雨水下渗对城市道路基层稳定性的影响研究

刘士闽 刘志琦

【摘要】研究雨水下渗的影响机制、影响因素以及有效的管理与应对措施，对于确保城市道路的可靠性和持久性至关重要。本文旨在全面探讨雨水下渗对城市道路基层稳定性的影响，以为城市交通基础设施的可持续性提供更深入的理解和有益的建议。

【关键词】雨水下渗；基层稳定性；城市道路；影响机制

【DOI编码】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雨水下渗的定义与特点

雨水下渗是指降雨事件中，雨水从地表进入地下或路面材料的过程。其特点在于降水不仅会流入道路排水系统或径流到附近的河流，还会一部分渗透到路面下方的基材或土壤中。这种渗透性特点使得雨水下渗不仅仅是表面径流的问题，还与路面结构和土壤条件密切相关。雨水下渗的程度和速度取决于多个因素，包括雨水强度、路面材料的渗透性、土壤类型、地下水位等。因此，雨水下渗的复杂性需要深入研究以理解其对道路基层稳定性的影响。

1.2雨水下渗的影响机制

雨水下渗的影响机制涉及降雨事件后雨水的路径与行为。首先，雨水接触道路表面，然后可能渗透到路面下的基材中。在这个过程中，雨水可能导致基材中的水分含量变化，引发基材的松动和沉陷。其次，雨水还可能引发土壤侵蚀，特别是在降雨强烈时，可能会损害道路基层。最后，雨水下渗还可能导致路面的龟裂和磨损，从而影响道路的使用寿命。

2.1水分对道路基材的影响

雨水下渗会改变道路基材中的水分含量，从而对其力学性质产生重要影响。举例来说，当降雨量较大时，雨水会迅速渗透到路面下，增加基材中的含水量。这导致了基材的体积膨胀，可能引发路面隆起和变形。相反，降雨量较小或排水不畅时，基材中的水分可能无法迅速排出，导致基材变得松软，丧失了其支撑性能，进而引发路面下陷和沉陷。

2.2雨水下渗引发的基材松动与沉陷

雨水下渗引发的基材松动和沉陷是道路基层稳定性问题的常见表现。当降雨发生时，雨水会渗透到路面下的基材中，降低基材的抗剪强度和稳定性。这种现象在特别多雨或频繁的降雨事件下尤为显著。举例而言，当黏土性基材吸水膨胀时，它们可能会失去原有的结实性质，导致路面下陷。相反，沙砾性基材可能因水分的流失而变得不稳定，容易发生松散和沉陷。

基材的松动和沉陷不仅对道路的平整度产生负面影响，还可能导致路面龟裂和损坏。这种情况尤其在高交通量的道路上具有重要意义，因为车辆的重压会进一步促使基材下沉。因此，采取适当的工程措施，如选择合适的基材、排水系统的改进和定期维护，对于减轻雨水下渗引发的基材松动和沉陷至关重要，以确保道路基层的长期稳定性和安全性。

2.3滲水引发的土壤侵蚀及破坏

雨水下渗可能引发土壤侵蚀，对道路基层稳定性产生直接和间接的负面影响。在大雨或强降雨事件中，雨水在路面上流动时可能携带路面表层的土壤颗粒，并将其冲刷到路缘带、沟渠或附近的水体中。这种土壤侵蚀现象会导致路面基层下方的土壤逐渐被剥离，损害了道路基层的完整性和稳定性。

2.4渗水引发的路面龟裂与磨损

雨水下渗也会导致路面的龟裂和磨损，从而降低道路的使用寿命。当降雨渗透到路面下，然后在温度变化或冰冻融化的情况下发生膨胀和收缩时，路面材料可能会产生龟裂现象。这种龟裂会使路面表面出现裂缝，逐渐扩大，最终导致路面破坏。

此外，降雨引起的路面磨损也是一个严重的问题。水在路面表面流动时，会带走路面表层的颗粒，导致路面表面磨损。特别是在高交通量和高速度的道路上，这种磨损现象更为显著。

3.1降雨强度与频率

降雨强度与频率直接影响了雨水下渗的程度和速率。当降雨强度较大时，雨水以较高的速率作用于路面，使得水分更容易渗透到基材中。例如，在暴雨事件中，大量降水可能会导致路面迅速饱和，增加了雨水下渗的可能性。此外，降雨频率也是一个重要因素。频繁的降雨事件可能会导致土壤和路面持续处于潮湿状态，增加了雨水下渗的机会。例如，在高降雨频率的地区，雨水下渗可能会成为一个常见的问题，需要采取相应的管理措施来保障道路基层的稳定性。

3.2地下水位变化

当地下水位较高时，路面下的土壤和基材可能已经饱和，导致降雨后雨水下渗的机会减小。相反，当地下水位较低时，土壤和基材的吸水能力会增强，降雨后雨水更容易渗透到路面下。例如，在干季时，地下水位较低，此时降雨可能更容易引发雨水下渗的问题。在雨季时，地下水位升高，可能会影响到路面下的排水情况，进一步加剧了雨水下渗的情况。

此外，地下水位的季节性变化也会对道路基层稳定性产生影响。在雨季时，地下水位升高，可能会导致土壤和基材的吸水能力减弱，从而影响雨水下渗的程度。因此，对于地下水位的合理管理和监测至关重要，以确保道路基层稳定性得到有效维护。

