某道路地下空洞檢測(cè)與修復(fù)方案研究

龐曉明

（上海浦東建設(shè)股份有限公司，上海市 201206）

0 引言

近年來(lái)，城市發(fā)展帶來(lái)道路交通量的逐年增長(zhǎng)，城市道路路面結(jié)構(gòu)承載負(fù)荷也由此越來(lái)越重。且隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，地下隧道、軌道交通、地下管線等采用非開(kāi)挖技術(shù)施工的地下設(shè)施越來(lái)越多，對(duì)道路地下結(jié)構(gòu)和路基土體的擾動(dòng)因素也不斷增加，久而久之在部分道路下會(huì)產(chǎn)生一些脫空或空洞現(xiàn)象。另外，有些道路下敷設(shè)的排水管道設(shè)施運(yùn)營(yíng)年限較長(zhǎng)，局部存在開(kāi)裂、破損、錯(cuò)節(jié)或滲漏等問(wèn)題，造成管頂或管側(cè)的水土流失，并最終導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)下方、管道上方形成道路路基的空洞。有些道路設(shè)施在建設(shè)施工或維修施工時(shí)，未按規(guī)范或設(shè)計(jì)要求對(duì)路基進(jìn)行充分回填和壓實(shí)，也造成了土體松動(dòng)或道路地下空洞的產(chǎn)生。這些大小不一的空洞長(zhǎng)期在車輛荷載和地下水的作用下，最終可能會(huì)形成路面沉陷和坍塌等隱患（如圖1），對(duì)城市的基礎(chǔ)設(shè)施和道路交通的正常運(yùn)行形成較大的風(fēng)險(xiǎn)，更有可能對(duì)城市、人民生命和財(cái)產(chǎn)安全造成不可挽回的損失。

因此，對(duì)于道路地下空洞的隱患需要及時(shí)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處治。本文結(jié)合近年來(lái)上海市道路地下空洞治理的相關(guān)研究和工程案例，對(duì)道路地下空洞檢測(cè)與修復(fù)方案進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為今后相關(guān)工程的檢測(cè)、設(shè)計(jì)和維修決策提供一些借鑒。

1 項(xiàng)目分析

1.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

本文以上海市某區(qū)域內(nèi)的道路為例，在該道路中，根據(jù)養(yǎng)護(hù)單位提供的日常巡檢報(bào)告資料，筆者選取了其中九處道路地面沉降點(diǎn)作為項(xiàng)目案例進(jìn)行分析、研究和總結(jié)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與檢測(cè)

為了對(duì)道路空洞進(jìn)行綜合評(píng)定，我們收集了相關(guān)的道路竣工資料和日常養(yǎng)護(hù)信息，并采取了現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量、排水管道CCTV 檢測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損空洞檢測(cè)、鉆孔取芯、微創(chuàng)探孔視頻采集等多種技術(shù)手段進(jìn)行路面地下空洞的檢測(cè)和調(diào)查，并進(jìn)行綜合對(duì)比分析。

（1）首先我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沉降點(diǎn)位采取了人工測(cè)量的方法，以計(jì)算路面沉降差。測(cè)量結(jié)果顯示，該九處路面點(diǎn)位均存在明顯的不均勻沉降，機(jī)動(dòng)車道大部分平均沉降約4～8 cm，局部最大處為9～10 cm。

（2）對(duì)道路范圍內(nèi)沉降點(diǎn)位置和附近的雨、污水管道開(kāi)展了CCTV 檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果對(duì)管道缺陷等級(jí)按規(guī)范進(jìn)行了分類，以便于結(jié)果分析并后期制定分類修復(fù)方案。CCTV 檢測(cè)結(jié)果顯示，管道內(nèi)部局部存在滲漏、破裂等病害，尤其是在路面沉降點(diǎn)位置的管道存在嚴(yán)重破裂、滲漏和管道局部淤積的狀況，如圖2。

