基于工程实例的沿海深厚软土区半刚性基层裂缝分析

于仁杰

[摘要]沿海深厚软土区道路半刚性基层在施工期产生了间距比较接近的横向裂缝，本文从设计角度对半刚性基层裂缝产生的原因进行分析，是由于地块管桩施工的挤土效应引起路基变形，导致半刚性基层出现横向裂缝。同时根据常用的裂缝处治方法，分析介绍了采用的裂缝处治对策与预防措施，实际应用效果良好。

[关键词]半刚性基层；裂缝处治；深厚软土；挤土效应

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0091 - 02

在台州沿海某围垦区内，一条车行道宽16m的城市道路在施工期间半刚性基层产生间距比较接近的横向裂缝，产生裂缝的路段约为道路总长的五分之三。

1 路面结构及裂缝概况

道路面层设计为沥青混凝土，基层和底基层均为水泥稳定碎石，水泥含量分别为5%和3%，厚度均为20cm，路基为石渣填筑，厚度不小于1.2m。路基在经浅层真空预压处理的吹填土上填筑，吹填土下是深厚的淤泥及淤泥质粘土，厚度35m左右。产生横向裂缝的路段长约450m，裂缝间距约20～30m，宽约0.5～1.5cm，横向贯穿整个半刚性基层。裂缝产生时半刚性基层已完工、准备摊铺沥青面层，当时周边地块正在进行预应力管桩施工。

2 裂缝产生原因分析

通常半刚性基层裂缝产生的原因主要有结构设计不合理、汽车荷载作用[1]、路基变形、材料干缩和温缩。

（1）結构设计不合理。路面结构层之间模量相差太大、路基回弹模量太小、半刚性基层厚度不合理等因素导致路面结构计算不合格。采用不合理的路面结构，在外力作用下半刚性基层极易产生裂缝。

（2）汽车荷载作用。在汽车荷载作用下，尤其是超载，半刚性基层底部产生拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，半刚性基层底部便会发生开裂现象，且在行车荷载的反复作用下，底部产生的裂缝会逐渐扩展到上部，形成贯通整层的裂缝。

（3）路基变形。路基下陷，基层底支撑力减小，在行车荷载作用下，会快速形成裂缝。路基上拱，在向上的路基应力作用下，半刚性基层上部产生拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，半刚性基层上部便会发生开裂现象，并不断向下部发展，形成贯通缝。

（4）材料干缩和温缩。干缩主要表现在施工阶段，半刚性基层施工时含水量偏小，洒水养护不及时，造成后期强度形成时失水收缩而产生干缩裂缝。温缩则主要表现在外界温度变化，基层结构受热胀冷缩的作用而开裂，形成温缩裂缝。

综上，从设计角度考虑，首先路面结构计算符合规范要求，设计本身没有问题，其次考虑到道路正处于施工阶段，且同样材料、施工工艺、养护工艺的条件下，只有3/5的路段产生横向裂缝，同时裂缝产生路段与地块管桩施工区域相对应，产生时间为管桩施工后，并且随着管桩的施工推进，裂缝也在逐渐扩大。因此，本例中半刚性基层横向裂缝是由地块管桩施工引起路基变形造成的。地块管桩采用静压法施工，为挤土桩。管桩在沉桩过程中，相当于桩体积的土体向四周排挤，使周围的土受到严重的扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，桩周土体接近于“非压缩性”，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。由于群桩施工中的迭加作用，土体位移会更明显。本例场地的淤泥厚约27m，淤泥质粘土厚约8m，是典型的沿海软土。软土的天然含水量高、压缩性高、承载力低，且具有触变性、流变性、渗透系数小、抗剪强度低的特性，这决定了管桩挤土效应相对其他土质影响更大。随着管桩的施工，土体向道路方向位移，导致路基变形，最终使半刚性基层产生间距比较接近的横向裂缝。

