雨水下滲對城市道路基層穩定性的影響研究

劉士閩 劉志琦

【摘要】研究雨水下滲的影響機制、影響因素以及有效的管理與應對措施，對于確保城市道路的可靠性和持久性至關重要。本文旨在全面探討雨水下滲對城市道路基層穩定性的影響，以為城市交通基礎設施的可持續性提供更深入的理解和有益的建議。

【關鍵詞】雨水下滲；基層穩定性；城市道路；影響機制

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.053

Study on the Influence of Rainwater Infiltration on the Stability of Urban Road Base

LIU Shimin， LIU Zhiqi

（China Construction Seventh Engineering Bureau Co.， Ltd.， Zhengzhou 450004， China）

Abstract： It is very important to study the influencing mechanism， influencing factors and effective management and response measures of rainwater infiltration for ensuring the reliability and durability of urban roads. This paper aims at comprehensively discussing the influence of rainwater infiltration on the stability of urban road base， so as to provide a deeper understanding and useful suggestions for the sustainability of urban transportation infrastructure.

Keywords： rain infiltration； grassroots stability； urban roads； influence mechanism

1.1雨水下滲的定義與特點

雨水下滲是指降雨事件中，雨水從地表進入地下或路面材料的過程。其特點在于降水不僅會流入道路排水系統或徑流到附近的河流，還會一部分滲透到路面下方的基材或土壤中。這種滲透性特點使得雨水下滲不僅僅是表面徑流的問題，還與路面結構和土壤條件密切相關。雨水下滲的程度和速度取決于多個因素，包括雨水強度、路面材料的滲透性、土壤類型、地下水位等。因此，雨水下滲的復雜性需要深入研究以理解其對道路基層穩定性的影響。

1.2雨水下滲的影響機制

雨水下滲的影響機制涉及降雨事件后雨水的路徑與行為。首先，雨水接觸道路表面，然后可能滲透到路面下的基材中。在這個過程中，雨水可能導致基材中的水分含量變化，引發基材的松動和沉陷。其次，雨水還可能引發土壤侵蝕，特別是在降雨強烈時，可能會損害道路基層。最后，雨水下滲還可能導致路面的龜裂和磨損，從而影響道路的使用壽命。

2.1水分對道路基材的影響

雨水下滲會改變道路基材中的水分含量，從而對其力學性質產生重要影響。舉例來說，當降雨量較大時，雨水會迅速滲透到路面下，增加基材中的含水量。這導致了基材的體積膨脹，可能引發路面隆起和變形。相反，降雨量較小或排水不暢時，基材中的水分可能無法迅速排出，導致基材變得松軟，喪失了其支撐性能，進而引發路面下陷和沉陷。

2.2雨水下滲引發的基材松動與沉陷

雨水下滲引發的基材松動和沉陷是道路基層穩定性問題的常見表現。當降雨發生時，雨水會滲透到路面下的基材中，降低基材的抗剪強度和穩定性。這種現象在特別多雨或頻繁的降雨事件下尤為顯著。舉例而言，當黏土性基材吸水膨脹時，它們可能會失去原有的結實性質，導致路面下陷。相反，沙礫性基材可能因水分的流失而變得不穩定，容易發生松散和沉陷。

基材的松動和沉陷不僅對道路的平整度產生負面影響，還可能導致路面龜裂和損壞。這種情況尤其在高交通量的道路上具有重要意義，因為車輛的重壓會進一步促使基材下沉。因此，采取適當的工程措施，如選擇合適的基材、排水系統的改進和定期維護，對于減輕雨水下滲引發的基材松動和沉陷至關重要，以確保道路基層的長期穩定性和安全性。

2.3滲水引發的土壤侵蝕及破壞

雨水下滲可能引發土壤侵蝕，對道路基層穩定性產生直接和間接的負面影響。在大雨或強降雨事件中，雨水在路面上流動時可能攜帶路面表層的土壤顆粒，并將其沖刷到路緣帶、溝渠或附近的水體中。這種土壤侵蝕現象會導致路面基層下方的土壤逐漸被剝離，損害了道路基層的完整性和穩定性。

