軟土地區(qū)臨河道路路面縱向開裂典型案例及原因分析

任明

（溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

溫州地處浙南沿海地區(qū)，屬濱海沖積平原，水系密布，其中天然或人工河道縱橫交錯(cuò)，因此在城市路網(wǎng)規(guī)劃中，道路線位緊鄰既有或新開河道的情況比較普遍。同時(shí)由于溫州地區(qū)大部分為軟弱地基，地表以下分布有深厚的淤泥或淤泥質(zhì)土，呈流至軟塑狀態(tài)，力學(xué)性質(zhì)差，因此在河道開挖或回填施工時(shí)需特別重視和妥善處理對相鄰道路的影響，否則有可能引起工程事故，造成項(xiàng)目重大損失。

1 工程概況

緯四路位于溫州某工業(yè)園區(qū)中部，呈東西走向，全長約1 km，寬度24 m，橫斷面為4 m（人行道）+16 m（機(jī)非混行道）+4 m（人行道），水泥混凝土路面。工程所在區(qū)域?qū)贋I海相山前淤積地貌，大部分地段為農(nóng)田，地形平坦，黃海高程約5 m。道路北側(cè)為老河道，寬約10 m。因園區(qū)建設(shè)，該老河道需向北改線，新河道寬16 m，距道路13 m。新河道采用開挖施工，而老河道回填后做綠化帶處理。

受緯四路及相交道路橋梁標(biāo)高的影響，造成緯四路全線道路標(biāo)高相對較高，一般路段路基填筑高度平均為1.8 m。

2 地質(zhì)條件

根據(jù)工程勘察報(bào)告，工程區(qū)域內(nèi)地質(zhì)自上而下分別為①素填土、②黏土、③淤泥、④黏土、⑤黏土混砂礫、⑥全風(fēng)化凝灰?guī)r、⑦強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r。其中軟弱淤泥層深厚，呈飽和，流塑，高壓縮性，高靈敏度，土體力學(xué)性質(zhì)差，全場均勻分布，最大層厚達(dá)到23 m。具體參數(shù)見表1。

表1 路基設(shè)計(jì)巖土技術(shù)參數(shù)表

3 事件經(jīng)過

緯四路施工時(shí)間為5—8月，施工后期北側(cè)老河道同步進(jìn)行了回填，8月中下旬緯四路混凝土面層施工時(shí)北側(cè)新河道開始實(shí)施開挖。

10月1日發(fā)現(xiàn)緯四路路面開始出現(xiàn)細(xì)微縱向裂縫，至10月19日開裂發(fā)展程度最為嚴(yán)重，到12月21日路面裂縫已無明顯變化，其中裂縫最寬處達(dá)4.6 cm。

次年10月再次現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，路面開裂已基本穩(wěn)定，但開裂路段路面沉降較大，出現(xiàn)明顯路面倒拱現(xiàn)象，雨后路面積水無法通過兩側(cè)雨水口排出。同時(shí)亦出現(xiàn)人行道橫坡倒坡、側(cè)石與路面間縱向裂縫等其他現(xiàn)象，但未出現(xiàn)路基滑動(dòng)失穩(wěn)情況?，F(xiàn)場如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場情況

4 原因分析

通過研究設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄、地質(zhì)資料以及現(xiàn)場踏勘、計(jì)算復(fù)核等工作，對緯四路路面開裂進(jìn)行了深入細(xì)致的調(diào)查分析并得出結(jié)論，認(rèn)為道路北側(cè)老河道未做任何處理而直接回填，是造成路面開裂的根本原因。

一般來說，道路施工結(jié)束后，路基填方荷載會(huì)使地基產(chǎn)生工后沉降，而工后沉降量的大小與路堤高度、寬度及地基地質(zhì)情況等密切相關(guān)。在地基地層分布較為水平，同層巖土性質(zhì)亦相差不大的情況下，路堤沉降呈現(xiàn)為中間大、兩頭小的特征，因而將路堤橫斷面沉降曲線形象地稱為“沉降盆”，如圖2所示。路堤沉降盆現(xiàn)象造成的結(jié)果就是路面路拱橫坡逐漸變小甚至形成倒坡。

