浅谈京台高速公路合徐北段路面纵向裂缝成因分析及对策

浅谈京台高速公路合徐北段路面　纵向裂缝成因分析及对策　高文号，　丁　跃，　汪　刚　（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥摘２３００８８）　要：文章通过调查原高速公路设计资料、工程地质资料、结合周边地形，分析出造成路面纵向裂缝主要是地基土层的不均匀压　缩沉降，其中地下水位的大幅下降是造成地基不均匀压缩沉降主要诱因，从而提出了封水及基于提高路基整体稳定性和耐久性的　处置方案。　关键词：高速公路；纵向裂缝；成因；对策　中图分类号：Ｕ４１６．１４；Ｕ４１６．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５７８１（２０１４）０５—０６８２—０４　１工程概况　（１）工程概况。京台高速合徐北段是国道主干　５．０　ｍ，边坡坡率为１：１～ｌ：１．５，边坡防护采用植　草防护，路基填料主要为碎石土。　根据对现场的裂缝调研，裂缝宽度不等，出现　裂缝路段最小裂缝宽３　ｍｍ，最大裂缝宽约２０　１ＴＵＴＩ　（７７１　ｋｍ＋２５０　ｍ～７７１　ｋｉｎ＋５６０　ｍ最严重）。裂缝　直线部分主要分布在行车道和路肩部分交接地方，　裂缝两端延伸到路基边缘，总体呈“月牙形”。根据　线北京至福州公路的重要路段，也是安徽省“十字”形　南北高速贯通线中的重要组成部分。合徐高速公路　北段工程，起自怀远县涂山淮河大桥北岸，终于萧县　连霍线朱围子互通立交，路线全程１４２．８５３　ｋｍ。　（２）裂缝病害现状。京台高速合徐北段于２００３　年１２月１８日建成通车，是安徽省早期修建的高速公　路之一，历经１１年营运，目前在７６９　ｋｍ＋０００　ｍ～　７７３　ｋｍ￣５００　ｍ路段合肥至徐州方向、徐州至合肥方　裂缝的形态和分布情况分析，裂缝属于张拉性质，　是由基层以下延伸到路面表层的。裂缝现状，如图　１所示。　向硬路肩、行车道出现纵向裂缝。纵向裂缝统计，见　表１所列。　表１纵向裂缝统计表　（８）严重裂缝　（ｂ）裂缝两端里“月牙形”　图１裂缝现状　２裂缝病害成因分析　２．１工程地质背景　路面裂缝主要集中在７６９　ｋｍ＋５００　ｍ～　７７３　ｋｍ＋５００　ｍ路段，该路段处于檀山和太麻子山两　山山谷之间，地貌属于山前冲积平原。根据钻孔资料　经查阅原设计及施工资料，本项目路基宽　２８．０　ｍ，路面宽２３．５　ｍ，该路段最小填土高度　该段地层主要由由粘性土、亚粘性土覆盖，中间夹杂　着粉砂土层，与粘性土层交互分布，埋深基本在Ｏ～　２０　ｍ范围内，层厚各处差异较大，最大达１０　ｍ之多，　２．０　ｍ，最大填土高度９．０　ｍ，平均填土高度约　收稿日期：２ｏ１４—０５—２８；修改日期：２ｏ１４—０６—０６　作者简介：高文号（１９７６一），男，安徽庐江人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司高级工程师　６８２　《工程与建设》２０１４年第２８卷第　５期　含水量较为丰富。　不会发生失稳破坏　。　・　地下水位埋深较浅，一般在３～５　ｍ内，地下水　类型主要为第四系的潜水和深层的岩溶水。根据地　层结构特征，粘性土层的渗透性较弱是天然的隔水　层，粉砂层具有良好的渗透性，浅层的地下水主要赋　ｌｌ—＿＿，＿＿＿－一　■　、●＿＿Ｅ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿一　ｌ　ａ）边坡沿软弱　滑动的稳定性　存于粉砂层中，粘性土中粉砂层成为了天然的渗水通　道。公路所在区域地貌，如图２所示。　一　■■ｌ　■。　