城市道路檢查井病害研究現(xiàn)狀綜述

王新　谷雪影　宗軍良　季洪金　孫繼成

摘 要：隨著城市化進(jìn)程與城市建設(shè)的加速，城市道路檢查井的各種病害正逐步成為城市道路養(yǎng)護(hù)的“頑疾”。本文通過系統(tǒng)地梳理國內(nèi)相關(guān)檢查井病害的研究成果，總結(jié)了城市道路檢查井常見的病害類型，針對(duì)城市道路檢查井?dāng)?shù)值模擬分析、試驗(yàn)研究與整治措施等，進(jìn)行了全面的綜合分析與回顧，得出了未來研究的方向與思路。相關(guān)成果可為相關(guān)工程提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：檢查井;病害調(diào)查;數(shù)值模擬;整治措施

中圖分類號(hào)：TU992.24? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）01-0147-03

城市道路下方經(jīng)常設(shè)計(jì)有污水檢查井、雨水檢查井及電信檢查井等。檢查井有方形與圓形等各種形狀，通常由井座、井筒、井蓋和配件組成。由于道路上車輛行駛頻繁，這些檢查井在交通荷載的作用下，極易產(chǎn)生各種病害，如檢查井下沉形成高差影響行車舒適度、井周路面開裂甚至坑槽;檢查井井蓋破損等。對(duì)病害嚴(yán)重的檢查井進(jìn)行維修或更換花費(fèi)了大量的人力物力，檢查井病害正逐步成為困擾城市道路工程的難題。同時(shí)病害檢查井也是城市安全運(yùn)維中的重大危險(xiǎn)源，2021年2月9日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等6部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)窨井蓋安全管理的指導(dǎo)意見》，明確提出了要加強(qiáng)城市窨井蓋安全的管理。因此針對(duì)城市道路檢查井病害進(jìn)行全面的研究，對(duì)于指導(dǎo)工程實(shí)踐與城市精細(xì)化管理具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

通過系統(tǒng)地收集與梳理國內(nèi)相關(guān)檢查井病害的研究成果，總結(jié)了城市道路檢查井常見的病害類型，針對(duì)城市道路檢查井?dāng)?shù)值模擬分析、試驗(yàn)研究與整治措施等，進(jìn)行了全面的綜合分析與回顧，得出了未來研究的方向與思路，可為未來工程技術(shù)研究與應(yīng)用提供支撐。

1檢查井病害調(diào)查研究

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 1-2008）的規(guī)定，井框與路面高差理論上應(yīng)小于5mm?？v觀國內(nèi)外調(diào)研情況，實(shí)際上全國各大城市檢查井病害十分嚴(yán)重，將其稱之為城市道路養(yǎng)護(hù)的“牛皮癬”絲毫不為過。2005年時(shí)杭州市市政設(shè)施監(jiān)管中心調(diào)查了市區(qū)部分道路檢查井，發(fā)現(xiàn)病害十分嚴(yán)重，部分檢查井的豎向沉降值已遠(yuǎn)大于5mm，其中最大值甚至超過50mm。李軍（2010）[1]通過對(duì)烏魯木齊73條主次道路上的檢查井進(jìn)行了調(diào)研，通過對(duì)7500余座檢查井樣本進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，檢查井的主要病害包括周邊路面下沉、井圈井蓋移位以及井蓋破損查與豎向沉降等。馬克峰等（2010）[2]調(diào)查了濟(jì)南市通車1年的4條道路上的531個(gè)檢查井，發(fā)現(xiàn)通過短短1年內(nèi)出現(xiàn)井周破損、井周路面沉陷、路面高差超過允許范圍等病害比例高達(dá)17%以上。樊亮亮（2012）[3]研究了長沙市排水檢查井病害，揭示了其主要病害包括井周開裂、破損、沉陷、井蓋凸出、檢查井下沉以及井蓋松動(dòng)與破損。宋蕾等（2012）[4] 調(diào)查了青島市車行道上的檢查井病害并按嚴(yán)重程度由低到高劃分為四個(gè)等級(jí)，結(jié)果顯示69條車行道上的檢查井中，Ⅲ類及以上的占比超過80%。周進(jìn)（2013）[5]調(diào)查了重慶市新建道路上的檢查井，發(fā)現(xiàn)近2/3的檢查井周邊路面存在破損與開裂現(xiàn)象，有明顯沉降現(xiàn)象的檢查井?dāng)?shù)量占比約64%，沉降量一般在1cm到3cm。陳瀧等（2014）[6]對(duì)上海內(nèi)環(huán)龍陽路段調(diào)查顯示，若檢查井病害程度由低到高劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類，通車3年后，與路面基本平順的Ⅰ類僅占8%，同時(shí)由于井蓋、井框病害導(dǎo)致井周路面破壞嚴(yán)重的Ⅳ類檢查井已占到11%。徐華強(qiáng)（2014）[7]對(duì)天津市道路的調(diào)查顯示病害主要為檢查井沉降，極少量檢查井出現(xiàn)凸起，井周30cm左右范圍內(nèi)路面有不同程度開裂，開裂深度約為15～30cm。吳立鵬（2018）[8]對(duì)武漢市典型道路道檢查井的調(diào)研表明，病害類型主要有大于20mm的沉陷、傾斜、井周破損、井蓋缺失、井蓋井座不配套以及井蓋破損六種，同時(shí)在六類病害中井周破損最為突出，占比高達(dá)83.7%，其次是大于20mm的沉陷。需要說明的是，根據(jù)已有研究[5-8]，檢查井多發(fā)病害主要包括井座下沉、井周破損、井蓋下沉三種，同時(shí)檢查井病害往往呈現(xiàn)為多種病害組合形式，如井座下沉同時(shí)伴有井周破損等。

