路基擴建工程裂縫機理分析及裂縫控制研究

岳秀梅

摘要：本文針對路基改擴建工程，對拓寬路基土裂縫產生種類與原因進行了分析，通過對多條公路路基干裂調查，同時研究分析舊路拓寬結合部力學性狀，并提出相應的裂縫控制措施，進而在一定程度上為路基改擴建工程設計人員提供借鑒。

關鍵詞：裂縫機理 裂縫控制 力學性狀

1 概述

公路改擴建工程中，對于舊路基加寬改造工程，由于新舊路基密實度不一致經常出現(xiàn)不均勻沉降問題，特別在新舊路基結合部位容易產生橫向裂縫，嚴重情況下沿著滑動面出現(xiàn)滑坡，在加寬改造中新老路基不能有效銜接。以前設計路基多采用泥灰結碎石基層，在使用過程中出現(xiàn)較多病害造成原路基強度不足，承載力不均勻現(xiàn)象，路基改建工程對部分路基進行挖除或者在原有路基基礎上新填筑形成路基，如果處理不當造成反射裂縫的發(fā)生。

2 拓寬路基土裂縫產生種類與原因

對于道路改擴建工程來說，其病害主要包括表面裂縫，塊狀裂縫和網狀裂縫等。通常情況下，產生裂縫原因，主要包括：邊坡失穩(wěn)裂縫、路基土裂隙，以及新老路基結合面裂縫。

2.1 邊坡失穩(wěn)裂縫

邊坡失穩(wěn)裂縫主要出現(xiàn)在高填方路段，由于雨水滲入路基而引起路基強度下降或沿著滑動面滑動，新老路基抗剪強度不足引起或新老路基結合處存在軟弱下臥層，產生邊坡失穩(wěn)裂縫不利因素較多，如新老路基結合處理不當，沿結合面發(fā)生路基失穩(wěn)；山區(qū)高填方或半填半挖：降低路基抗剪強度等。

2.2 路基土裂縫

對于路基土裂縫來說，通常情況下，與膨脹土，紅粘土或高液限土等路基土性質有關，由于這些路基土遇水膨脹，失水干縮等，導致在干縮時出現(xiàn)干縮裂隙。在調查過程中，發(fā)現(xiàn)有的裂縫寬度達到4cm，多數情況下裂縫寬度超過1cm。路基整體性能因裂縫的存在而大大降低，同時進一步降低了抗剪指標，透過裂縫，雨水容易滲入路基，進而破壞路面。對于路基土來說，在地表水、地下水的沖刷、潛蝕、液化等作用下，礦物成份被溶解，隨水流失進一步形成裂隙；在施工填筑過程中，由于含水量比較大， 水份長時間散發(fā)較多，進而出現(xiàn)裂縫。

2.3 新老路基結合面裂縫

新老路基結合面裂縫與新老路基結合面走向有關，隨著時間推移出現(xiàn)擴大趨勢。產生的主要原因是臺階開挖寬度或高度不合理；結合部位兩邊新舊路基沉降速率不一樣，沉降量不同導致結合部位存在應力突變現(xiàn)象，彎拉應力大于結合面材料自身抗拉強度形成錯臺；新老路基填料性質差異、密實度和受力狀態(tài)差異體現(xiàn)土基回彈模量差異，在結合部位產生臨界面，為道路開裂留下隱患。

3 路基干裂調查及量測方法

裂縫走向和傾角表征裂縫在水平和豎直方向排列方向。裂縫寬度表征裂縫大小，調查取裂縫寬度最大值；裂縫深度指裂縫開展深度。在地表裂縫寬度最大，隨著深度的不斷增加，裂縫寬度出現(xiàn)減小的趨勢。通常情況下，裂縫越深，對應的裂縫寬度越大，進而對土體力學性質的影響越嚴重。