（3）本次研究中采用了二維地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行沉降點(diǎn)位的空洞檢測(cè)，見(jiàn)圖3。目前地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)作為地下空洞無(wú)損檢測(cè)的一種主要手段，已逐步開(kāi)始推廣使用，該技術(shù)是一種借助頻率在106～109 Hz 范圍內(nèi)的無(wú)線電波來(lái)確定地下介質(zhì)分布的一種無(wú)損探測(cè)技術(shù)[1]。其主要是利用電磁脈沖接收地下不同介質(zhì)界面的反射波，分析地下空洞的邊界情況，判定地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)及界面的埋深，探測(cè)成果可以全面掌握老路路基、路面狀況、管道頂部土體狀況和道路下脫空、空洞等情況[2]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，確定本次九個(gè)地面沉降點(diǎn)的二維地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線共計(jì)60 條，共計(jì)1 619 m，測(cè)線見(jiàn)表1。

表1 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)調(diào)查工作量統(tǒng)計(jì)表

圖3 二維探地雷達(dá)探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

具體工作步驟為充分收集道路路面結(jié)構(gòu)、排水管線資料、地下管線資料、道路地質(zhì)和水文資料、地面沉降點(diǎn)調(diào)查資料等，根據(jù)車道及交通流量情況，按車道行車方向由南向北或由北向南依次探測(cè)，結(jié)合車道寬度及交通流量等因素，每條車道進(jìn)行2～3 次的探測(cè)，采用動(dòng)態(tài)GPS 對(duì)測(cè)線起止點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量收樣。

由于篇幅有限，本文選取三處二維雷達(dá)數(shù)據(jù)明顯異常區(qū)進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果的綜合解釋。

測(cè)線CX1-1 水平位置7.0～11.5 m、深度1.6 m，水平位置13.5～22.5 m、深度1.2 m，水平位置11.5～27.0 m、深度2.2 m 處，電磁波出現(xiàn)同相軸明顯錯(cuò)開(kāi)，部分缺失，推測(cè)為地面塌陷隱患區(qū)，見(jiàn)圖4。

圖4 二維雷達(dá)測(cè)線CX1-1 成果圖（單位：m）

測(cè)線CX2-5 水平位置4.5～9 m、深度1.4 m 處，電磁波出現(xiàn)同相軸明顯錯(cuò)開(kāi)，部分缺失，推測(cè)為地面塌陷隱患區(qū)，見(jiàn)圖5。

圖5 二維雷達(dá)測(cè)線CX2-5 成果圖（單位：m）

測(cè)線CX7-4 水平位置2.5～17.5 m、深度1.4 m，電磁波出現(xiàn)同相軸明顯錯(cuò)開(kāi)，部分缺失，推測(cè)為地面塌陷隱患區(qū)，見(jiàn)圖6。

圖6 二維雷達(dá)測(cè)線CX7-4 成果圖（單位：m）

九處道路沉降點(diǎn)的二維地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果匯總見(jiàn)表2，為隱患的進(jìn)一步判定和處治提供了重要依據(jù)。

表2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)成果匯總表

（4）為合理制定道路路面修復(fù)方案，我們利用路面結(jié)構(gòu)鉆孔取芯機(jī)進(jìn)行取芯，以驗(yàn)證道路路面結(jié)構(gòu)是否破壞，取樣結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 路面結(jié)構(gòu)鉆芯取樣結(jié)果匯總表

取樣結(jié)果顯示，路面結(jié)構(gòu)一部分狀況較好，整體為完整，一部分則已破壞，主要結(jié)果為基層斷開(kāi)或碎裂，而經(jīng)過(guò)對(duì)比，破壞處恰位于所對(duì)應(yīng)的二維地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果所描述的疑似脫空或疏松處。分析得出初步結(jié)論，路面下空洞和路表沉降是導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)部分破壞的原因之一。但由于普通鉆孔機(jī)一般到達(dá)深度在70 cm 左右，本次鉆孔深度未能到達(dá)探地雷達(dá)判定的隱患處，故還不能直觀驗(yàn)證道路下空洞存在的真實(shí)性。

