城市道路脱空病害检测与应对策略探讨

2022-09-10

1 引言

近年来, 我国多地城市道路发生地面局部塌陷安全事故, 其具有突发性、隐蔽性的特点, 不但造成巨大的经济损失, 同时也带来了恶劣的社会影响, 已引起社会各界的广泛关注。为此, 本文结合天津空港经济区现状对主要货运通道的道路脱空情况进行了检测分析, 以在早期发现道路基础脱空安全隐患, 及时处理, 保证道路通行安全。

2 道路脱空原因分析

地下空洞的形成是很复杂的, 根据相关资料分析及工作实践总结, 城市地下空洞的形成可概括为以下几个方面:地质、地下水作用;长期振动作用;地下人防工程的存在;基建施工影响;管道施工特别是非开挖施工;道路施工中碾压不实;地下管道破损[1]。对于天津空港经济区, 地下管道破损是形成道路脱空最主要因素, 主要体现在:

(1) 不均匀沉降导致的管道错节渗漏。天津空港经济区临近海滨, 地貌类型属海积冲积滨海平原, 地层约60m深度范围内均为第四纪松散沉积物, 主要由黏土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土和粉质黏土组成, 土质较差, 压缩性高, 易随地下水位变化发生不均匀沉降, 从而导致路面起伏与管道错节渗漏情况。

(2) 排水管道的腐蚀渗漏。地下管线长期处在复杂的地下环境中, 经长久腐蚀容易形成穿孔、断裂等现象, 特别是污水管线长期受到有毒有害气体和污水浸蚀, 腐蚀情况更加严重。

(3) 给水管线也由于水压力等因素形成泄漏, 其引发的空洞发育速度较快。

上述地下管道的渗水、泄漏容易造成对土基冲刷, 带走周边泥沙, 加上水位交替变化、路面车辆震动等因素很容易发生流沙或掏蚀现象, 在管道附近形成空洞和路面塌陷, 且所形成的道路脱空规模大小不一、形状不规则、无明显走向和延伸。

3 道路脱空检测方法

对城市道路下方隐伏的空洞进行探测作业, 由于交通繁忙, 环境干扰大, 常用的工程物探方法, 如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等难于施展, 应用效果差, 成本高, 速度慢, 难以大范围应用;而探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高、分辨率高、实施成本低廉等优势, 成为城市道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法。国内外多年来的科学研究和工程应用实践, 充分证明了探地雷达在城市地下空洞普查探测领域的良好性能和取得的显著成效[2]。

本次空港经济区道路脱空病害检测过程中, 首先调查所检路段及沿线排水管道的基础与历史检测资料, 制定测线布置方案, 然后现场采集地质雷达检测数据, 再对雷达剖面图中道路脱空、不密实、富水区、沉陷变形等目标的缺陷类型、位置、埋深、尺寸等参数进行识别, 最后对识别结果进行汇总。其中:

(1) 检测设备参数配置

本次检测选用美国产SIR-20地质雷达设备, 根据探测精度和深度要求分别选用400MHz、200MHz两种屏蔽天线, 采用双通道端口两个天线同时采集数据, 纵向采样间隔为2cm, 400MHz屏蔽天线垂直方便率0.15m, 主要用于探测路表以下3米内的范围区域, 200MHz屏蔽天线垂直方便率0.3m, 主要用于探测自路表3m以下的范围区域。设备所选参数配置为:

时窗:400MHz为60ns, 200MHz为100ns;

A/D转换:16bit;

扫描间隔:50道/m;

每道扫描采样数:1024点/道。

(2) 测线布置

根据排水管道分布情况在车行道路面布置测线:

(1) 对于邻距小于5m且走向平行的管道, 在管位中线、两相邻管道之间、管道外侧1~2m处各布置1条雷达测线, 测线条数N=管道条数n×2+1;

(2) 对于邻距大于5m或单独的管道, 在管位中线、管道两侧1~2m处各布置1条雷达测线, 测线条数N=管道条数n×3。

(3) 对位于车行道之外的测线不进行检测;

(4) 测线位置及间距按管道实际管径、管材、已有病害分布等情况进行调整。

(3) 判别方法

通过道路脱空目标在地质雷达剖面图中呈现的特征信号对其判定。地质雷达是基于地下空洞、疏松区或富水区与周边正常地层具有明显电性差异的原理进行检测, 由其发射天线发射的高频电磁波在地下介质传播过程中遇到电性差异界面时形成反射电磁波, 被接收天线接收, 并被数据采集系统记录下来形成探地雷达剖面, 根据雷达剖面图中道路脱空、不密实、富水区、沉陷边形等目标产生的特征信号进行工程地质解释和识别。

4 脱空病害维修方式

对于发现的道路脱空病害, 应查明具体成因后进行针对性维修。由于道路脱空病害往往伴随着管道破损情况的发生, 在维修过程中, 既要对道路脱空区域进行修复, 又要对管道破损部位进行维修, 即做到“内外兼治”, 以保证修复后空洞不再重新发育。因此, 对道路脱空病害, 一是对发生渗漏的管道漏点进行封堵和修复, 常见方法有管道内衬修复、换管等;二是对已形成的路基疏松、脱空等病害进行填补, 常见方法有明挖换填修补、水泥基材料路基注浆填充等。

5 结语

地质雷达探测技术是城市道路脱空有效检测方法手段之一, 该方法无损、快速, 能够有效反映地层变化情况, 探测效果明显, 对发现的脱空病害能够及时修复, 大大提高道路脱空事故的预防效果, 为城市道路脱空病害处治工作提供良好借鉴。但道路脱空病害检测工作有待进一步开展必要的开挖验证试验, 进行综合推断解释, 将取得更好的检测效果。同时, 对于道路脱空快速修补技术有待进一步开发应用。

摘要：本文通过对天津空港经济区主要货运通道道路脱空检测结果分析以及施工处理技术探讨, 总结了沥青混凝土路面脱空病害的早期检测及应对策略, 为工程技术人员提供参考。

关键词：城市道路,脱空,检测,应对策略