通過對現(xiàn)場進行觀察和測量，在使用素土進行填筑時，填筑土經太陽持續(xù)暴曬一星期，通常會出現(xiàn)收縮龜裂現(xiàn)象，其裂縫寬度一般在2-5mm，平均每塊的裂縫面積大約1m2，深度在10-20cm之間；通過改良土填筑路基，其裂縫寬度通常在1-3mm，裂縫包圍面積每塊平均大約0.3m2左右，深度在5-10cm之間，k10+400-560段經鋪設改良土地段裂縫總長有所增加，從每250m出現(xiàn)面積300m2增加至每305m出現(xiàn)300m2，裂縫寬度及深度控制在3cm。

4 研究對象分析

新老路基結合面形成裂縫為改擴建工程主要病害之一，從理論和實際工程研究新老路結合裂縫具有重要意義。

采用地基彈性理論，考慮應力影響沉降計算方法進行定性分析，由于路基施工進度不同，新建路基固結下沉未達到工后沉降要求；工后新老路基由于不同沉降量而出現(xiàn)差異沉降造成路基失穩(wěn)。

舊路加寬主要解決加寬后新舊路基出現(xiàn)不均勻沉降，在進行路基加寬結構設計過程中，準確、科學合理的分析路基沉降和路基穩(wěn)定性非常重要。準確掌握加寬路基部分最終沉降量及固結度，然后驗算剩余沉降量是否滿足工后沉降要求。為提高路基整體穩(wěn)定性，路基設計中通常采取一系列措施增大新修路基強度，提高土基抗剪切能力，延長道路改擴建后使用年限。當新舊路基結合部處于新加寬路幅行車道時，在車輛荷載作用下土層浸水潮濕很容易產生變形，加速路基橫向不均勻沉降的發(fā)生，同時導致路面行車道產生縱向裂縫。

5 舊路拓寬結合處力學性狀分析

新老路基加寬時由于原有路基經過多年車輛作用，路基土沉降基本完成，在進行改擴建工程時將邊坡處理后進行填筑，新填筑土方和舊路基在相同荷載作用引起既有路基附加沉降，既有路基不同位置附加沉降不同，同時引起舊路表面橫坡比發(fā)生改變，嚴重影響路面使用性能，附加沉降較大時可能導致路面出現(xiàn)縱向裂縫。

6 裂縫控制措施與效果分析

6.1 控制措施

在路基改擴建工程中，對裂縫進行處理。在處理過程中，通常情況下采用土工格柵鋪設方案對裂縫進行處理，在試驗路段，通過采用普通格柵、鋼塑格柵兩種土工材料鋪設，在老路堤頂層進行使用效果對比試驗，試驗方案為挖臺階常規(guī)填筑方法、單層普通土工格柵、單層普通土工格柵+改良土、單層鋼塑土工格柵，通過試驗段提供參數用于指導路基改擴建工程施工。

6.2 效果分析

從加固效果可以看出，土工格柵所受壓力曲線存在一定的波動性，這是因為不斷增加上層填土厚度，以及受施工載荷的影響；隨著時間的推移，格柵所受拉應變逐步減??；與格柵應變變化規(guī)律相比，土應變變化規(guī)律基本相似，土應變曲線不均勻變化主要是施工期間填土壓路機擠壓，雨水對路堤填土影響導致土中含水量增加，地下水浮力和占據空間襯托擠壓呈現(xiàn)不同變化趨勢。

格柵應變曲線和土應變曲線變化相似，土應變曲線明顯低于格柵應變曲線，土應變值小于格柵應變值，說明格柵受拉后減輕路堤格柵上部土層拉應變，格柵提供抗拉拔力，起到防止路面產生裂縫作用。

7 結論

本文從改擴建工程路基產生的裂縫機理進行了分析，結合實際工程提出新老路基結合面不均勻沉降是產生路面反射裂縫主要原因，對舊路基不均勻沉降形成原因進行了分析，為路基差異沉降及變形協(xié)調控制方法提供依據。

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