場地環(huán)境改變對城市道路工后沉降的影響

周志軍，王敏容

場地環(huán)境改變對城市道路工后沉降的影響

周志軍，王敏容

（五邑大學(xué) 土木建筑學(xué)院，廣東 江門 529020）

工后沉降常常引起路面起伏變形，降低道路的壽命，過大的工后沉降甚至造成路面破壞、行車危險、道路維護費用高等問題，是城市道路的主要危害. 為研究場地環(huán)境改變對城市道路工后沉降的影響，論文從工后沉降的組成、產(chǎn)生原因、影響因素進行了詳細分析，并據(jù)此提出防治工后沉降的措施.

城市道路；工后沉降；交通荷載；建筑荷載

現(xiàn)階段，我國正處于經(jīng)濟快速發(fā)展、新型城鎮(zhèn)化穩(wěn)步推進的過程，城市的道路建設(shè)是必然的要求. 然而，城市道路的沉降問題同樣很突出，特別是工后沉降，常常對城市道路的質(zhì)量、行車安全、交通運輸運營、城市形象等帶來很大危害[1-3].

引起工后沉降的原因很多，而道路場地環(huán)境改變所引起的工后沉降常被忽視，事實上，城市發(fā)展過程中，市政道路原有場地環(huán)境改變很大，如：道路交通量越來越大、車輛軸載越來越重，引起土體附加動效應(yīng)；道路兩邊的建筑物，特別是高層建筑大量建設(shè)帶來道路場地環(huán)境的改變；電力、天然氣、給排水管道等地下管線越來越多，帶來了土體擾動影響；通水管道滲漏，引起土體含水率、抗剪強度的變化. 以上4點不僅可導(dǎo)致工后沉降增大，而且容易造成路面不均勻沉降，危害更嚴(yán)重. 因此，場地環(huán)境改變產(chǎn)生的工后沉降不容忽視，需要深入研究. 本文擬對城市發(fā)展造成道路原有場地環(huán)境改變所引起的工后沉降進行研究，分析其影響因素，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的防治措施，為解決城市道路工后沉降問題提供技術(shù)參考.

1 工后沉降概述

學(xué)者從不同角度對工后沉降的概念做了論述：趙維炳等[1]認(rèn)為工后沉降指建筑物竣工至大修或報廢止一段時間內(nèi)發(fā)生的沉降，按其產(chǎn)生的原因可劃分為加固體工后主固結(jié)壓縮量、下臥層工后主固結(jié)壓縮量和加固體與下臥層工后次固結(jié)壓縮量三部分；湯連生等[2]認(rèn)為公路軟基工后變形主要受路堤靜荷載和行車動荷載的控制，軟基工后沉降應(yīng)該包括軟土地基未完成的主固結(jié)變形、次固結(jié)變形、動固結(jié)變形等6個組成分量；劉吉福[4]強調(diào)工后沉降不同于剩余沉降，二者在沉降計算時間上有差異.

對于道路工程而言，筆者認(rèn)為，工后沉降量應(yīng)是地基、路基兩部分的沉降之和，即路面所發(fā)生的沉降量；工后沉降計算時間為從工程交工驗收至工程報廢期間的某一個時間段；工后沉降的組成主要包括：地基的主固結(jié)沉降（施工期未完成的）、次固結(jié)沉降，路基的變形、沉陷，以及地基、路基在應(yīng)力場、地下水等場地環(huán)境改變下產(chǎn)生的沉降.

2 工后沉降的影響因素

2.1 交通荷載

交通荷載產(chǎn)生的附加動效應(yīng)是引起道路工后沉降的主要因素. 張儀萍等[5]通過研究橋頭粉噴樁復(fù)合地基工后沉降發(fā)現(xiàn)，交通荷載是引起地基工后沉降的主要因素；楊斐等[6]分析機場跑道6年多的沉降觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，交通荷載作用下5年間地基工后沉降占工后總沉降量的比例達31%，且預(yù)測今后這一比例最終將超過50%.

交通荷載的傳遞深度與車輛軸載密切相關(guān). 仇敏玉[7]研究發(fā)現(xiàn)，軸載100 kN和300 kN作用下，其最大動應(yīng)變傳遞深度從6.6 m增加到15 m. 重載、超載對場地應(yīng)力、應(yīng)變場影響顯著.

交通荷載是循環(huán)反復(fù)荷載，A. S. Muhanna[8]曾進行過土的三軸循環(huán)加載試驗，結(jié)果表明：加載次數(shù)越多、應(yīng)力越大，土的累計塑性變形就越大.

現(xiàn)階段，城市發(fā)展中交通荷載呈現(xiàn)出以下特點：1）重載交通增多，超載現(xiàn)象頻繁，道路所受軸載越來越大；2）汽車數(shù)量快速增加，交通荷載作用時間越來越長，軸載次數(shù)越來越多. 因此，交通荷載已逐漸成為市政道路工后沉降的主要影響因素.