＿＿■■●＿　　Ｉ［ｂ）边坡泔堆＝【｝：ｌ｛料内　技　游　的稳定一　图４边坡的稳定性计算结果（埋深为２　ｍ处）　图２公路所在区域地貌情况　２．２路基边坡稳定性分析　一ｌ　　‘——■－～——　　为了验证原设计是否合理，对原设计路基边坡的　稳定性进行验算。因路基填料是由经碾压构成的碎　石土组成，其强度受密实度、含水量以及细粒含量等　因素的影响，结合相关碎石土取值经验，模型中各岩　土层的物理力学参数选取见表２所列。　表２各岩土层的物理力学性质　ｌ　（ｂ）　圾坩堆埙料Ｉ　邵垃　坩ｆ　刚铭越代　图５边坡的稳定性计算结果（埋深为１　ｍ处）　２．３路堤不均匀沉降分析　（１）地质环境分析。根据对文献的调研，当线路　穿越低洼、软基等地段，道路修建完成后，因地表不均　由于地基的粉砂层埋深具体不确定性，分别建立　粉砂层埋深为１　ｍ、２　１ＴＩ、３　ＩＴＩ的分析模型，经过计算　得出不同软弱层埋深下路基边坡稳定性结果如图３～　图５所示。　匀沉降，造成路面产生纵向裂纹的例子屡见不鲜。发　生沉降的原因主要有两条：①路基填土以及地层土　体在路基应力下的固结沉降。②因地下水位大幅下　降或者采矿等原因造成地表发生沉降。　通过对线路７７１　ｋｍ＋４３０　ｍ～７７１　ｋｍ＋５００　ｒｆｌ　和７７１　ｋｍ４－８００　ｍ～７７１　ｋｍ＋９５０　ｍ地质资料调查　发现，这两段都穿越沟渠，沟渠所在区内地层主要由　粘性土层、粉砂土层等构成，土层的工程性质较差，土　ａ）边坡沿软弱腱滑动的稳定性　体压缩性较高，粘性土层的压缩系数基本在０．１～　０．２之间，属于低一中压缩性土层，粉砂层和亚粘性土　的压缩系数在０．３～０．４左右，属中一高压缩性土。　并且层厚在时空分布上具有差异性，为地基不均匀沉　．　—　ｌ一联　粘性卜腱　‘ｂ）　艇吼科Ｉ　１：疆　ｍ　删牲《　Ｉ　ｌ　Ｊ　降提供地层基础条件。　根据安徽省水利厅发布的地下水位资源公报，　２００７年较２０１２年淮北地区潜水层埋深见表３所列，　图３边坡的稳定性计算结果Ｉ埋深为３　ｍ处）　计算结果表明，随着粉砂软弱层埋深逐渐减小，　边坡的稳定性系数逐渐降低，粉砂层埋深在３　ｍ、　２　ｍ、１　ｍ条件下，边坡的稳定性系数分别为２．７４５、　２．６８１、２．２９７，证明原设计路基边坡稳定性较好，边坡　２０１０￣２０１２年淮北地区的降雨量相比之前一直偏　少，而潜水层水资源开采量逐年增加，最终导致潜水　层地下水位埋深持续下降，２０１０～２０１２年地下水下　《工程与建设》２０１４年第２８卷第５期　６８３　降１．５　ｍ左右。除此之外城市生活用水多采自承压　水，２０１１年和２０１２年淮北地区深层地下水漏斗中心　水位埋深分别下降１．８９　ｍ和１．２８　ｍ，因承压水具有　循环周期慢，补给困难等特点，加上地区表层为粘性　土层，短时间内地下水难以得到恢复补给。２０１１年　秋冬至２０１２年６月期间，安徽淮北地区持续干旱，造　成农作物大面积受灾，长期的干旱使得地下水得不到　补给，因农田灌溉、工业生产需求，地下水的开采量加　大，根据对附近的采水设施调查，该路段附近分布有　定数量的基井，开采水主要用于田地植物的灌溉。　结合上述资料，分析由于地下水大量开采，造成地表　一布不均匀，路线可能穿越局部的软土地段，工程地质性　质较差的亚粘性土层和粉砂土层构成了地基不均匀沉　降的物质基础。沉积平原中心地段地层一般为粘性土　层、亚黏土层，不含有粉砂土层，粘性土层中的含水量　有限，不具备产生不均匀沉降的物质基础。除此之外，　山前平原地下水主要为潜水，埋深较浅，人们主要开采　浅水层，地下水的下降容易造成地表沉降。沉积平原　中心地段地下水埋深较深，主要为承压性质，地下水的　开采短时间内不会造成潜水的下降，并且粘性土层的　压缩性有限，水位的下降不会造成地表大幅沉降。　