上海道路窨井病害調研及機理分析

何智龍

（上海市浦東新區公路管理署，上海 200129）

0 引言

隨著上海市城市建設的不斷發展，人民生活水平的提高，汽車工業的發展，人們對公路和城市道路服務水平的關注程度和期望值越來越高。然而，上海市雖然在道路交通規劃、工程建設、質量管理等方面做了大量工作，但道路作為一種公眾服務產品，直接接受日曬、雨淋、車輛剪切和磨耗等作用，影響因素非常復雜，且上海具有夏季炎熱持續時間長、降雨頻繁雨量大、道路交通運輸任務繁重、地方筑路材料（土質、石料等）性能較差等特點。在道路中，道路窨井病害導致路面平整度下降是一種比較突出的現象，目前也引起了越來越多的關注[1]。道路窨井病害導致了路面與窨井之間的差異沉降，產生了道路“路框差”問題，出現道路平整度問題，影響行車舒適性與安全性。引起窨井病害的原因比較復雜，病害機理沒有深入分析[2]。目前在城市道路中的窨井病害問題比較突出，相應的解決措施，尤其是滿足道路日常養護快速有效的措施較少。當前對于窨井病害機理研究甚少，本文在對上海地區多條道路進行調研的基礎上分析道路窨井病害機理，從而為道路窨井病害的治理提供依據。

1 窨井病害調研

對上海地區的多條道路進行實地調研，測定路面與窨井的差異沉降，根據調研結果將道路窨井處的病害分為以下幾類。

1.1 窨井沉降

窨井沉降較路面結構大，形成了一定的差異沉降，測量差異沉降大小。通過調研，根據差異沉降大小分為四類：0～5 mm為正常；5～10 mm為輕度；10～20 mm為中度；大于20 mm為重度。

分別現場調查了三條條道路，具體調研結果見表1所列。通過調研分析，一般道路的窨井沉降問題占窨井總數量的20%～40%，輕度沉降10%～20%。

表1 道路窨井沉降調研情況匯總表

通過調研得出，道路窨井差異沉降可以分為幾個不同階段。首先窨井輕微沉降，周邊路面也產生局部沉降；當窨井沉降到一定程度時候，周圍路面也產生較大沉降；當沉降到某種程度時候，路面材料的變形超過所能承受的變形時，路面產生開裂等損壞。在破壞初期，窨井周圍材料會產生環形的開裂；當窨井沉降較為嚴重時，窨井周圍材料會發生破碎，產生坑洞。

窨井沉降會影響行車的舒適性與安全性，我國《城鎮道路工程施工與質量驗收規范》規定新建道路路面與窨井的高差要小于5 mm。

目前對于窨井與路面高差對行車影響程度還沒有研究，但是可以借鑒橋頭跳車對于高差的影響分析。國內外關于橋頭高差對于車輛行駛的影響有一些研究結論，Wahls[3]認為當臺階高度達1.2 cm時會產生跳車，需要修補。Stark等[6]認為當臺階高度為2.5 cm時會發生跳車，當達5.0～7.5 cm時會使行駛嚴重不舒適。國內馮忠居等[4]經過行駛實測表明：車速在60～140 km/h范圍內，臺階高度在1.5 cm以下，對車輛行駛無明顯影響；在1.5～3.5 cm范圍內，車輛行駛速度受到一定影響，同時產生較明顯顛簸。何啟魁和田貴川[5]也通過調查表明：當臺階高度超過1.5 cm時，對車輛行駛有影響，并把1.5 cm作為維修的標準。鮑明偉和金太學把臺階高度2～4 cm作為維修的標準。

借鑒以上國內外對于橋頭跳車高差的研究，在道路養護工程中窨井與路面高差控制在20mm以內。

1.2 窨井凸起

窨井沉降小于周圍路面結構，導致窨井高于路面結構，窨井凸起，如圖1所示。它會影響道路行車的舒適性與安全性。窨井凸起有兩種情況：窨井本身結構凸起、窨井周圍路面凸起。

1.3 窨井周圍材料損壞

由于窨井結構、材料與周圍路面相差較大，對于周圍瀝青路面施工難度較大，難以壓實；而對于水泥路面也要單獨施工，壓實也存在問題。通過現場調研窨井周圍損壞主要有幾類：瀝青路面窨井周圍材料開裂、水泥路面窨井周圍材料開裂、窨井周圍修補材料損壞，如圖2所示。

1.4 窨井井蓋損壞

目前窨井井蓋形式多種多樣，材料也各不相同，有鋼纖維混凝土、球墨鑄鐵的，通過調研發現，隨著車輛荷載的作用，井蓋也會出現了一系列的破壞。

1.5 窨井綜合破壞

當窨井沉降進一步加重，可能導致周圍材料與窨井結構等發生破壞，出現以上幾種破壞現象綜合出現，如圖3所示。

2 窨井病害機理分析

根據上海地區窨井病害的調研與分析，造成窨井沉降破壞的病害原因很多，大致可歸納為主觀因素和客觀因素。從所歸納的破壞模式可以看出，不管那種病害，都是地基、窨井結構、路面與窨井結構相互作用的結果。因此，要從土的沉降壓縮變形，以及其綜合因素入手，通過分析地基、窨井結構、路面的沉降及變形規律，結合設計、施工及工程管理等方面的因素，進而將窨井病害的原因歸結為以下幾個方面。