2.4滲水引發的路面龜裂與磨損

雨水下滲也會導致路面的龜裂和磨損，從而降低道路的使用壽命。當降雨滲透到路面下，然后在溫度變化或冰凍融化的情況下發生膨脹和收縮時，路面材料可能會產生龜裂現象。這種龜裂會使路面表面出現裂縫，逐漸擴大，最終導致路面破壞。

此外，降雨引起的路面磨損也是一個嚴重的問題。水在路面表面流動時，會帶走路面表層的顆粒，導致路面表面磨損。特別是在高交通量和高速度的道路上，這種磨損現象更為顯著。

3.1降雨強度與頻率

降雨強度與頻率直接影響了雨水下滲的程度和速率。當降雨強度較大時，雨水以較高的速率作用于路面，使得水分更容易滲透到基材中。例如，在暴雨事件中，大量降水可能會導致路面迅速飽和，增加了雨水下滲的可能性。此外，降雨頻率也是一個重要因素。頻繁的降雨事件可能會導致土壤和路面持續處于潮濕狀態，增加了雨水下滲的機會。例如，在高降雨頻率的地區，雨水下滲可能會成為一個常見的問題，需要采取相應的管理措施來保障道路基層的穩定性。

3.2地下水位變化

當地下水位較高時，路面下的土壤和基材可能已經飽和，導致降雨后雨水下滲的機會減小。相反，當地下水位較低時，土壤和基材的吸水能力會增強，降雨后雨水更容易滲透到路面下。例如，在干季時，地下水位較低，此時降雨可能更容易引發雨水下滲的問題。在雨季時，地下水位升高，可能會影響到路面下的排水情況，進一步加劇了雨水下滲的情況。

此外，地下水位的季節性變化也會對道路基層穩定性產生影響。在雨季時，地下水位升高，可能會導致土壤和基材的吸水能力減弱，從而影響雨水下滲的程度。因此，對于地下水位的合理管理和監測至關重要，以確保道路基層穩定性得到有效維護。

3.3土壤類型與排水狀況

不同類型的土壤具有不同的滲透性特點。例如，黏土性土壤通常吸水能力較差，容易形成積水，導致降雨后雨水下滲的機會較低。相反，沙礫性土壤通常具有較好的排水性能，有助于雨水更快地滲透到路面下，如表1所示。因此，在選擇路基位置和建設道路時，必須充分考慮土壤類型，以減輕雨水下滲的可能性。

排水狀況也是影響雨水下滲的重要因素。有效的排水系統可以幫助快速排出降雨水分，降低雨水下滲的風險。反之，排水系統不暢通或損壞可能會導致水分滯留在路面上，增加了雨水下滲的可能性。因此，在道路設計和維護中，必須確保排水系統的有效性，以防止雨水下滲對道路基層穩定性造成不利影響。

3.4道路結構與材料特性

不同類型的路面結構和材料在抵御雨水下滲方面表現不同。例如，柔性路面可能對雨水下滲更敏感，因為它們相對較薄且容易受到水分的滲透。相反，剛性路面通常更抗水滲透，但可能更容易受到龜裂的影響，如表2所示。

材料特性，如路面材料的滲透性、抗水分侵蝕性和抗磨損性，也對雨水下滲的影響至關重要。例如，使用滲透性較差的路面材料可能會增加雨水下滲的風險。此外，抗水分侵蝕性差的材料容易受到雨水侵蝕，導致路面材料的破壞。因此，在道路建設和維護中，必須謹慎選擇材料，并確保其具有適當的特性，以抵御雨水下滲對基層穩定性的不利影響。

