特殊因素作用下路面裂縫成因分析與治理

譚祥韶,李 翔

(廣東省航盛建設(shè)集團(tuán)有限公司)

1 前 言

近年來,珠江三角洲地區(qū)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,高速公路建設(shè)步伐越來越大。但由于珠江三角洲地區(qū)高速公路具有沿線河網(wǎng)魚塘密布、路基填土高度大、地基中軟土分布厚度大且物理力學(xué)性質(zhì)極差的特點(diǎn),在交通車輛大型化和嚴(yán)重超載的情況下,部分路段在通車營(yíng)運(yùn)后出現(xiàn)了不同程度的病害,其中以橋頭跳車、路面裂縫為最突出,為減少這些病害對(duì)行車舒適性和安全性的影響,建設(shè)單位不得不進(jìn)行針對(duì)性的維修養(yǎng)護(hù)。通過對(duì)某高速公路路面裂縫的形成原因的深入分析,提出了針對(duì)性的處理方案,可為類似工程提供借鑒作用。

2 工程概況

京珠國(guó)道主干線廣州(新洲)至番禺(坦尾)段高速公路雙向六車道,路面寬 35m,為瀝青混凝土路面,于 2005年 12月建成通車。2006年 4月,K22+900～K23+120路段右幅路面出現(xiàn)一條縱向裂縫,長(zhǎng)約 70m,裂縫形態(tài)較順直,平面上處于主車道范圍內(nèi)。該路段線形為曲線段,右側(cè)坡腳外分布有魚塘。2006年 8月,魚塘抽水干塘,裂縫發(fā)展至 200m長(zhǎng)。

K22+900～K23+120路段軟土厚度為 13.0～20m,采用袋裝砂井聯(lián)合等載預(yù)壓處理,路堤為吹填砂和包邊土組成,高度 4.6～6.0m。針對(duì)裂縫出現(xiàn)情況,建設(shè)單位在組織了專家論證,一致認(rèn)定是路基橫向差異沉降引起的路面縱向裂縫,并決定在此路段右側(cè)邊坡及坡腳的地基進(jìn)行袖閥管注漿加固處理,施工期為 2007年 10月至 2008年 1月。2009年4～5月,K22+900～K23+120路段右側(cè)路面在原有裂縫位置上又出現(xiàn)了裂縫,且其寬度不斷擴(kuò)大,經(jīng)過路面淺層封閉注漿處理后,不足半年時(shí)間后已封閉的裂縫又呈擴(kuò)大趨勢(shì)。為了徹底治理這段路面的病害,需要確切掌握裂縫產(chǎn)生的原因,在此基礎(chǔ)上才能制訂有效的處理方案。

3 工程地質(zhì)條件

經(jīng)鉆探取樣補(bǔ)充勘察,本路段地層自上而下分布情況如下。

(1)素填土：密實(shí),稍濕,由粉質(zhì)粘土及少量碎石堆填而成,其中 1.30～2.50m為填石,2.50～4.50m為填砂。厚度：2.60～4.50m,平均 3.5m。

(2)淤泥：灰色,飽和;流塑：粘性好,含少量有機(jī)質(zhì)及細(xì)砂,具腥臭味。厚度：10.90～14.60m,平均 12.49m,該層是本路段主要不良地質(zhì)條件,其詳細(xì)物理力學(xué)指標(biāo)見表 1。

(3)中砂：灰白色,稍密,飽和,分選性一般,含少量粘粒。厚度：9.0～12.4m,平均 10.3m。

(4)淤泥質(zhì)亞粘土：灰色,飽和;流塑;粘性好,含少量有機(jī)質(zhì)及細(xì)砂,具腥臭味。厚度：5.40～11.20m,平均 8.30m。

(5)中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：灰黑色,裂隙發(fā)肓,巖忒呈碎塊狀,巖質(zhì)軟,錘擊聲啞。

表 1 裂縫路段軟土(淤泥)物理力學(xué)指標(biāo)