因此，２０１０￣－－２０１２年的干旱灾情导致地下水位　的大幅下降是造成地基不均匀沉降的主要诱因，除此　之外路面车辆动荷载对粉砂层的结构和强度也具有　削弱作用，地基土层的不均匀压缩沉降是造成路面产　生纵裂缝的主要原因。　发生不均匀沉降，最终导致路面产生裂缝。　表３　２００７￣２０１２年淮北地区水资源分布和变化情况　３工程处置方案　３．１处置目标　根据上述分析计算，原设计路堤边坡不会发生失　稳破坏，路基基本处于稳定状态。目前需要采取合理　（２）地表沉降的理论分析。根据土力学理论，土　体一般由土体骨架、空气和水体３部分组成，土中应　力也是由３部分共同承担，用公式可表示为　一６ｒ　＋　（１）　措施防止裂缝进一步加剧，防止雨水进入裂缝，同时　提高路基整体稳定性和耐久性。　３．２具体处置方案　（１）封闭裂缝，防止雨水下渗。封闭裂缝，防止　其中，　为总应力（ＭＰａ）；　为有效应力（ＭＰａ）；　为　土层中的孑Ｌ隙水压力（ＭＰａ）。　地下水位的下降会导致含水层中的孔隙水压降　低，土体骨架承担的有效应力增加，土层在附加应力　作用下压缩，土体的孔隙比下降。由于压缩变形大部　分为不可恢复变形，压缩变形逐年累加，当压缩量累　积到一定程度时会引起地表沉降。当土层厚度较大，　埋深越浅时，地面发生的沉降幅度越大。　因路基在地表上的应力分布不均匀，在长期的固　雨水沿裂缝进入路面结构和路基。对纵向裂缝位于　硬路肩或行车道沥青混凝土面层及水泥稳定碎石上　基层进行铣刨处理，采用大粒径沥青碎石ＬＳＰＭ－３０　作为上基层换填材料，对于沥青面层分别采用　４　ｃｍＡ＠１３、５　ｃｍＡＣ－２０、６　ｃｍＡＣ－２０，全部采用ＳＢＳ　改性沥青。在下基层纵向裂缝采取灌注热沥青封缝，　并粘贴宽度１．０　ｍ防裂贴，大粒径沥青碎石基层排　水采用边部打孔的方法，每５０　１ＴＩ打一横向排水孔，　排出路面层间积水。　结作用下，路面结构下部和边坡下部的沉降量和固结　度不等，造成路基所在地面以下土层的土层压缩量存　在差异，加上软弱土层本身层厚分布不均匀，地下水　（２）注浆提高路基承载力，封闭内部裂缝。改善　路基土体物理力学性能，提高路基土承载力，同时封　闭路基内部裂缝。　采用钢花管注浆，注浆后钢花不拔出，以起到加　位的大幅下降会导致地表沉降不均匀。因路面属于　半刚性结构，地表沉降不均匀，使得路基在自重条件　下产生拉裂破坏，在表层表现为沥青路面开裂。　２．４裂缝成因结论　筋作用，注浆孔扩散半径１．０　ｍ，采用孔距２．０　ｍ，排　因此对于本路段而言，线路所在区域为山前冲积　距１．８　ｍ，梅花形布置（注浆范围详见图纸）。施工时　从路肩最外侧排孑Ｌ开始，依次向行车道开始，每排孔　施工时分一序和二序间隔跳注。　（下转第７０２页）　沉积平原，土体相对较为软弱、结构较为复杂、空间分　６８４《工程与建设》２０１４年第２８卷第５期　灌注浆液。当出现以下３种情况之一时即停止灌　对于沉降已经稳定的桥头跳车路段，通过加铺　注：相邻孔内或裂缝中冒浆；灌注压力达到０．５～　路面等浅层处理技术手段就可以解决，但对于持续　１．０　ＭＰａ。间隔１５　ｍｉｎ后再进行第二次注浆。第　不断出现、沉降还不稳定的桥头跳车路段，浅层处　二次注浆：压力不得高于第一次，当出现上述两种　理方式仅能暂时缓解，不能彻底根除。通过理论分　情况之一时即停止注浆。　析和实体工程验证，注浆法是解决严重桥头跳车现　（４）验收标准。灌浆前后，建议使用深层触探进　象的有效措施。　行检测，同时进行抽芯取样，以此来分析灌浆的效果。　另外，对其灌浆后做如下检测：　［参考文献］　对每一跳车地点进行路面沉降观测，要求其最大　［１］葛折圣，黄晓明，张肖宁，等．公路桥涵台背回填材料研究现状综　述口］．交通运输工程学报，２００７，７（４）：６７—７３．　