2檢查井病害數(shù)值模擬研究

基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，可以將城市道路檢查井病害可歸結(jié)井座下沉、井周破損、井蓋下沉、檢查井凸出、傾斜、井蓋破損共六大類，每類病害的特征如表1所示。

為揭示病害機(jī)理，眾多學(xué)者針對(duì)檢查井的病害特征、病害成因、病害影響因素、病害防治進(jìn)行了研究，提出了有益的建議。

（1）病害特征模擬。趙全滿（2021）[9]通過建立檢查井及路面力學(xué)響應(yīng)數(shù)值仿真模型，分析研究表明檢查井井周路面破壞半徑通常在1.2m以內(nèi)，檢查井沉降量主要在10mm以內(nèi)，檢查井傾斜的坡度的變化在±1%以內(nèi)。

（2）病害成因研究。王曉江（2007）[10]針對(duì)典型路段建立了檢查井有限元模型分析，通過計(jì)算得出了井座下方砂漿墊層受力并分析了檢查井沉降原因，相應(yīng)提出了混凝土墊層或使用預(yù)制井圈等整治措施。周進(jìn)（2013）[5]建立交通荷載下檢查井沉降的二維有限元模型，分析表明塑性區(qū)最早出現(xiàn)在檢查井的砂漿調(diào)平層，也是最早破壞的位置，檢查井沉降的主要原因是砂漿調(diào)平層的破壞。

（3）病害影響因素分析。曹磊（2008）[11]通過檢查井沉降分析二維有限元模型，分析了得出結(jié)論：檢查井沉降量隨井壁材料彈性模量增加而減小，超過上限值時(shí)效果不再明顯;檢查井的沉降隨著井周土變形模量增加、井底土壓縮模量提高、檢查井埋深增加而呈減小趨勢(shì)。杜?。?010） [12]建立了交通荷載下檢查井沉降分析的平面應(yīng)變模型，分析了回填土性質(zhì)、檢查井材料對(duì)檢查井與路面沉降差的影響，得出了其他參數(shù)相同時(shí)混凝土路面比瀝青路面效果好的結(jié)論。同時(shí)隨著回填土彈性模量的增大，檢查井與路面沉降差呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，回填土彈性模量為20MPa時(shí)檢查井與路面的沉降差可滿足小于5mm的規(guī)范要求。張靜毅（2010）[13]用ANSYS 有限元分析軟件模擬研究了檢查井井周回填土的彈性模量在30-1200MPa 條件下的路面沉降，結(jié)果表明回填土彈性模量不超過150MPa時(shí)，隨回填土彈性模量增加路面沉降減小明顯;超過150MPa時(shí)，隨回填土彈性模量增加路面沉降變化值較小。結(jié)合以上研究可知，檢查井井周回填材料彈性模量對(duì)于檢查井路面沉降有重要影響，在實(shí)際工程中可以通過提高回填土彈性模量的方法來減少沉降差，但超過150MPa后單純提高回填材料彈性模量對(duì)沉降防治意義不大。

（4）檢查井病害防治模擬。陳亞楠等（2016）[14]采用有限元軟件建立了數(shù)值分析模型，模擬了四種工況下的檢查井及周邊道路沉降情況，并進(jìn)行了對(duì)比研究與分析，結(jié)果表明四種組合中防沉降效果最好的是自調(diào)式井蓋、防沉降蓋板組合。

3檢查井病害試驗(yàn)研究

除了計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真，也有學(xué)者進(jìn)行了試驗(yàn)加以研究。鮑遠(yuǎn)琴（2013）[15]提出檢查井病害很大程度上源于井周回填材料的密實(shí)度達(dá)不到要求，而傳統(tǒng)回填在現(xiàn)有施工條件下很難密實(shí)，因此采用了由水泥、爐底灰、粉煤灰、水和外加劑組成的一種新型材料，該材料可以自填充、自流平、自密實(shí)，從而保證密實(shí)度，降低病害發(fā)生的可能性。欒立軍等（2014）[16]為解決城市瀝青路面檢查井快速修復(fù)問題，采用硫鋁酸鹽水泥、膨脹劑、砂、石、鋼纖維、水、減水劑通過試驗(yàn)研究，研制出3h 后強(qiáng)度達(dá)23.2MPa的超早強(qiáng)復(fù)合混凝土，應(yīng)用于青島市區(qū)道路檢查井周邊病害修復(fù)取得良好的效果。陳琴（2015）[17] 利用早強(qiáng)水泥、染色材料、纖維增強(qiáng)材料研制出黑色早強(qiáng)鋼纖維混凝土，通過優(yōu)選試驗(yàn)研究出 10h抗壓強(qiáng)度即可達(dá)40MPa以上的材料，該材料顏色與瀝青路面一致，長期強(qiáng)度高且有較好的耐磨性，應(yīng)用效果顯著。

