軟土地區運營期道路病害主要成因分析研究

高 聰 黃 玲

廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司 廣東 廣州 510500

1 引言

軟弱土層具有含水量高、強度低、壓縮性高的特點[1][2]，修建于軟土地區的道路，由于下臥土體的特殊性，較易誘發道路病害的產生[3]。在道路工程建設項目中，基于軟土地區的工程特性，應考慮選取合適的地基處理方式，通過地基處理改善下臥軟弱土層的土體性質，降低對后續工程建設的不良影響。但巖土本身就處于復雜應力場中，外部荷載的變化亦會對土體造成擾動，當擾動程度較大時，就會破壞原土體固結狀態，引發土體進行二次固結，從而導致道路病害的產生。

2 工程概況

建于軟土地區的某城市道路在投入運營后，陸續發現管廊帶區域填土、非機動車道平緣石和機動車道路面均出現多處開裂、沉降等病害，如圖1所示。經現場調查可知，道路兩側分布在建基坑項目，道路在完成移交后，一直作為周邊基坑項目的施工便道使用，長期通行施工重型車輛。

圖1 現場照片

3 病害成因分析過程

3.1 現場調查情況

基于道路病害情況，進行了路面破損缺陷調查、道路雷達無損檢測、裂縫深度檢測，共三項現場檢測工作。

（1）路面破損缺陷調查

根據《城鎮道路養護技術規范》（CJJ36-2016），對道路路面破損狀況進行調查，包括機動車道、非機動車道和人行道。主要檢測內容為對路面的外觀狀況進行調查，對出現的缺損及病害進行檢測，記錄病害的類型、部位、范圍、數量以及嚴重程度并拍攝相片，并根據檢測結果進行道路綜合情況評價。

其中道路瀝青混凝土路面狀況指數PCI值為81.16，路面狀況評定等級為“B”，路面損壞主要表現為開裂和沉陷；人行道路面狀況指數FCI值為54.65，路面狀況評定等級為“C”，路面損壞主要表現為松散或變形。

（2）道路雷達無損檢測

選用中心頻率為400MHz的雷達天線對道路缺陷進行探測，每個車道布置1～2條測線。

根據道路檢測區間的縱向測線檢測結果顯示，道路內部缺陷主要存在于機動車道處，特別是右側機動車道，最大脫空缺陷長度可達23m，最大缺陷估算深度可達1.1m。

（3）裂縫深度檢測

采用挖機開挖道路對道路裂縫深度進行抽樣檢測，分別選取兩處裂縫進行開挖，裂縫深度分別為0.50m和0.45m。

3.2 數值建模計算

采用MIDAS GTS有限元軟件，通過二維建模方法，進行基坑支護開挖的施工階段模擬[4]。模擬過程中，考慮各支護工序及地下水位變化的影響，計算各個階段的結構應力及變形情況，分析相應工況下基坑開挖對道路的影響。

模型邊界條件按上部自由面，底部約束水平、豎直方向位移，左、右兩個面約束水平方向位移設置。路面則視重車荷載工況要求施加豎向均布荷載。數值模型如圖2所示，計算云圖如圖3所示。

圖2 基坑剖面模型

圖3 基坑剖面變形云圖

在基坑開挖數值模擬中，按照施工工序以及簡化計算模型的需要，將整個模擬計算過程分為三個階段：初始地應力平衡、鉆孔支護、開挖。根據基坑監測平面布置情況，參考基坑頂部水平位移監測點、垂直沉降監測點，其中水平位移監測點最終監測值為137mm，垂直沉降監測點最終監測值為-1.32mm。而在理論計算中，基坑頂部水平變形值為142.9mm，垂直變形值為-6.0mm。計算值與實測值相差不大，認為本模型可以較好的模擬出基坑開挖對周圍地表變形的影響情況，計算結果具備一定的可信度。

可以看出，基坑的開挖引起基坑左側地表的水平位移和垂直沉降，其中水平位移表現為土體向基坑開挖一側變形。地表水平位移隨著與基坑邊線距離的增大而減小，但在機動車道部分變化情況趨于一條平直線；地表垂直沉降則隨著與基坑邊線距離的增大先呈現增大趨勢，后隨之減小。對于機動車道兩側的變形值，最大水平位移為56.0mm，最大垂直沉降為-74.6mm。

4 病害成因分析結果

綜合上述現狀調查情況及數值建模計算結果，并結合道路及周邊基坑開挖時間線和位置等綜合分析排查主要病害產生的原因。重點對縱向裂縫、道路沉陷兩大道路病害，進行病害原因排查。

（1）縱向裂縫

根據數值計算結果可知，基坑開挖引起了道路附近土體向基坑坑內的水平位移和垂直沉降，且在路面重車荷載作用下，會加劇道路的水平和垂直變形效果。較大的水平位移會拉斷道路結構層，從而產生縱向裂縫。結合現場實際檢測結果，道路存在數量較多的與行車方向一致的縱向裂縫。因此，認為基坑開挖引起了道路機動車道的縱向裂縫，重車荷載作用加劇了道路形成了與行車方向一致的縱向裂縫。

（2）道路沉陷

結合現場實際檢測結果，沉陷位置起始于道路與涵洞的銜接部分。但該病害斷面所對應的基坑施工監測數據在監測期間，有沉降變形，但未超出限值，表明基坑開挖會引起基坑周邊土體的垂直沉降，但影響程度較小。受施工工藝影響，可能存在涵洞道路銜接段回填土夯實較差，從而在重車荷載作用下產生了附加沉降。因此，認為道路沉陷是由于道路涵洞銜接段的施工工藝缺陷[5]，導致回填土夯實度較差，從而在重車荷載作用下產生沉降變形。此外，基坑開挖也對道路沉陷有一定的影響。

5 總結

由于道路工程的特殊性，其病害產生的原因往往錯綜復雜。對于軟土地區的運營期道路，除了一般性病害，更易受下臥土層狀態的影響而產生病害。因此在進行軟土地區道路病害的成因分析時，應著重從周圍環境對土地的擾動性入手，結合檢測技術和數值建模理論，對病害產生原因科學分析論證。