沉降量≥　０　ｒａｍ（每一处观测一点）。　［２］刘萌成，黄晓明，陶向华．桥台后高填方路堤工后沉降影响因素　３处治效果　分析口］．交通运输工程学报，２００５，５（３）；３６—４Ｏ．　［３３王亦麟．软土地基桥头跳车处理探讨［Ｊ］．公路交通科技，２０００　对已注浆区域进行钻探取芯，察看水泥浆在土体　（１）：２８—３Ｏ．　中的灌注情况，５　ｍ和８　ｍ处的芯样如图３所示。从　［４３罗春祥．浅析桥头跳车现象［Ｊ］．中国科技信息，２００７（５）：５６—５７．　［５］李智勇．解决高等级公路桥头跳车的理论与施ｚＥｊ］．山西建筑，　芯样来看，水泥浆已经很好地渗透到土体中，达到了　２００７（３３）：６３—６５．　加固路堤的目的。处治后经过近３年的运营，未发现　［６］张志宏．灌浆技术在桥头跳车防治中的应用分析［ｊ］．筑路机械　明显沉降。　与施工机械化，２００８，２５（１２）：６３—６５．　［７］忻伟明，杨昭宇．软土地基桥头跳车成因及注浆防治技术［Ｊ］．山　一一　西建筑，２００９（４）：２４９－－２５０．　［８］梁浩．结合工程实例浅谈桥头跳车处置方案［Ｊ］．山西建筑，　２０１０，３６（１５）：２７Ｏ一２７１．　［９］徐根连．注浆技术在处理台背填土中的应用［Ｊ］．公路，２００２（２）：　４３—４４．　（ａ）５ｍ（ｂ】８　［１ｏ］全迅，彭文俊，王易红．桥头跳车成因分析及注浆整治技术研　图３　５　ｍ、８　ｍ深处的芯样　究口］．吉林建筑工程学院学报，２００５，２２（３）：４２—４４．　（上接第６８４页）　结论提出具体针对性处理方案，较好地解决该路段路　（３）纵向裂缝严重、地基软弱段设置钢筋混凝土　面纵向裂缝病害［１－４，１１］。　桩。在纵向裂缝严重路段（大于１０　ｍｍ路段）或地基　软弱路段坡脚设置钢筋混凝土抗滑桩，预防路基边坡　［参考文献］　［１］黄世武，刘明维．膨胀土地基路基填方失稳破坏模式分析［Ｊ１．重　出现滑移。合肥至徐州方向７７１　ｋｍ　Ｈ－４３０　ｍ～　庆交通大学学报（自然科学版），２００９，２８（２）：２５０－－２５４．　７７１　ｋｍ＋５００　ｍ和７７１　ｋｍ＋８００　ｍ～７７１　ｋｍ＋　［２］付伟，吴万平，何斌，等．某高速公路路基裂缝病因分析与治　９５０　ｍ段坡脚的边沟内侧，设置一排直径为６０　ｃｍ的　理措施研究［Ｊ］．土工基础，２０１１，２５（２）：８—１１．　钢筋混凝土桩，桩长不小于５．０　ｍ，桩间距为１．６０　ｍ，　［３］马青松．路基纵向裂缝处理方法的探讨［Ｊ１．铁道建筑，２００７（３）：　桩顶沿路线方向设置４０　ｃｍ×６０　ｃｍ横梁。　６６—６７．　（４）道路两侧机井迁移。禁止对地表水抽取，将　［４１唐咸远，李用鹏．膨胀土地基失稳引起路堤滑坡综合处治技术　［Ｊ］．公路，２０１１（１２）：６—１ｏ．　道路两侧２００　ｍ范围农用机井回填迁移，新建机井　［５２　ＪＴＧ　Ｄ３０－－２００４，公路路基设计规范［ｓ］．　深度应穿过粉砂层（地表以下２０　ｍ）ｃ。＿１ｏ］。　［６３　ＪＴＧ　Ｄ５０－－２００６，公路沥青路面设计规范Ｉｓ］．　［７１　ＪＴＧ　Ｆ１０－－２００６，公路路基施工技术规范［Ｓ］．　４结束语　［８１　ＪＴＧ　Ｉ）６０－－２００４，公路桥涵设计通用规范Ｉｓ］．　通过调查原高速公路设计资料、工程地质资料、　［９］ＪＴＧ　Ｆ４０－－２００４，公路沥青路面施工技术规范［Ｓ］．　［１ｏ］ＪＴＧ　Ｂ０１－－２００３，公路工程技术标准［Ｓ］．　结合周边地形，分析出造成路面纵向裂缝主要原因是　［１１］成万更．钢花管注浆法在高速公路路基处治中的应用Ｏ１．宁波　地基土层的不均匀压缩沉降，最后根据裂缝成因分析　大学学报（理工版），２００．９，２２（３）：４Ｏ４—４Ｏ７．　７０２《工程与建设》２０１４年第２８卷第５期