4.1預測與監測

通過準確的天氣預報和氣象監測系統，可以提前預知降雨事件，從而采取相應的措施。例如，在預知將有強降雨時，可以提前采取排水設施清理、路面維護等措施，以減少雨水對道路基層的不利影響。此外，定期的監測可以幫助及時發現基層穩定性問題，及時采取修復措施，防止問題進一步惡化。

為了實現有效的預測和監測，可以借助先進的氣象預報系統和自動監測設備。例如，部署氣象雷達和雨量計網絡可以提供準確的降雨預測信息，而地下水位監測站可以實時監測地下水位的變化。這樣的信息可以為道路管理者提供及時的決策支持，幫助他們應對不同降雨情況下的雨水下滲問題。

4.2基層材料的選擇與改進

首先，在道路建設中，應根據當地的氣候特點和土壤類型選擇合適的基材。例如，在多雨地區，應選擇具有較好排水性能的基材，以減少雨水下滲的風險。其次，對于已建成的道路，可以考慮對基層材料進行改進，如通過添加改良劑來提升基材的抗水滲透性和穩定性。例如，如果在某地區發現由于基材滲透性不足而引發了雨水下滲問題，可以采用混凝土攪拌樁等技術對基材進行改進。這樣可以增強基材的穩定性，減少雨水下滲的發生。最后，在基材選擇和改進的過程中，還應考慮與其他路面層的協調，以確保整體路面結構的穩定性和一致性。

因此，合理選擇和改進基層材料是有效管理和減輕雨水下滲影響的關鍵措施之一。

4.3排水系統的優化

排水系統的有效性對于減輕雨水下滲影響至關重要。優化排水系統包括多方面的措施，如清理排水設施、修復排水管道、改善排水管網布局等。例如，在城市道路中，雨水井、排水溝等設施應定期清理，以確保排水通暢。另外，可以考慮在道路設計中引入雨水花園、雨水濕地等綠色基礎設施，通過植被和土壤的吸收作用來緩解雨水壓力，減少雨水下滲的可能性。

此外，對于特定的路段，可以考慮采用雨水收集系統，將雨水導向專門的處理設施，如雨水花園或雨水箱，以減少雨水直接對路面的影響。通過排水系統的優化，可以更有效地控制降雨水分的流動和排放，從而降低雨水下滲對道路基層穩定性的影響。

4.4技術改進與工程措施

一方面，可以采用先進的路面材料，如透水混凝土或透水瀝青，具有良好的滲透性能，有助于降低雨水在路面上的滯留時間。此外，也可以利用特殊的路面涂層和密封材料，提升路面的防水性能，減少雨水的滲透。舉例而言，聚合物改性瀝青涂層能夠有效防止水分的滲透，提升路面的耐水性。

另一方面，可以采取工程措施來改善道路基層的穩定性。例如，通過加設防滲層或防水層來提升基材的抗滲性能。此外，可以采用現代化的施工技術，如冷再生技術或土工格柵技術，對路基進行加固和改造，以提高基層的穩定性和抗滲性。

在城市交通建設和維護中，雨水下滲對道路基層穩定性的影響不可忽視。通過深入研究雨水下滲的影響機制以及影響因素，我們能夠采取相應的管理和應對措施，以保障道路的安全和可靠運行。合理選擇基材、優化排水系統、采用先進的路面材料和技術改進等手段，都是在實際工程中可行的方法。此外，持續的監測和預測也是及時發現和解決問題的重要手段。綜合運用這些策略，我們能夠有效地降低雨水下滲對道路基層穩定性的不利影響，提升城市道路的承載能力和使用壽命，為交通安全和城市發展做出積極貢獻。

【參考文獻】

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[2]張靜，王瑤，李陽.雨水入滲對邊坡穩定性影響研究[J].水利科學與寒區工程，2023，6（4）：101-104.

【作者簡介】

劉士閩，男，1983年出生，工程師，學士，研究方向為建筑工程。

（編輯：于淼）