软土地区运营期道路病害主要成因分析研究

高 聪 黄 玲

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广东 广州 510500

1 引言

软弱土层具有含水量高、强度低、压缩性高的特点[1][2]，修建于软土地区的道路，由于下卧土体的特殊性，较易诱发道路病害的产生[3]。在道路工程建设项目中，基于软土地区的工程特性，应考虑选取合适的地基处理方式，通过地基处理改善下卧软弱土层的土体性质，降低对后续工程建设的不良影响。但岩土本身就处于复杂应力场中，外部荷载的变化亦会对土体造成扰动，当扰动程度较大时，就会破坏原土体固结状态，引发土体进行二次固结，从而导致道路病害的产生。

2 工程概况

建于软土地区的某城市道路在投入运营后，陆续发现管廊带区域填土、非机动车道平缘石和机动车道路面均出现多处开裂、沉降等病害，如图1所示。经现场调查可知，道路两侧分布在建基坑项目，道路在完成移交后，一直作为周边基坑项目的施工便道使用，长期通行施工重型车辆。

图1 现场照片

3 病害成因分析过程

3.1 现场调查情况

基于道路病害情况，进行了路面破损缺陷调查、道路雷达无损检测、裂缝深度检测，共三项现场检测工作。

（1）路面破损缺陷调查

根据《城镇道路养护技术规范》（CJJ36-2016），对道路路面破损状况进行调查，包括机动车道、非机动车道和人行道。主要检测内容为对路面的外观状况进行调查，对出现的缺损及病害进行检测，记录病害的类型、部位、范围、数量以及严重程度并拍摄相片，并根据检测结果进行道路综合情况评价。

其中道路沥青混凝土路面状况指数PCI值为81.16，路面状况评定等级为“B”，路面损坏主要表现为开裂和沉陷；人行道路面状况指数FCI值为54.65，路面状况评定等级为“C”，路面损坏主要表现为松散或变形。

（2）道路雷达无损检测

选用中心频率为400MHz的雷达天线对道路缺陷进行探测，每个车道布置1～2条测线。

根据道路检测区间的纵向测线检测结果显示，道路内部缺陷主要存在于机动车道处，特别是右侧机动车道，最大脱空缺陷长度可达23m，最大缺陷估算深度可达1.1m。

（3）裂缝深度检测

采用挖机开挖道路对道路裂缝深度进行抽样检测，分别选取两处裂缝进行开挖，裂缝深度分别为0.50m和0.45m。

3.2 数值建模计算

采用MIDAS GTS有限元软件，通过二维建模方法，进行基坑支护开挖的施工阶段模拟[4]。模拟过程中，考虑各支护工序及地下水位变化的影响，计算各个阶段的结构应力及变形情况，分析相应工况下基坑开挖对道路的影响。

模型边界条件按上部自由面，底部约束水平、竖直方向位移，左、右两个面约束水平方向位移设置。路面则视重车荷载工况要求施加竖向均布荷载。数值模型如图2所示，计算云图如图3所示。

图2 基坑剖面模型

图3 基坑剖面变形云图

在基坑开挖数值模拟中，按照施工工序以及简化计算模型的需要，将整个模拟计算过程分为三个阶段：初始地应力平衡、钻孔支护、开挖。根据基坑监测平面布置情况，参考基坑顶部水平位移监测点、垂直沉降监测点，其中水平位移监测点最终监测值为137mm，垂直沉降监测点最终监测值为-1.32mm。而在理论计算中，基坑顶部水平变形值为142.9mm，垂直变形值为-6.0mm。计算值与实测值相差不大，认为本模型可以较好的模拟出基坑开挖对周围地表变形的影响情况，计算结果具备一定的可信度。

可以看出，基坑的开挖引起基坑左侧地表的水平位移和垂直沉降，其中水平位移表现为土体向基坑开挖一侧变形。地表水平位移随着与基坑边线距离的增大而减小，但在机动车道部分变化情况趋于一条平直线；地表垂直沉降则随着与基坑边线距离的增大先呈现增大趋势，后随之减小。对于机动车道两侧的变形值，最大水平位移为56.0mm，最大垂直沉降为-74.6mm。

4 病害成因分析结果

综合上述现状调查情况及数值建模计算结果，并结合道路及周边基坑开挖时间线和位置等综合分析排查主要病害产生的原因。重点对纵向裂缝、道路沉陷两大道路病害，进行病害原因排查。

（1）纵向裂缝

根据数值计算结果可知，基坑开挖引起了道路附近土体向基坑坑内的水平位移和垂直沉降，且在路面重车荷载作用下，会加剧道路的水平和垂直变形效果。较大的水平位移会拉断道路结构层，从而产生纵向裂缝。结合现场实际检测结果，道路存在数量较多的与行车方向一致的纵向裂缝。因此，认为基坑开挖引起了道路机动车道的纵向裂缝，重车荷载作用加剧了道路形成了与行车方向一致的纵向裂缝。

（2）道路沉陷

结合现场实际检测结果，沉陷位置起始于道路与涵洞的衔接部分。但该病害断面所对应的基坑施工监测数据在监测期间，有沉降变形，但未超出限值，表明基坑开挖会引起基坑周边土体的垂直沉降，但影响程度较小。受施工工艺影响，可能存在涵洞道路衔接段回填土夯实较差，从而在重车荷载作用下产生了附加沉降。因此，认为道路沉陷是由于道路涵洞衔接段的施工工艺缺陷[5]，导致回填土夯实度较差，从而在重车荷载作用下产生沉降变形。此外，基坑开挖也对道路沉陷有一定的影响。

5 总结

由于道路工程的特殊性，其病害产生的原因往往错综复杂。对于软土地区的运营期道路，除了一般性病害，更易受下卧土层状态的影响而产生病害。因此在进行软土地区道路病害的成因分析时，应着重从周围环境对土地的扰动性入手，结合检测技术和数值建模理论，对病害产生原因科学分析论证。