基于工程實例的沿海深厚軟土區半剛性基層裂縫分析

于仁杰

[摘要]沿海深厚軟土區道路半剛性基層在施工期產生了間距比較接近的橫向裂縫，本文從設計角度對半剛性基層裂縫產生的原因進行分析，是由于地塊管樁施工的擠土效應引起路基變形，導致半剛性基層出現橫向裂縫。同時根據常用的裂縫處治方法，分析介紹了采用的裂縫處治對策與預防措施，實際應用效果良好。

[關鍵詞]半剛性基層；裂縫處治；深厚軟土；擠土效應

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0091 - 02

在臺州沿海某圍墾區內，一條車行道寬16m的城市道路在施工期間半剛性基層產生間距比較接近的橫向裂縫，產生裂縫的路段約為道路總長的五分之三。

1 路面結構及裂縫概況

道路面層設計為瀝青混凝土，基層和底基層均為水泥穩定碎石，水泥含量分別為5%和3%，厚度均為20cm，路基為石渣填筑，厚度不小于1.2m。路基在經淺層真空預壓處理的吹填土上填筑，吹填土下是深厚的淤泥及淤泥質粘土，厚度35m左右。產生橫向裂縫的路段長約450m，裂縫間距約20～30m，寬約0.5～1.5cm，橫向貫穿整個半剛性基層。裂縫產生時半剛性基層已完工、準備攤鋪瀝青面層，當時周邊地塊正在進行預應力管樁施工。

2 裂縫產生原因分析

通常半剛性基層裂縫產生的原因主要有結構設計不合理、汽車荷載作用[1]、路基變形、材料干縮和溫縮。

（1）結構設計不合理。路面結構層之間模量相差太大、路基回彈模量太小、半剛性基層厚度不合理等因素導致路面結構計算不合格。采用不合理的路面結構，在外力作用下半剛性基層極易產生裂縫。

（2）汽車荷載作用。在汽車荷載作用下，尤其是超載，半剛性基層底部產生拉應力，當拉應力超過材料的抗拉強度時，半剛性基層底部便會發生開裂現象，且在行車荷載的反復作用下，底部產生的裂縫會逐漸擴展到上部，形成貫通整層的裂縫。

（3）路基變形。路基下陷，基層底支撐力減小，在行車荷載作用下，會快速形成裂縫。路基上拱，在向上的路基應力作用下，半剛性基層上部產生拉應力，當拉應力超過材料的抗拉強度時，半剛性基層上部便會發生開裂現象，并不斷向下部發展，形成貫通縫。

（4）材料干縮和溫縮。干縮主要表現在施工階段，半剛性基層施工時含水量偏小，灑水養護不及時，造成后期強度形成時失水收縮而產生干縮裂縫。溫縮則主要表現在外界溫度變化，基層結構受熱脹冷縮的作用而開裂，形成溫縮裂縫。

綜上，從設計角度考慮，首先路面結構計算符合規范要求，設計本身沒有問題，其次考慮到道路正處于施工階段，且同樣材料、施工工藝、養護工藝的條件下，只有3/5的路段產生橫向裂縫，同時裂縫產生路段與地塊管樁施工區域相對應，產生時間為管樁施工后，并且隨著管樁的施工推進，裂縫也在逐漸擴大。因此，本例中半剛性基層橫向裂縫是由地塊管樁施工引起路基變形造成的。地塊管樁采用靜壓法施工，為擠土樁。管樁在沉樁過程中，相當于樁體積的土體向四周排擠，使周圍的土受到嚴重的擾動，主要表現為徑向位移，樁尖和樁周一定范圍內的土體受到不排水剪切以及很大的水平擠壓，樁周土體接近于“非壓縮性”，產生較大的剪切變形，形成具有很高孔隙水壓力的擾動重塑區，降低了土的不排水抗剪強度，促使樁周鄰近土體會因不排水剪切而破壞，與樁體積等量的土體在沉樁過程中向樁周發生較大的側向位移和隆起。由于群樁施工中的迭加作用，土體位移會更明顯。本例場地的淤泥厚約27m，淤泥質粘土厚約8m，是典型的沿海軟土。軟土的天然含水量高、壓縮性高、承載力低，且具有觸變性、流變性、滲透系數小、抗剪強度低的特性，這決定了管樁擠土效應相對其他土質影響更大。隨著管樁的施工，土體向道路方向位移，導致路基變形，最終使半剛性基層產生間距比較接近的橫向裂縫。