2.2 周邊建筑物

城市道路是城市區(qū)域發(fā)展的先行者，隨著道路的完善，道路兩旁的商業(yè)區(qū)、住宅、工業(yè)廠房等也會逐漸發(fā)展起來，其中高樓大廈的修建對道路工后沉降的影響主要有3方面：

1）周邊建筑物基坑開挖改變了基坑周圍土體的應(yīng)力場. 當(dāng)基坑支檔結(jié)構(gòu)強度不夠時，基坑周圍土體就會向基坑內(nèi)部滑移，導(dǎo)致道路產(chǎn)生工后差異沉降. 趙延林等[9]在分析某錨桿支護深基坑的周邊地表沉降時發(fā)現(xiàn)：基坑周邊地表的沉降量和沉降范圍隨錨桿層數(shù)的增加而減小，基坑開挖對周邊地表的影響范圍基本在開挖深度的1.5倍之內(nèi). 此外，軟土地區(qū)基坑開挖時，基底土體與基坑周圍土體之間將形成巨大的壓力差，由于抗剪強度低、流動性大，軟土有繞過支檔結(jié)構(gòu)而發(fā)生基坑隆起的可能，甚至導(dǎo)致基坑周圍土體隨之發(fā)生塌陷. 黃茂松等[10]的研究驗證了這種可能性，并專門分析了K0固結(jié)黏土基坑的隆起穩(wěn)定性問題.

2）因基坑開挖而使地下水位降低時，地基土原來所受的水浮力消失，土體容重由浮容重變?yōu)轱柡腿葜兀@使得地基土自重應(yīng)力增大進而發(fā)生壓縮變形. 如果基坑降水而又未采取回灌措施，則基坑降水范圍內(nèi)的建筑物、地面等會發(fā)生傾斜變形和不均勻沉降.

3）周邊建筑荷載改變了道路原有的應(yīng)力場. 如果把地表以下土體看成半無限空間體，道路周邊建筑荷載作用會引起道路產(chǎn)生附加沉降. 因此，當(dāng)建筑基礎(chǔ)為條形、筏板等淺基礎(chǔ)時，建筑荷載越大、與道路距離越近，道路產(chǎn)生的附加沉降就越大；但深基礎(chǔ)因荷載傳遞深度大而沉降較小.

2.3 過路管線施工

城市建設(shè)中，常需要經(jīng)過道路埋設(shè)各種管線，如給水管道、天然氣管道、電信管線等，其基本工序是：破除路面、挖溝鋪管、回填土、路面恢復(fù). 這使得原來完好的道路被局部破壞，產(chǎn)生了很多的“馬路拉鏈”. 過路管線施工造成的路面局部沉降，直接原因是回填土的密實度不夠、質(zhì)量不合格.

為一種新的地下管道施工技術(shù)，頂管施工作將作業(yè)面移至地下，可減少對路面的破損影響. 但魏綱等[11]研究表明，頂管施工仍不可避免地會引起地面變形，且變形程度由土體損失、土體擾動程度、頂管施工的速度等幾個因素決定.

2.4 管道漏水

城市道路下的管道較多，其中部分是過水管道，有些還承受較大的壓力，如自來水管、污水管、雨水管等. 這些管道可能會銹蝕、破損或滲漏，一旦管道內(nèi)的水滲漏到路基，將會導(dǎo)致路基產(chǎn)生沉降，甚至失穩(wěn)，主要原因是：

1）管道滲水出來，路基土體吸水、浸泡、飽和后，抗剪強度降低，當(dāng)土體不能有效承擔(dān)上部汽車和覆土的荷載時就會發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致路面發(fā)生沉降變形.

2）管道滲水引起的地下水滲流會帶走路基中的細小土顆粒，從而在路基內(nèi)部形成細小滲透通道，在交通荷載作用下，路面就會發(fā)生局部沉降. 如果土顆粒流失過多而形成了空洞，就會造成路面塌陷.

3）當(dāng)管道嚴(yán)重漏水時，漏水區(qū)形成了高的正水壓力，地下水在高水力梯度下滲流速度加快，因正水壓力、滲透壓力和土體抗剪強度降低等的共同作用，將導(dǎo)致路基土體失穩(wěn). 在基坑工程、邊坡工程中類似的案例尤多[12,13].

3 工后沉降的防治措施

筆者根據(jù)現(xiàn)實情況和自身經(jīng)驗對城市道路工后沉降提出以下幾點防治措施：

1）為控制交通荷載產(chǎn)生的工后沉降，應(yīng)嚴(yán)格控制道路的超載車輛，提高路基壓實度、增大基層強度、加固地基，以有效擴散交通荷載的附加應(yīng)力，減少道路工后沉降量，防止路面破損.

