场地环境改变对城市道路工后沉降的影响

周志军，王敏容

场地环境改变对城市道路工后沉降的影响

周志军，王敏容

（五邑大学 土木建筑学院，广东 江门 529020）

工后沉降常常引起路面起伏变形，降低道路的寿命，过大的工后沉降甚至造成路面破坏、行车危险、道路维护费用高等问题，是城市道路的主要危害. 为研究场地环境改变对城市道路工后沉降的影响，论文从工后沉降的组成、产生原因、影响因素进行了详细分析，并据此提出防治工后沉降的措施.

城市道路；工后沉降；交通荷载；建筑荷载

现阶段，我国正处于经济快速发展、新型城镇化稳步推进的过程，城市的道路建设是必然的要求. 然而，城市道路的沉降问题同样很突出，特别是工后沉降，常常对城市道路的质量、行车安全、交通运输运营、城市形象等带来很大危害[1-3].

引起工后沉降的原因很多，而道路场地环境改变所引起的工后沉降常被忽视，事实上，城市发展过程中，市政道路原有场地环境改变很大，如：道路交通量越来越大、车辆轴载越来越重，引起土体附加动效应；道路两边的建筑物，特别是高层建筑大量建设带来道路场地环境的改变；电力、天然气、给排水管道等地下管线越来越多，带来了土体扰动影响；通水管道渗漏，引起土体含水率、抗剪强度的变化. 以上4点不仅可导致工后沉降增大，而且容易造成路面不均匀沉降，危害更严重. 因此，场地环境改变产生的工后沉降不容忽视，需要深入研究. 本文拟对城市发展造成道路原有场地环境改变所引起的工后沉降进行研究，分析其影响因素，并在此基础上提出相应的防治措施，为解决城市道路工后沉降问题提供技术参考.

1 工后沉降概述

学者从不同角度对工后沉降的概念做了论述：赵维炳等[1]认为工后沉降指建筑物竣工至大修或报废止一段时间内发生的沉降，按其产生的原因可划分为加固体工后主固结压缩量、下卧层工后主固结压缩量和加固体与下卧层工后次固结压缩量三部分；汤连生等[2]认为公路软基工后变形主要受路堤静荷载和行车动荷载的控制，软基工后沉降应该包括软土地基未完成的主固结变形、次固结变形、动固结变形等6个组成分量；刘吉福[4]强调工后沉降不同于剩余沉降，二者在沉降计算时间上有差异.

对于道路工程而言，笔者认为，工后沉降量应是地基、路基两部分的沉降之和，即路面所发生的沉降量；工后沉降计算时间为从工程交工验收至工程报废期间的某一个时间段；工后沉降的组成主要包括：地基的主固结沉降（施工期未完成的）、次固结沉降，路基的变形、沉陷，以及地基、路基在应力场、地下水等场地环境改变下产生的沉降.

2 工后沉降的影响因素

2.1 交通荷载

交通荷载产生的附加动效应是引起道路工后沉降的主要因素. 张仪萍等[5]通过研究桥头粉喷桩复合地基工后沉降发现，交通荷载是引起地基工后沉降的主要因素；杨斐等[6]分析机场跑道6年多的沉降观测数据发现，交通荷载作用下5年间地基工后沉降占工后总沉降量的比例达31%，且预测今后这一比例最终将超过50%.

交通荷载的传递深度与车辆轴载密切相关. 仇敏玉[7]研究发现，轴载100 kN和300 kN作用下，其最大动应变传递深度从6.6 m增加到15 m. 重载、超载对场地应力、应变场影响显著.

交通荷载是循环反复荷载，A. S. Muhanna[8]曾进行过土的三轴循环加载试验，结果表明：加载次数越多、应力越大，土的累计塑性变形就越大.

现阶段，城市发展中交通荷载呈现出以下特点：1）重载交通增多，超载现象频繁，道路所受轴载越来越大；2）汽车数量快速增加，交通荷载作用时间越来越长，轴载次数越来越多. 因此，交通荷载已逐渐成为市政道路工后沉降的主要影响因素.