4 路面裂縫成因分析

4.1 路基變形狀況分析

圖 1、圖 2是該路段注漿前后累計(jì)工后沉降曲線圖,據(jù)圖可見,(1)在注漿前,該路段左、右路肩位置 19個(gè)月內(nèi)累計(jì)工后沉降量為 40～60mm之間,路中累計(jì)工后沉降為 20～40mm之間,橫向差異沉降較大,這也是前期路面縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因;(2)右邊坡及坡腳注漿后 7個(gè)月內(nèi),右路肩工后沉降較左路肩有明顯下降,累計(jì)工后沉降小于5mm,與路中累計(jì)工后沉降量相當(dāng),即右幅橫向差異沉降已基本可忽略不計(jì)。

此路段典型側(cè)向位移曲線如圖 3所示,注漿前后最大側(cè)向位移變化情況如表 2所示,由圖表可見：(1)最大側(cè)向位移發(fā)生在地基表層土體;(2)注漿前 19個(gè)月內(nèi)右側(cè)坡腳最大側(cè)向位移在 60～80mm之間,較同期的工后沉降大;(3)右側(cè)邊坡及坡腳注漿后,側(cè)向位移速率較左側(cè)明顯降低,但其位移累計(jì)量仍相對(duì)較大,處于 10～20mm之間。

圖 1 注漿前工后沉降盆曲線

圖2 右邊坡注漿后工后沉降盆曲線

綜上所述,本路段在注漿加固處理后,地基變形量明顯減少,工后沉降已趨于穩(wěn)定,但坡腳淺層土體的水平位移在短時(shí)間仍在緩慢發(fā)展。

圖 3 典型側(cè)向位移曲線圖

據(jù)分析,出現(xiàn)這種情況的原因是(1)本路段軟土物理力學(xué)性質(zhì)較差,施工期雖采用了塑料排水板進(jìn)行加固處理,但超載預(yù)壓時(shí)間僅 5個(gè)月左右,且路基填土高度大,在高地應(yīng)力作用下,軟土的側(cè)向擠出變形具有蠕變特征;(2)右側(cè)坡腳外魚塘不定期干塘造成淺層土體的土壓力向外釋放,并為位移提供了空間;(3)注漿后漿體在軟土層形成脈片狀,提高了軟土層的抗滑穩(wěn)定性,但軟土的物理性質(zhì)指標(biāo)改善很小;(4)作用在地基淺層土體的路基荷載附加應(yīng)力大于深層土體,在表層土體物理力學(xué)性質(zhì)較差的情況下,最大水平位移發(fā)生在淺層軟土中。

表 2 注漿前后最大側(cè)向位移統(tǒng)計(jì)分析表

4.2 裂縫成因分析

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),路面裂縫形成一般是差異沉降所引起,或是路基失穩(wěn)的表觀預(yù)兆。但據(jù)前述本路段路基變形狀況分析,工后沉降已基本穩(wěn)定,右側(cè)路肩和路中的沉降量均小于5mm,可排除橫向差異沉降導(dǎo)致縱向裂縫出現(xiàn)的可能性。此外,路基兩側(cè)腳角土體雖有一定位移,但小于 20mm的水平位移量不足以引起路基穩(wěn)定問題從而導(dǎo)致路基出現(xiàn)裂縫,且在前期注漿加固處理后,地基的穩(wěn)定性已有大幅度提升,而現(xiàn)場(chǎng)路面裂縫形狀與路基失穩(wěn)產(chǎn)生的圓弧狀裂縫也不相符,因此,亦可排除路基穩(wěn)定性下降產(chǎn)生縱向裂縫的可能性。