3.3土壤类型与排水状况

不同类型的土壤具有不同的渗透性特点。例如，黏土性土壤通常吸水能力较差，容易形成积水，导致降雨后雨水下渗的机会较低。相反，沙砾性土壤通常具有较好的排水性能，有助于雨水更快地渗透到路面下，如表1所示。因此，在选择路基位置和建设道路时，必须充分考虑土壤类型，以减轻雨水下渗的可能性。

排水状况也是影响雨水下渗的重要因素。有效的排水系统可以帮助快速排出降雨水分，降低雨水下渗的风险。反之，排水系统不畅通或损坏可能会导致水分滞留在路面上，增加了雨水下渗的可能性。因此，在道路设计和维护中，必须确保排水系统的有效性，以防止雨水下渗对道路基层稳定性造成不利影响。

3.4道路结构与材料特性

不同类型的路面结构和材料在抵御雨水下渗方面表现不同。例如，柔性路面可能对雨水下渗更敏感，因为它们相对较薄且容易受到水分的渗透。相反，刚性路面通常更抗水渗透，但可能更容易受到龟裂的影响，如表2所示。

材料特性，如路面材料的渗透性、抗水分侵蚀性和抗磨损性，也对雨水下渗的影响至关重要。例如，使用渗透性较差的路面材料可能会增加雨水下渗的风险。此外，抗水分侵蚀性差的材料容易受到雨水侵蚀，导致路面材料的破坏。因此，在道路建设和维护中，必须谨慎选择材料，并确保其具有适当的特性，以抵御雨水下渗对基层稳定性的不利影响。

4.1预测与监测

通过准确的天气预报和气象监测系统，可以提前预知降雨事件，从而采取相应的措施。例如，在预知将有强降雨时，可以提前采取排水设施清理、路面维护等措施，以减少雨水对道路基层的不利影响。此外，定期的监测可以帮助及时发现基层稳定性问题，及时采取修复措施，防止问题进一步恶化。

为了实现有效的预测和监测，可以借助先进的气象预报系统和自动监测设备。例如，部署气象雷达和雨量计网络可以提供准确的降雨预测信息，而地下水位监测站可以实时监测地下水位的变化。这样的信息可以为道路管理者提供及时的决策支持，帮助他们应对不同降雨情况下的雨水下渗问题。

4.2基层材料的选择与改进

首先，在道路建设中，应根据当地的气候特点和土壤类型选择合适的基材。例如，在多雨地区，应选择具有较好排水性能的基材，以减少雨水下渗的风险。其次，对于已建成的道路，可以考虑对基层材料进行改进，如通过添加改良剂来提升基材的抗水渗透性和稳定性。例如，如果在某地区发现由于基材渗透性不足而引发了雨水下渗问题，可以采用混凝土搅拌桩等技术对基材进行改进。这样可以增强基材的稳定性，减少雨水下渗的发生。最后，在基材选择和改进的过程中，还应考虑与其他路面层的协调，以确保整体路面结构的稳定性和一致性。

因此，合理选择和改进基层材料是有效管理和减轻雨水下渗影响的关键措施之一。

4.3排水系统的优化

排水系统的有效性对于减轻雨水下渗影响至关重要。优化排水系统包括多方面的措施，如清理排水设施、修复排水管道、改善排水管网布局等。例如，在城市道路中，雨水井、排水沟等设施应定期清理，以确保排水通畅。另外，可以考虑在道路设计中引入雨水花园、雨水湿地等绿色基础设施，通过植被和土壤的吸收作用来缓解雨水压力，减少雨水下渗的可能性。

此外，对于特定的路段，可以考虑采用雨水收集系统，将雨水导向专门的处理设施，如雨水花园或雨水箱，以减少雨水直接对路面的影响。通过排水系统的优化，可以更有效地控制降雨水分的流动和排放，从而降低雨水下渗对道路基层稳定性的影响。

4.4技术改进与工程措施

一方面，可以采用先进的路面材料，如透水混凝土或透水瀝青，具有良好的渗透性能，有助于降低雨水在路面上的滞留时间。此外，也可以利用特殊的路面涂层和密封材料，提升路面的防水性能，减少雨水的渗透。举例而言，聚合物改性沥青涂层能够有效防止水分的渗透，提升路面的耐水性。

另一方面，可以采取工程措施来改善道路基层的稳定性。例如，通过加设防渗层或防水层来提升基材的抗渗性能。此外，可以采用现代化的施工技术，如冷再生技术或土工格栅技术，对路基进行加固和改造，以提高基层的稳定性和抗渗性。

在城市交通建设和维护中，雨水下渗对道路基层稳定性的影响不可忽视。通过深入研究雨水下渗的影响机制以及影响因素，我们能够采取相应的管理和应对措施，以保障道路的安全和可靠运行。合理选择基材、优化排水系统、采用先进的路面材料和技术改进等手段，都是在实际工程中可行的方法。此外，持续的监测和预测也是及时发现和解决问题的重要手段。综合运用这些策略，我们能够有效地降低雨水下渗对道路基层稳定性的不利影响，提升城市道路的承载能力和使用寿命，为交通安全和城市发展做出积极贡献。

【参考文献】

[1]苗展堂，孙奎利.低影响开发理念下的城市雨水设施系统规划模式研究[J].建筑学报，2014（增刊2）：40-43.

[2]张静，王瑶，李阳.雨水入渗对边坡稳定性影响研究[J].水利科学与寒区工程，2023，6（4）：101-104.

【作者简介】

刘士闽，男，1983年出生，工程师，学士，研究方向为建筑工程。

（编辑：于淼）