2.2 周边建筑物

城市道路是城市区域发展的先行者，随着道路的完善，道路两旁的商业区、住宅、工业厂房等也会逐渐发展起来，其中高楼大厦的修建对道路工后沉降的影响主要有3方面：

1）周边建筑物基坑开挖改变了基坑周围土体的应力场. 当基坑支档结构强度不够时，基坑周围土体就会向基坑内部滑移，导致道路产生工后差异沉降. 赵延林等[9]在分析某锚杆支护深基坑的周边地表沉降时发现：基坑周边地表的沉降量和沉降范围随锚杆层数的增加而减小，基坑开挖对周边地表的影响范围基本在开挖深度的1.5倍之内. 此外，软土地区基坑开挖时，基底土体与基坑周围土体之间将形成巨大的压力差，由于抗剪强度低、流动性大，软土有绕过支档结构而发生基坑隆起的可能，甚至导致基坑周围土体随之发生塌陷. 黄茂松等[10]的研究验证了这种可能性，并专门分析了K0固结黏土基坑的隆起稳定性问题.

2）因基坑开挖而使地下水位降低时，地基土原来所受的水浮力消失，土体容重由浮容重变为饱和容重，这使得地基土自重应力增大进而发生压缩变形. 如果基坑降水而又未采取回灌措施，则基坑降水范围内的建筑物、地面等会发生倾斜变形和不均匀沉降.

3）周边建筑荷载改变了道路原有的应力场. 如果把地表以下土体看成半无限空间体，道路周边建筑荷载作用会引起道路产生附加沉降. 因此，当建筑基础为条形、筏板等浅基础时，建筑荷载越大、与道路距离越近，道路产生的附加沉降就越大；但深基础因荷载传递深度大而沉降较小.

2.3 过路管线施工

城市建设中，常需要经过道路埋设各种管线，如给水管道、天然气管道、电信管线等，其基本工序是：破除路面、挖沟铺管、回填土、路面恢复. 这使得原来完好的道路被局部破坏，产生了很多的“马路拉链”. 过路管线施工造成的路面局部沉降，直接原因是回填土的密实度不够、质量不合格.

为一种新的地下管道施工技术，顶管施工作将作业面移至地下，可减少对路面的破损影响. 但魏纲等[11]研究表明，顶管施工仍不可避免地会引起地面变形，且变形程度由土体损失、土体扰动程度、顶管施工的速度等几个因素决定.

2.4 管道漏水

城市道路下的管道较多，其中部分是过水管道，有些还承受较大的压力，如自来水管、污水管、雨水管等. 这些管道可能会锈蚀、破损或渗漏，一旦管道内的水渗漏到路基，将会导致路基产生沉降，甚至失稳，主要原因是：

1）管道渗水出来，路基土体吸水、浸泡、饱和后，抗剪强度降低，当土体不能有效承担上部汽车和覆土的荷载时就会发生剪切破坏，导致路面发生沉降变形.

2）管道渗水引起的地下水渗流会带走路基中的细小土颗粒，从而在路基内部形成细小渗透通道，在交通荷载作用下，路面就会发生局部沉降. 如果土颗粒流失过多而形成了空洞，就会造成路面塌陷.

3）当管道严重漏水时，漏水区形成了高的正水压力，地下水在高水力梯度下渗流速度加快，因正水压力、渗透压力和土体抗剪强度降低等的共同作用，将导致路基土体失稳. 在基坑工程、边坡工程中类似的案例尤多[12,13].

3 工后沉降的防治措施

笔者根据现实情况和自身经验对城市道路工后沉降提出以下几点防治措施：

1）为控制交通荷载产生的工后沉降，应严格控制道路的超载车辆，提高路基压实度、增大基层强度、加固地基，以有效扩散交通荷载的附加应力，减少道路工后沉降量，防止路面破损.

2）周边建筑采用浅基础且未到基岩的，要评估建筑荷载对道路影响的大小和范围；基坑开挖要采取有效支护措施，严格监控基坑侧壁的侧向位移和周围土体的沉降，超过要求的要暂停施工进行整改；地下水位较高的地区，应采用止水帷幕、回灌等措施，防止地下水位变化过大.