3 常用裂縫處治方法

目前半剛性基層常用的裂縫處治方法可分為開挖處治和非開挖處治，非開挖處治又可分為常規處治和裂縫全深度處治。

（1）開挖處治。開挖處治是對發生裂縫的半剛性基層全部或部分挖出，重新攤鋪基層，以恢復半剛性基層的整體結構強度，一般會輔助使用土工合成材料，加強整體結構性。對于已建成通車的道路，開挖處治半剛性基層裂縫需要先開挖面層，然后才能挖除基層，這會造成較大的浪費，造價高且影響交通。而對于尚未攤鋪面層的在建道路，開挖修復是一種簡單有效的方法，且造價相對較低。

（2）非開挖處治之常規處治。常規處治一般采用傳統的灌縫、封縫或抗裂貼處理裂縫。常規處治施工簡單，造價低，但采用常規處治技術只能解決臨時封水問題，無法杜絕從分隔帶或路肩向裂縫滲水，因而不能從根本上治愈裂縫。因為裂縫不能被有效填滿，解決不了半剛性基層因裂縫產生的結構性破壞問題，所以也無法解決加鋪新面層后快速產生反射裂縫問題。

（3）非開挖處治之裂縫全深度處治。裂縫全深度處治是通過裂縫專用檢測設備（如探地雷達）對裂縫的寬度及深度等參數進行檢測分析，根據檢測結果并通過專用的設備把處治材料從裂縫下部向上對裂縫進行填充，使處治材料充分填充道路裂縫的整個縫隙。采用裂縫全深度處治技術，能將半剛性基層、瀝青面層的裂縫病害從底基層、基層到瀝青面層一并解決，從而將斷開的路面裂縫有效連接為一個整體，對基層和面層的裂縫進行結構性的修復。裂縫全深度處治材料一般采用高分子材料，主要有聚氨酯和改性環氧樹脂。這類材料固化快、強度能與基層面層接近，且與基層面層粘結良好。由于高分子材料成本高，且該技術需要專用設備檢測及填縫，其造價相對較高。

4 采用的裂縫處治對策與預防措施

4.1 采用的裂縫處治對策

本例中發生裂縫的道路尚未攤鋪面層，作為工程設計，綜合考慮了半剛性基層整體結構恢復、施工難易程度、處治效果、造價等因素，最終采用局部開挖處治裂縫，具體設計方案如下。

（1）挖除裂縫兩側各Im的基層、兩側各0.75m的底基層。

（2）對路基進行夯實整平后鋪一層鋼塑土工格柵，然后攤鋪底基層，在底基層上再鋪一層鋼塑土工格柵，最后攤鋪基層，格柵縱橫向抗拉強度不小于80kN/m，斷裂延伸率不大于3%。

（3）在攤鋪瀝青面層前，先在半剛性基層頂滿鋪一層自粘型玻纖格柵，格柵縱橫向抗拉強度不小于50kN/m，極限延伸率不大于3%，網孔尺寸20×20mm。該方案最終造價6萬多（不含玻纖格柵）。

4.2 預防措施

由于道路周邊地塊管樁還要陸續施工，為了避免裂縫問題再次發生，工程設計采取了以下預防措施。

（1）在道路紅線外3m處設置一排應力釋放孔，孔徑500mm，孔深20m，間距1.5m。應力釋放孔鉆好后應立即放置通長的竹籠，竹籠由竹片扎成，竹籠外包塑料編織袋，底部安放塊石以防竹籠上浮。

（2）要求合理安排打樁順序，打樁須沿著背離道路的方向進行。

（3）要求控制壓樁速度和每日打樁數量，減少孔隙水壓力的疊加。

5 結語

通過實際應用效果，上述設計方案有效地處治了半剛性基層裂縫，采取的預防措施也有效地避免了新裂縫產生。通過這一工程實例，今后設計單位在設計時必須要全面考慮不同工程施工相互影響問題，提前做出預防措施，確保工程順利實施，提高工程質量。

參考文獻：

[1]王燕.半剛性基層裂縫的產生及其防治的主要措施[J].北方交通，2009，（ 05）：67 - 69.