2）周邊建筑采用淺基礎(chǔ)且未到基巖的，要評估建筑荷載對道路影響的大小和范圍；基坑開挖要采取有效支護措施，嚴(yán)格監(jiān)控基坑側(cè)壁的側(cè)向位移和周圍土體的沉降，超過要求的要暫停施工進行整改；地下水位較高的地區(qū)，應(yīng)采用止水帷幕、回灌等措施，防止地下水位變化過大.

3）過路管線的施工要嚴(yán)格審批，不準(zhǔn)隨意開挖路面埋設(shè)管線，同時要做好道路的前期規(guī)劃. 通過預(yù)埋過路混凝土或鋼塑圓管等措施，把各類管線集中于圓管通過，既避免后期開挖路面，又有利于集中管理，防止管道破裂滲漏帶來的危害.

4）路基施工要嚴(yán)格規(guī)范，填料的選擇、含水量的控制、壓實機械、壓實遍數(shù)等都要嚴(yán)格把關(guān)、嚴(yán)格檢查，路基密實度是最重要的控制指標(biāo)，必須層層檢驗，高填方路基可用沖擊式壓路機來提高密實度.

4 結(jié)語

工后沉降對城市道路的危害很大，必須進行有效的防治. 本文通過對交通荷載、周圍建筑、管道施工等影響因素的分析，指出城市道路場地環(huán)境的改變是引起工后沉降產(chǎn)生的重要原因，抓住了問題的主要矛盾，工后沉降的防治措施為城市道路建設(shè)和養(yǎng)護部門的規(guī)劃和后期維護提供了參考.

[1] 趙維炳，劉國楠，李榮強. 控制工后變形新一代軟基處理技術(shù)的發(fā)展[J]. 土木工程學(xué)報，2004, 37(6): 78-81.

[2] 湯連生，張慶華，廖化榮. 公路軟基工后沉降研究進展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006, 25（增2）: 3449-3455.

[3] 韓尚宇，項昀，李紅. 軟基路段工后沉降量影響因素相對重要度分析[J]. 路基工程，2011(6): 37-40, 44.

[4] 劉吉福，莫海鴻，魏金霞. 對工后沉降法確定卸載時機的研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25（增2）: 3518-3522.

[5] 張儀萍，俞亞南，周宏偉. 橋頭粉噴樁復(fù)合地基工后沉降原因分析[J]. 巖土力學(xué)，2006, 27(7): 1171-1175.

[6] 楊斐，楊宇亮. 交通荷載對場道地基工后沉降的影響分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報，2007, 3(7): 1338-1341.

[7] 仇敏玉. 交通荷載對道路工后沉降影響的研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2011.

[8] MUHANNA A S. A testing procedure and a model for resilient modulus and accumulated plastic strain of cohesive subgrade soils [D]. Raleigh，North Carolina: North Carolina State University, 1994.

[9] 趙延林，張春玉，姜封國，等. 深基坑開挖對周邊地表沉降變形的影響[J]. 黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2009, 19(2): 97-100.

[10] 黃茂松，余生兵，秦會來. 基于上限法的K0固結(jié)黏土基坑抗隆起穩(wěn)定分析[J]. 土木工程學(xué)報，2011, 44(3): 101-108.

[11] 魏綱，吳華君，陳春來. 頂管施工中土體損失引起的沉降預(yù)測[J]. 巖土力學(xué)，2007, 28(2): 359-363.

[12] 孫靜，張華. 地下管道漏水引發(fā)基坑失穩(wěn)機理探討[J].三峽大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007, 29(6): 505-509.

[13] 劉朋飛，李濱，高揚. 管道漏水引起黃土滑坡失穩(wěn)機理研究[J]. 南水北調(diào)與水利科技，2013, 11(2): 49-51.

[責(zé)任編輯：熊玉濤]

An Analysis of the Effect of Site Environmental Changes on Urban Road Residual Settlement

ZHOUZhi-jun, WANGMin-rong

(School of Civil Engineering and Architecture, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

Residual settlement, a major harm to urban roads, often causes deformation and unevenness to road surface and therefore reduces the lifespan of roads. Worse still, excessive residual settlement even results in destruction of road surface, danger to driving, high road maintenance costs, etc. The constitution, causes and crucial influencing factors of residual settlement are analyzed in detail and corresponding measures for preventing such settlement are advanced.

urban roads; residual settlement; traffic loads; building loads

1006-7302（2014）04-0033-04

U416.16

B

2014-09-15

廣東高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃資助項目（2012LYM_0128）；江門市科技計劃資助項目（江財工[2012]156號）

周志軍（1979—），男，湖北通山人，講師，博士，主要研究方向為軟土地基處理.