3）过路管线的施工要严格审批，不准随意开挖路面埋设管线，同时要做好道路的前期规划. 通过预埋过路混凝土或钢塑圆管等措施，把各类管线集中于圆管通过，既避免后期开挖路面，又有利于集中管理，防止管道破裂渗漏带来的危害.

4）路基施工要严格规范，填料的选择、含水量的控制、压实机械、压实遍数等都要严格把关、严格检查，路基密实度是最重要的控制指标，必须层层检验，高填方路基可用冲击式压路机来提高密实度.

4 结语

工后沉降对城市道路的危害很大，必须进行有效的防治. 本文通过对交通荷载、周围建筑、管道施工等影响因素的分析，指出城市道路场地环境的改变是引起工后沉降产生的重要原因，抓住了问题的主要矛盾，工后沉降的防治措施为城市道路建设和养护部门的规划和后期维护提供了参考.

[1] 赵维炳，刘国楠，李荣强. 控制工后变形新一代软基处理技术的发展[J]. 土木工程学报，2004, 37(6): 78-81.

[2] 汤连生，张庆华，廖化荣. 公路软基工后沉降研究进展[J].岩石力学与工程学报，2006, 25（增2）: 3449-3455.

[3] 韩尚宇，项昀，李红. 软基路段工后沉降量影响因素相对重要度分析[J]. 路基工程，2011(6): 37-40, 44.

[4] 刘吉福，莫海鸿，魏金霞. 对工后沉降法确定卸载时机的研究[J]. 岩石力学与工程学报，2006，25（增2）: 3518-3522.

[5] 张仪萍，俞亚南，周宏伟. 桥头粉喷桩复合地基工后沉降原因分析[J]. 岩土力学，2006, 27(7): 1171-1175.

[6] 杨斐，杨宇亮. 交通荷载对场道地基工后沉降的影响分析[J]. 地下空间与工程学报，2007, 3(7): 1338-1341.

[7] 仇敏玉. 交通荷载对道路工后沉降影响的研究[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[8] MUHANNA A S. A testing procedure and a model for resilient modulus and accumulated plastic strain of cohesive subgrade soils [D]. Raleigh，North Carolina: North Carolina State University, 1994.

[9] 赵延林，张春玉，姜封国，等. 深基坑开挖对周边地表沉降变形的影响[J]. 黑龙江科技学院学报，2009, 19(2): 97-100.

[10] 黄茂松，余生兵，秦会来. 基于上限法的K0固结黏土基坑抗隆起稳定分析[J]. 土木工程学报，2011, 44(3): 101-108.

[11] 魏纲，吴华君，陈春来. 顶管施工中土体损失引起的沉降预测[J]. 岩土力学，2007, 28(2): 359-363.

[12] 孙静，张华. 地下管道漏水引发基坑失稳机理探讨[J].三峡大学学报：自然科学版，2007, 29(6): 505-509.

[13] 刘朋飞，李滨，高扬. 管道漏水引起黄土滑坡失稳机理研究[J]. 南水北调与水利科技，2013, 11(2): 49-51.

[责任编辑：熊玉涛]

An Analysis of the Effect of Site Environmental Changes on Urban Road Residual Settlement

ZHOUZhi-jun, WANGMin-rong

(School of Civil Engineering and Architecture, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

Residual settlement, a major harm to urban roads, often causes deformation and unevenness to road surface and therefore reduces the lifespan of roads. Worse still, excessive residual settlement even results in destruction of road surface, danger to driving, high road maintenance costs, etc. The constitution, causes and crucial influencing factors of residual settlement are analyzed in detail and corresponding measures for preventing such settlement are advanced.

urban roads; residual settlement; traffic loads; building loads

1006-7302（2014）04-0033-04

U416.16

B

2014-09-15

广东高校优秀青年创新人才培养计划资助项目（2012LYM_0128）；江门市科技计划资助项目（江财工[2012]156号）

周志军（1979—），男，湖北通山人，讲师，博士，主要研究方向为软土地基处理.