2.1 窨井結構與周圍路面連接處的剛度差異

窨井結構與周圍路面材料不同，窨井結構一般為堅石砌筑或者混凝土澆筑而成，具有較大的剛度，而路基和路面組成的道路屬于半剛性或柔性結構，因此在車輛荷載作用下，窨井結構傳遞荷載能力較小，而路基路面具有較好的傳遞分散荷載能力，因此窨井結構下的土基承受荷載較大，反復作用下產生的永久變形大，而周圍道路的沉降較小，相對沉降差就不可避免出現，其結果必然引起“路框差”。

2.2 傳統窨井的井蓋安裝問題

傳統窨井的井蓋都是直接安放在井體上的，且窨井又處于車行道之下，所以當窨井受到車輪荷載后，荷載就通過井蓋、井體傳到土基上。在長期的重復荷載作用下，土基就會被壓縮而使井體和井蓋下沉，從而導致周圍路面出現局部的開裂和差異沉降，縮短了道路使用壽命，并且給行人、行車構成危險。

2.3 窨井結構下天然地基的沉降

天然地基在自身重力作用下的沉降量一般早已完成（正常固結），在其上修筑窨井結構后，由于車輛荷載與窨井結構重力作用，使地基承受附加荷載而成為欠固結土，從而產生沉降變形。地基沉降的原因有4個方面：

（1）地基土承載力低，容易產生較大的沉降量。

（2）地基土質壓縮性大，固結時間長，當其受到上部路基填土的附加壓力后，其應力擴散緩慢，孔隙水壓力消散速度低下，在工程完工后其臺后地基仍在繼續下沉。

（3）自然沉降期短。隨著經濟的迅猛發展，人們對工期的要求越來越高，使得路基對地基的壓實時間更加縮短，而地基需要穩定的時間并不隨之改變，這就加重了竣工后地基的沉降量。

（4）車輛荷載與窨井結構重量直接影響地基的沉降量。

2.4 路面排水不暢及填土流失

當雨季路面排水不暢時，雨水會沿著路面裂縫和窨井連接部位的接縫滲入路基，致使填土產生沖刷和浸蝕，造成各種細粒土的流失。在外部氣溫循環變化和車輛荷載的沖擊作用下，必然造成窨井沉陷，產生跳車現象。

2.5 窨井結構施工存在問題

按現行施工及驗收規范要求，窨井施工工序及流程對挖土、澆筑混凝土基礎、墻身砌筑及粉刷、井圈混凝土預制塊安裝、鑄鐵井蓋框安裝、井座周邊混凝土澆筑等工序都有嚴格的要求。其中澆筑混凝土基礎、墻身砌筑及粉刷、井圈混凝土預制塊安裝、鑄鐵井蓋框安裝、井座周邊混凝土澆筑等工序施工不規范都是引起窨井下沉的主要原因。施工中由于進行溝槽的深挖施工,尤其是井邊的回填造成土的密實度不夠理想,在道路修筑完成開放交通后井邊周圍的道路下沉造成“路框差”。

此外，窨井周圍的回填土與鑄鐵蓋座四周的道路面層材料難以壓實,路面竣工通車后,沿蓋板四周及四角出現方形或放射性裂紋,且鑄鐵蓋座的四周由于有肋的存在,把面層分隔成若干小塊,隨后出現凹陷現象,每逢下雨,雨水通過裂紋滲入路面結構層,車輛反復水平的震動、沖擊促使路面面層開裂、剝落,同時增加了附加應力,造成鑄鐵蓋座下強度較低的襯墊材料壓碎和無固定措施的鑄鐵蓋座向車行方向滑移。窨井處路面的高低不平和車輛的反復沖擊作用,最終造成窨井的沉降。

2.6 設計因素的影響

城市道路窨井雖不是工程的主體結構,但根據使用功能來看,它是不可忽視的附屬構筑物。我國目前尚無完善的設計標準與方法。由于上海市內的窨井設計等方面自行其是,甚至某些因素相互影響,窨井下沉的原因變得復雜起來。

3 結語

（1）對上海地區的多條道路進行實地調研，同時測定路面與窨井的差異沉降，按照沉降大小，將窨井沉降分為：正常、輕度、中度和重度，提出在道路養護工程中窨井與路面高差控制在20 mm以內。

（2）對窨井病害進行分類，主要分為：窨井沉降、窨井凸起、窨井周圍材料損壞、窨井井蓋損壞與窨井綜合破壞。

（3）根據上海地區窨井病害的調研，從窨井結構、土基、材料、施工及設計方面，分析窨井病害產生機理。從而為窨井病害治理提供依據。

[1]王衛星，秦建華.城市道路窨井現狀和面臨的問題[J].浙江水利水電專科學校學報，2008，20（2）：67-70.

[2]孫新枝.窨井(雨水井)口周圍路面病害及預防措施[J].公路與汽運，2002，(4)：31-32.

[3]張洪亮，胡長順，呂文江.路橋過渡段容許差異沉降計算模型[J].交通運輸工程學報，2005，5（1）：19-23.

[4]馮忠居，方貽立，龔堅城，等.高等級公路橋頭跳車的危害及其機理分析[J].西安公路交通大學學報，1999，19（4）：33-35.

[5]何啟魁，田貴川.沈大高速公路的橋頭跳車及防治[J].東北公路，1994，（2）：47-48.