3 常用裂缝处治方法

目前半刚性基层常用的裂缝处治方法可分为开挖处治和非开挖处治，非开挖处治又可分为常规处治和裂缝全深度处治。

（1）开挖处治。开挖处治是对发生裂缝的半刚性基层全部或部分挖出，重新摊铺基层，以恢复半刚性基层的整体结构强度，一般会辅助使用土工合成材料，加强整体结构性。对于已建成通车的道路，开挖处治半刚性基层裂缝需要先开挖面层，然后才能挖除基层，这会造成较大的浪费，造价高且影响交通。而对于尚未摊铺面层的在建道路，开挖修复是一种简单有效的方法，且造价相对较低。

（2）非开挖处治之常规处治。常规处治一般采用传统的灌缝、封缝或抗裂贴处理裂缝。常规处治施工简单，造价低，但采用常规处治技术只能解决临时封水问题，无法杜绝从分隔带或路肩向裂缝渗水，因而不能从根本上治愈裂缝。因为裂缝不能被有效填满，解决不了半刚性基层因裂缝产生的结构性破坏问题，所以也无法解决加铺新面层后快速产生反射裂缝问题。

（3）非开挖处治之裂缝全深度处治。裂缝全深度处治是通过裂缝专用检测设备（如探地雷达）对裂缝的宽度及深度等参数进行检测分析，根据检测结果并通过专用的设备把处治材料从裂缝下部向上对裂缝进行填充，使处治材料充分填充道路裂缝的整个缝隙。采用裂缝全深度处治技术，能将半刚性基层、沥青面层的裂缝病害从底基层、基层到沥青面层一并解决，从而将断开的路面裂缝有效连接为一个整体，对基层和面层的裂缝进行结构性的修复。裂缝全深度处治材料一般采用高分子材料，主要有聚氨酯和改性环氧树脂。这类材料固化快、强度能与基层面层接近，且与基层面层粘结良好。由于高分子材料成本高，且该技术需要专用设备检测及填缝，其造价相对较高。

4 采用的裂缝处治对策与预防措施

4.1 采用的裂缝处治对策

本例中发生裂缝的道路尚未摊铺面层，作为工程设计，综合考虑了半刚性基层整体结构恢复、施工难易程度、处治效果、造价等因素，最终采用局部开挖处治裂缝，具体设计方案如下。

（1）挖除裂缝两侧各Im的基层、两侧各0.75m的底基层。

（2）对路基进行夯实整平后铺一层钢塑土工格栅，然后摊铺底基层，在底基层上再铺一层钢塑土工格栅，最后摊铺基层，格栅纵横向抗拉强度不小于80kN/m，断裂延伸率不大于3%。

（3）在摊铺沥青面层前，先在半刚性基层顶满铺一层自粘型玻纤格栅，格栅纵横向抗拉强度不小于50kN/m，极限延伸率不大于3%，网孔尺寸20×20mm。该方案最终造价6万多（不含玻纤格栅）。

4.2 预防措施

由于道路周边地块管桩还要陆续施工，为了避免裂缝问题再次发生，工程设计采取了以下预防措施。

（1）在道路红线外3m处设置一排应力释放孔，孔径500mm，孔深20m，间距1.5m。应力释放孔钻好后应立即放置通长的竹笼，竹笼由竹片扎成，竹笼外包塑料编织袋，底部安放块石以防竹笼上浮。

（2）要求合理安排打桩顺序，打桩须沿着背离道路的方向进行。

（3）要求控制压桩速度和每日打桩数量，减少孔隙水压力的叠加。

5 结语

通过实际应用效果，上述设计方案有效地处治了半刚性基层裂缝，采取的预防措施也有效地避免了新裂缝产生。通过这一工程实例，今后设计单位在设计时必须要全面考虑不同工程施工相互影响问题，提前做出预防措施，确保工程顺利实施，提高工程质量。

参考文献：

[1]王燕.半刚性基层裂缝的产生及其防治的主要措施[J].北方交通，2009，（ 05）：67 - 69.