圖2 路堤沉降示意圖

該次取K0+680作為緯四路開裂路段典型斷面進(jìn)行分析，其路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高5.72 m，原地面標(biāo)高約3.8 m，道路北側(cè)紅線緊鄰老河道岸線，河面寬度約8 m。該斷面路堤填筑可分成兩部分，一是路堤本身填筑，二是老河道回填，且老河道回填時(shí)并未做任何地基加固處理。圖3為緯四路K0+680斷面填筑示意圖。

圖3 K0+680路堤斷面示意圖（單位：m）

緯四路全線除接近山坡地段地質(zhì)情況變化較大外，一般路段（包括開裂路段）各個(gè)地質(zhì)分層變化不大，厚度較為均一，且無傾斜地層存在，地表以下均存在厚度不小于15 m的淤泥層，該層土體呈飽和、流塑狀，高壓縮性，高靈敏度，物理力學(xué)性質(zhì)差，其壓縮變形是路堤產(chǎn)生沉降的主要原因。

通過采用分層總和法對K0+680斷面進(jìn)行工后沉降計(jì)算，可知在老河道回填土方荷載的影響下，該斷面路堤沉降曲線與普通路堤有所不同，其沉降盆呈W形，即在路堤中線處及河道中心處有兩處沉降極大值，相對應(yīng)則在道路北側(cè)有一沉降極小值。

《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）第6.4.3條中關(guān)于路基拓寬設(shè)計(jì)的規(guī)定：軟土地基上路基拼接時(shí)，應(yīng)控制新老路基之間的差異沉降，原有路基與拓寬路基的路拱橫坡度的工后增大值不應(yīng)大于0.5%。該條文主要是考慮在新的路基荷載作用下，地基將產(chǎn)生新的附加沉降，并對原有路基路面產(chǎn)生影響。根據(jù)江蘇、浙江、廣東等沿海省份軟土地基地段高速公路拓寬的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)拓寬路基的路拱橫坡度增大值超過0.5%時(shí)，路面將出現(xiàn)開裂[1]。

該工程中，老河道回填可看作是緯四路北側(cè)施加了新的拓寬路基荷載，且新路基荷載大大超過了道路本身的道路路基荷載，在沒有對新路基地基（老河道處）進(jìn)行處理的情況下，其產(chǎn)生的附加沉降對緯四路將造成破壞性的影響。從圖4～圖6可以看出，K0+680斷面路面竣工時(shí)的路基差異沉降為0.6%（圖中AB、BC兩線斜率差），而基準(zhǔn)期內(nèi)差異沉降為0.7%，均超過了規(guī)范中0.5%的差異沉降極限值。且路基沉降差最大位置出現(xiàn)在北側(cè)車道部分，與現(xiàn)場實(shí)測開裂位置基本吻合，說明老河道回填產(chǎn)生的附加沉降是緯四路路面開裂的關(guān)鍵原因。

圖4 K0+680路面竣工時(shí)斷面沉降圖（單位：cm）

圖5 K0+680斷面填土-時(shí)間-沉降曲線圖

圖6 K0+680基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)斷面沉降圖（單位：cm）

圖7 也從側(cè)面反映了老河道沉降的破壞性影響。圖中所示擋墻為相交道路路基漿砌塊石擋墻，其位置正好位于原老河道回填處。墻上裂縫基本可排除為墻后土壓力造成，究其原因，是由于老河道回填后產(chǎn)生的地基沉降造成路基隨之沉陷。不過路面拱效應(yīng)的存在使得上部沉降不明顯，而剛性擋墻則由于過大的豎向變形而拉裂，其最大裂縫寬度超過了5 cm。