（5）經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的結(jié)果，一般描述為“疑似脫空”或“疑似脫空或疏松”等。為了進(jìn)一步驗(yàn)證道路下空洞的真實(shí)存在，我們將路面結(jié)構(gòu)鉆孔取芯機(jī)用加長(zhǎng)桿進(jìn)行改裝。本次選取YHD-3 和YHD-6 兩處，以地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)預(yù)測(cè)埋深為深度，進(jìn)行微創(chuàng)加深鉆孔，然后采用內(nèi)窺鏡下探視頻采集的方法進(jìn)行取證、判定。通過(guò)內(nèi)窺鏡現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻顯示，該兩處路面結(jié)構(gòu)厚度約90 cm，在90 cm 以下的確存在路基空洞。檢測(cè)結(jié)果基本驗(yàn)證了二維地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。另外可以看出，這兩處路面結(jié)構(gòu)較常規(guī)結(jié)構(gòu)厚，通過(guò)對(duì)日常養(yǎng)護(hù)資料的調(diào)查分析，主要是因?yàn)槁访娉两岛?，養(yǎng)護(hù)單位并未對(duì)路面下空洞進(jìn)行有效排查和處治，僅作路面加罩面層整平，這種處理方式僅僅是治標(biāo)不治本，未徹底根治地下空洞病害。

1.3 修復(fù)方案決策

由于空洞形成的因素較多，而產(chǎn)生的后果往往不可預(yù)測(cè)，影響和隱患較大，因此需要精確分析，綜合判定，科學(xué)制定修復(fù)方案，及時(shí)處治，以消除隱患。

（1）問(wèn)題和原因分析

從上述實(shí)際案例分析可以看出，道路空洞是形成道路路表沉降的原因之一。另外，通過(guò)類似項(xiàng)目總結(jié)，路表裂縫致雨水下滲而浸潤(rùn)路基，公用管線非開(kāi)挖施工而擾動(dòng)土體，雨污水管線滲漏和破裂等造成路基的水土流失，原路基施工回填不密實(shí)而致路基的疏松或脫空，地下構(gòu)筑物和地下工程施工而引起土體沉降等原因，都可能導(dǎo)致道路地下空洞的形成。

結(jié)合本項(xiàng)目案例的特點(diǎn)，我們看到本次空洞主要是由于雨污水管道滲漏、破裂等病害所造成，因此明確道路下空洞的真實(shí)存在，找到癥結(jié)，后面的方案重點(diǎn)就是如何解決管道滲漏的問(wèn)題，再對(duì)路基土體進(jìn)行加固并修復(fù)路面。

（2）修復(fù)方案

一是管道修復(fù)。CCTV 檢測(cè)結(jié)果顯示管道內(nèi)部局部存在滲漏、破裂等原因?qū)е鹿艿郎戏接兴亮魇闆r，在本項(xiàng)目中我們采用非開(kāi)挖和開(kāi)槽翻排相結(jié)合的措施，對(duì)排水管道進(jìn)行修復(fù)。經(jīng)對(duì)比分析，優(yōu)先選擇非開(kāi)挖修復(fù)方式，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境和交通的影響，縮短修復(fù)周期。按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，根據(jù)管道缺陷等級(jí)進(jìn)行分類修復(fù)：對(duì)一級(jí)滲漏、一級(jí)破裂、二級(jí)及以上結(jié)構(gòu)性缺陷進(jìn)行修復(fù)，結(jié)構(gòu)性缺陷集中的管段采用整體修復(fù)，修復(fù)指數(shù)RI 大于7 的管段按原管位、原管徑、原坡度、原標(biāo)高開(kāi)槽翻排。雨水連管存在結(jié)構(gòu)性缺陷的，則采用開(kāi)槽埋管翻新的修復(fù)方式。開(kāi)槽埋管一定要注意基坑圍護(hù)和管線保護(hù)，一般可在原位翻排，開(kāi)挖后拆除原管道，按設(shè)計(jì)標(biāo)高排設(shè)新管道后，進(jìn)行溝槽回填，回填必須分層壓實(shí)，以免形成新的土體疏松或脫空。