本路段的路面縱向裂縫既不是差異沉降引起,也不是路基失穩(wěn)的表觀預(yù)兆,結(jié)合本路段水平位移大于工后沉降,且最大水平位移發(fā)生在地表土層的具體情況,可判斷路面裂縫是由地表位移牽引所引起,其作用機(jī)理是由散體材料填筑而成的路堤,抗壓強(qiáng)度較高,抗拉強(qiáng)度很低,路面材料具有類似的力學(xué)特征。路基邊坡及坡腳向外的水平位移,在該范圍的路堤內(nèi)產(chǎn)生了拉應(yīng)力,因路堤抗拉強(qiáng)度很小,在拉應(yīng)力作用下路堤底部先出現(xiàn)了裂縫,由于路基沉降已基本穩(wěn)定或很小,路堤底部裂縫不能在沉降變形作用下自行閉合,隨著坡腳表層土體的位移增大,路堤底部裂縫便自下而上發(fā)展,當(dāng)路面材料不足以抵抗水平位移產(chǎn)生的拉應(yīng)力時(shí),路面便出現(xiàn)了裂縫,而車輛荷載加快了裂縫的發(fā)展。由于地基土體的水平位移變化具有蠕變特征,路面裂縫的發(fā)展亦表現(xiàn)出長(zhǎng)期性和緩慢性。

K29+440路段工后沉降和水平位移反映出該路段工后沉降量與前述裂縫路段相當(dāng),但其最大水平位移僅13.4mm,遠(yuǎn)小于裂縫路段,且最大水平位移發(fā)生地表以下 5～10m位置,該路段路面目前尚未出現(xiàn)裂縫。這種情況從另一個(gè)角度證明了前述裂縫形成原因的分析結(jié)果。

5 治理方案

根據(jù)路面裂縫成因,考慮到地基土體向坡腳的位移是長(zhǎng)期緩慢發(fā)展的,且對(duì)路基穩(wěn)定不會(huì)造成影響,結(jié)合工期和造價(jià)因素,采用對(duì)路面裂縫進(jìn)行低壓注漿加固的治理方案。通過水泥漿填充路堤內(nèi)部裂縫,一是可以避免雨水滲入、沖刷擴(kuò)大路面病害,二是可以提高路堤強(qiáng)度,減少車輛荷載繼續(xù)擴(kuò)大路面裂縫。具體治理方案如下。

(1)注漿孔布置于裂縫位置,沿裂縫方向每隔 2m設(shè)置1個(gè)注漿孔。

(2)注漿管深度為 5m,從達(dá)到路基的砂墊層底面為準(zhǔn)。

(3)注漿最大壓力控制在 0.3MPa以內(nèi),水灰比為 1∶1,單孔注漿量以漿液注滿滲出為準(zhǔn),單孔分次注漿,以確保水泥漿完全填充裂縫,水泥采用32.5#以上普通硅酸鹽水泥。

(4)路面注漿完畢后需再對(duì)路面進(jìn)行 1cm的微表處理。

圖 4 K29+440工后沉降曲線圖

圖 5 K29+440水平位移曲線圖

6 結(jié) 論

本文通過對(duì)某特殊路段的路面裂縫成因分析,得到了以下有益結(jié)論。

(1)營(yíng)運(yùn)公路路面裂縫成因除了常見的差異沉降和路基穩(wěn)定因素外,地基淺層土體的側(cè)向位移也是導(dǎo)致路面裂縫產(chǎn)生的因素之一。

(2)對(duì)于營(yíng)運(yùn)公路路面裂縫的成因分析應(yīng)在充分掌握其變形狀況的基礎(chǔ)上進(jìn)行,只有在正確分析裂縫成因的前提下才可得到經(jīng)濟(jì)合理的治理方案。

(3)袖閥管注漿可明顯降低營(yíng)運(yùn)公路的地基變形,尤其是在控制工后沉降方面效果較好。

：

[1]范瑞.淺談高速公路路面病害處治[J].山西建筑,2007,33(28)：2932-294.

[2]陳寶,馬傳明.珠江三角洲地區(qū)高速公路軟基路堤工后沉降分析[J].西部探礦工程,2003,85(6)：154-156.

[3]吳剛,劉干斌,開前正.軟土地區(qū)道路病害原因分析及防治措施[J].公路交通技術(shù),2009,(4)：11-15.

[4]張嘉凡,張慧梅.軟土地基路基不均勻沉降引起路面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,23(3)：21-25.

[5]曹東偉,胡長(zhǎng)順.多年凍土區(qū)路基融沉變形的附加應(yīng)力分析[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2001,20(3)：57-61.

[6]傅珍,王選倉,陳星光等.高速公路拓寬差異沉降對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,28(3)：36-39.