圖7 相交道路路基擋墻開裂

老河道沉降與緯四路路面開裂有關(guān)，還表現(xiàn)在裂縫出現(xiàn)位置與程度和老河道寬度、距道路遠(yuǎn)近有相關(guān)關(guān)系。緯四路從K0+340～K0+840一段道路北側(cè)均存在有老河道，且該段道路不論是路堤高度、地質(zhì)情況還是路基處理方法等均無明顯差別，為什么路面開裂僅出現(xiàn)在K0+360～K0+410、K0+645～K0+736兩段，而其余路段沒有出現(xiàn)？為什么K0+360～K0+410開裂程度明顯比K0+645～K0+736要小得多呢？這主要是由老河道寬度、距道路距離所決定的。從道路平面圖上可以看出，開裂的K0+360～K0+410一段老河道已位于道路紅線范圍內(nèi)，處于北側(cè)人行道下，而K0+645～K0+736老河道緊鄰道路北側(cè)紅線，相比之下其余路段河道距道路紅線尚有一定距離（4～12 m不等），受河道回填產(chǎn)生附加沉降的影響要小于上述開裂兩段。同時(shí)相比 K0+645～K0+736北側(cè)老河道寬 8～10 m，K0+360～K0+410北側(cè)老河道寬度僅4～5 m，因此回填荷載產(chǎn)生的附加沉降亦小，所以開裂程度不及K0+645～K0+736嚴(yán)重。

上述這一影響也可用北側(cè)人行道橫坡變化來說明。原設(shè)計(jì)人行道橫坡為1.5%，內(nèi)低外高，在正常路基沉降下，人行道橫坡變化應(yīng)該呈逐漸加大的特征。而在受拓寬路堤或河道回填造成附加沉降的影響下，該側(cè)人行道橫坡變化特征改為逐漸減小，甚至出現(xiàn)倒坡。這一影響通過事后實(shí)測人行道橫坡得到驗(yàn)證。從圖8可以看出，開裂路段北側(cè)人行道橫坡基本都小于0.6%，個(gè)別的已出現(xiàn)負(fù)數(shù)（倒坡），而未開裂路段仍有0.8%～1%，表明與竣工時(shí)1.5%的橫坡相比，開裂路段受到了過大附加沉降的影響而導(dǎo)致路面破壞，而附加沉降產(chǎn)生的原因正是老河道未做處理造成的。在現(xiàn)場也看到，開裂路段北側(cè)人行道橫坡基本不明顯，有的已出現(xiàn)內(nèi)高外低的情況，證明河道回填確實(shí)造成道路的過大附加沉降量，引起水泥路面開裂破壞。

根據(jù)以上分析可得到結(jié)論：老河道未做有效處理而產(chǎn)生的附加沉降是導(dǎo)致緯四路路面開裂的根本原因，該破壞具有必然性。只有對老河道事先進(jìn)行地基處理，控制附加沉降量，或者合理安排回填時(shí)間，才能避免因不均勻沉降對路面造成拉裂破壞。

圖8 人行道橫坡變化圖

5 結(jié)語

事后通過一年的沉降和變形觀測，發(fā)現(xiàn)道路開裂無進(jìn)一步發(fā)展，判定路基已經(jīng)穩(wěn)定，故采用開挖破損部位面層基層，重新鋪筑鋼筋混凝土路面的處理辦法進(jìn)行補(bǔ)救，至今路面使用狀況良好，未出現(xiàn)其他任何病害。

當(dāng)然，路面開裂的原因可能是多方面的，除了上文中提到的之外，路堤向新河道的側(cè)向滑動(dòng)、相鄰企業(yè)樓房樁基施工以及道路混凝土路面強(qiáng)度未達(dá)要求即通車等也可能引起路面開裂。而根據(jù)本文的研究分析，認(rèn)為老河道未做有效處理引起的過大附加沉降是緯四路路面縱向開裂破壞的根本原因。由于溫州地區(qū)河網(wǎng)密布，規(guī)劃道路往往緊鄰既有或新開河道，應(yīng)特別注意河道開挖或回填產(chǎn)生的附加沉降或側(cè)向位移對道路路基的影響，通過必要的工程措施或合理的工期安排，如進(jìn)行地基處理、河道先于道路實(shí)施等，以確保工程安全。