4檢查井病害整治措施

針對(duì)檢查井病害的各種成因與特征，國內(nèi)許多省市都在積極采取各種措施積極整治檢查井病害，主要的整治措施包括[18]：

（1）淘汰傳統(tǒng)粘土磚砌檢查井，推廣新型材料檢查井、裝配式檢查井。例如，上海市自2000年已經(jīng)禁止在市政工程使用磚砌檢查井。2013年，福建省規(guī)定市政工程中優(yōu)先使用塑料檢查井、鋼筋混凝土等預(yù)制式排水檢查井。2015年，海南省市政工程中禁止使用磚砌污水檢查井，推廣塑料檢查井、鋼筋混凝土檢查井。2018年，廣州市開始限制使用磚砌檢查井，推廣預(yù)制裝配式排水檢查井。

（2）采用新型可調(diào)式防沉降井蓋。交通荷載通過傳統(tǒng)井蓋直接傳遞到井體，容易造成砂漿調(diào)平層破碎。新型可調(diào)式防沉降井蓋通常采用寬邊井框，通過支座法蘭面，上部荷載被分散到道路的結(jié)構(gòu)層，大幅減小井體所受荷載，因而井口破損、井蓋下沉的可能性明顯降低。目前，越來越多的省市開始重視與推廣使用新型可調(diào)式防沉降井。

（3）加強(qiáng)檢查井相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和宣傳，規(guī)范檢查井設(shè)計(jì)、施工。例如，2004年上海市發(fā)布了《城市道路檢查井蓋技術(shù)規(guī)范》;武漢市發(fā)布了《武漢地區(qū)市政管線檢查井技術(shù)規(guī)定》。這些規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，規(guī)范了檢查井的設(shè)計(jì)、施工。目前還需要建立更多更全面的標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則與規(guī)范等指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)與施工，提高檢查井標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與施工的能力。

5未來研究方向

通過以上研究可見，關(guān)于檢查井病害后續(xù)研究可以朝如下幾個(gè)方向進(jìn)行深入與拓展：

（1）針對(duì)裝配式等新工藝檢查井進(jìn)行深入研究。隨著城市建設(shè)中數(shù)字化、裝配化的深入，許多新結(jié)構(gòu)形式的檢查井如塑料檢查井、預(yù)制裝配式或現(xiàn)澆式鋼筋混凝土檢查井病害機(jī)理會(huì)有所不同，而當(dāng)前關(guān)于這些井的研究是跟不上工程需要的，后續(xù)可采用數(shù)值手段、試驗(yàn)等進(jìn)行綜合的對(duì)比分析與研究。

（2）有關(guān)于檢查井沉降機(jī)理的研究需要進(jìn)一步深入。由于影響檢查井沉降的因素眾多，研究中需要聚焦關(guān)鍵因素，通過辯證分析與系統(tǒng)工程理論等剔除非重要因素，提高沉降機(jī)理研究的有效性與全面性，比如井周回填不密實(shí)導(dǎo)致的沉降、交通車輛來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的沖擊荷載與循環(huán)荷載引起發(fā)生的機(jī)理 。

（3）加強(qiáng)防治措施的研究與總結(jié)。由于巖土工程具有區(qū)域性的特點(diǎn)，實(shí)際工程中難以得出全面適用的措施與方法，但對(duì)于防治措施的作用、適用范圍以及注意事項(xiàng)等應(yīng)積極進(jìn)行系統(tǒng)的研究與梳理，提高對(duì)整治措施有效性與適應(yīng)面的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)于檢查井病害的防治的預(yù)警與治理機(jī)制的建立。

6結(jié)語

通過以上研究，得出主要結(jié)論如下：

（1）城市道路檢查井病害可歸結(jié)井座下沉、井周破損、井蓋下沉、檢查井凸出、傾斜、井蓋破損共六大類，其中前三種為主要的三種形式，且檢查井病害以組合形式出現(xiàn)。

（2）眾多學(xué)者針對(duì)檢查井的病害特征、病害成因、病害影響因素、病害防治進(jìn)行了系統(tǒng)研究，具有實(shí)用價(jià)值與指導(dǎo)意義。

（3）檢查井病害整治措施更多是的需要從材料選擇、井蓋材料以及法律法規(guī)等入手，在實(shí)際工程中可采取可調(diào)式防沉降井蓋并加強(qiáng)法律法規(guī)宣傳。

由于城市道路檢查井病害機(jī)理復(fù)雜 ，期待業(yè)界同仁就相關(guān)問題加以深入研究，為城市道路檢查井病害防治提供有益探索。

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基金項(xiàng)目：上海市交通委科研項(xiàng)目“軟土道路檢查井沉降防治研究與示范”（JT2019-KY-014 ），上海城建設(shè)計(jì)總院科研項(xiàng)目（YK2021036B） 。