二是路基土體加固。局部管道滲漏嚴(yán)重處，存在土體疏松和脫空。管道頂部上方的土體可進(jìn)行注漿填充、加固，防止水土進(jìn)一步流失和路面沉降。處治范圍小、為淺層空洞的，采取開(kāi)挖修復(fù)，再對(duì)空洞進(jìn)行回填并修復(fù)路面；交通影響大、空洞埋深較深的，可采取非開(kāi)挖修復(fù)，對(duì)空洞處進(jìn)行注漿、填充和加固。采取開(kāi)挖修復(fù)的處理方式會(huì)對(duì)交通運(yùn)營(yíng)有一定影響，且施工周期也較長(zhǎng)，因此施工前應(yīng)進(jìn)行充分的方案比選和施工前準(zhǔn)備工作，合理安排建設(shè)工期計(jì)劃。

三是對(duì)路面進(jìn)行修復(fù)。對(duì)地下管線和土體加固處理后，再對(duì)路面結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行修復(fù)。由于道路等級(jí)不同，交通荷載不同，路面結(jié)構(gòu)修復(fù)方案也不同，一般建議由專業(yè)設(shè)計(jì)單位針對(duì)道路情況做專項(xiàng)修復(fù)方案設(shè)計(jì)。另外，為了使設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)與老路面結(jié)構(gòu)保持良好銜接，原有道路與設(shè)計(jì)道路銜接處老路面結(jié)構(gòu)層應(yīng)挖成階梯形，同時(shí)注意對(duì)相鄰現(xiàn)有路面的保護(hù)，以提高新舊路面銜接處路面的使用質(zhì)量。

由于本項(xiàng)目案例中道路下空洞位于路表下1 m至1.4 m 之間，局部不超過(guò)2 m，埋置深度較淺，且所涉面積不大，對(duì)區(qū)域交通影響較小，故考慮在管道修復(fù)后，對(duì)進(jìn)行路面整體翻挖和修復(fù)?？斩刺幏诤?，按要求回填合格的路基材料并壓實(shí)，再新建路面結(jié)構(gòu)。修復(fù)后對(duì)交通標(biāo)線進(jìn)行恢復(fù)，開(kāi)通運(yùn)行。

2 結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、排水管道CCTV 檢測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損空洞檢測(cè)、鉆孔取芯、微創(chuàng)探孔視頻采集等方法是判定路面地下空洞隱患較為有效的技術(shù)手段。另外道路竣工資料和日常養(yǎng)護(hù)信息等也是必不可少的前期資料。

實(shí)踐證明，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可應(yīng)用于道路地下空洞的探測(cè)。在不受地下水和地下管道的影響或影響較小的工況下，其探測(cè)結(jié)果還是較為可靠的。由于本次采用的二維雷達(dá)為連續(xù)測(cè)量方式，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，人工拖曳雷達(dá)天線時(shí)的速度無(wú)法達(dá)到完全勻速的狀態(tài)，因此平面位置可能存在偏差，而雷達(dá)成果圖中隱患埋深的深度值數(shù)據(jù)處理中波速選用的一般是經(jīng)驗(yàn)值，未經(jīng)過(guò)波速測(cè)試，故其探測(cè)結(jié)果一般描述為“疑似隱患”。因此在有條件地情況下，宜采取路面微創(chuàng)探孔內(nèi)窺鏡采集視頻的方式來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證空洞的真實(shí)存在，為合理制定處治方案提供技術(shù)決策依據(jù)。

通過(guò)多個(gè)工程案例，我們分析總結(jié)出道路地下空洞形成的原因有很多。在本案例中，我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)單位的經(jīng)驗(yàn)存在一定的不足之處，僅僅根據(jù)表觀，對(duì)路面沉降處進(jìn)行了面層加罩、整平處理的養(yǎng)護(hù)方式，而并未對(duì)空洞成因作充分梳理和分析，在此基礎(chǔ)上提出更為合理和有效的處治方案。因此相關(guān)單位在實(shí)際工作中，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)一種手段來(lái)判定和決策，而應(yīng)充分運(yùn)用專業(yè)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，多角度審視，多手段診斷，科學(xué)決策，有效處治，及時(shí)排除道路地下空洞安全隱患，確保道路安全運(yùn)行。