一定范圍的塌陷。綜合分析認(rèn)為，對(duì)于蘭州市道路塌陷的成因，特殊的環(huán)境地質(zhì)條件是先天缺陷，管線超期服役及管槽、路基回填欠密實(shí)是客觀因素，人類工程活動(dòng)是直接因素，水是主要媒介。

當(dāng)然，城市道路塌陷的預(yù)判是一個(gè)難題，尤其在老舊城市，對(duì)城市道路塌陷成因的認(rèn)識(shí)也是一個(gè)不斷發(fā)展的過程。采用道路精細(xì)化預(yù)防處理措施和數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)計(jì)、施工、管理等方面進(jìn)行相關(guān)處理措施，依據(jù)科學(xué)技術(shù)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)能力，針對(duì)具有普遍性和重復(fù)出現(xiàn)的技術(shù)問題，體現(xiàn)“以人為本”的建設(shè)理念，提高精細(xì)化設(shè)計(jì)施工和管理意識(shí)，從而提升道路綜合服務(wù)功能和建設(shè)水平。