市政道路開裂和沉陷的原因與防治研究

張 強

（甘肅建投隧道工程有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

蘭州新區市政道路在使用時間不長（往往是1～2年）的情況下，出現了各種形式的開裂和沉陷。通過調查可知，蘭州新區目前實際交通量普遍遠低于設計，不可能在短時間內對道路造成大的破壞。因此，道路開裂和沉陷的主要原因，可能還是與道路本身的質量有關。實際施工過程中，施工技術人員的素質、管理水平和施工技術未能滿足要求，施工場地的限制，施工企業對地質條件的復雜性認識不足以及其他外在因素的影響，都可能導致市政道路使用后出現開裂和沉陷。一旦市政道路開裂和沉陷，不僅會影響市政道路的面貌，而且還會影響道路運行的安全性。

為了有效地解決蘭州新區市政道路目前存在的開裂和沉陷問題，筆者在實地調查的基礎上分析原因，并針對性地提出了防治措施，僅供參考。

1 蘭州新區市政道路開裂和沉陷的原因

1.1 開裂和沉陷現狀調查

根據對已建成和正在建設的蘭州新區市政道路進行的調查分析，結合正在負責維修的多條道路的開挖情況，統計并分析了出現開裂和沉陷的情況，將不同原因造成的開裂和沉陷進行了歸類，統計結果如圖1所示。

圖1 蘭州新區市政道路開裂和沉陷統計

從圖1中可以看出導致道路開裂和沉陷的原因主要有以下幾個方面：

（1）道路路基自身后期發生沉陷。這種沉陷導致整個道路承波浪形，高低起伏，高差超過20cm。

（2）路基進水造成的道路塌陷。這種沉陷造成的道路沉陷無規則，有大有小，無固定位置，沉陷程度也不相同，雨水和收水井以及檢查井周圍較多。

（3）基層水泥穩定性材料開裂反射到路面造成路面開裂。

（4）瀝青混凝土路面本身開裂。

（5）其他外因造成的道路開裂和沉陷。

1.2 開裂和沉陷的原因

1.2.1 道路路基自身沉陷

在大多數市政道路工程的施工過程中，路基工程量較大，工藝復雜，成本較高。路基施工過程中，導致路基后期自身沉降的原因主要是：

（1）未能正確認識路基工作區，對路基施工的質量僅限于路基。路基工作區是荷載影響區域，本區域要有足夠的剛度和穩定性，才能保證道路路基的穩定性，否則將產生不均勻沉降，從而導致路面發生開裂[1]。

（2）回填質量差。回填過程中，回填土土質較差，塑性較高，雜物較多，回填土含水率不合格以及未嚴格控制回填厚度等都會影響回填的質量。另外，由于現場管理及工期等原因，施工期間未嚴格控制回填壓實度也是造成回填質量差的一個主要原因。回填質量差，道路運行時壓實度不達標的路段就容易產生沉陷。

（3）特殊路基處理不規范。施工過程中，特殊路段如坑、洞穴及搭接處等部位處理不規范，造成后期該區域產生差異沉降，引起道路整體沉陷。比如，在高填方路基中，黃土的濕陷性未完全消除，會導致后期產生不均勻沉降。

（4）調查中發現少數挖方路段也出現道路沉陷及開裂現象。主要原因是挖方路基做不到原土翻夯，路基工作區承載力不足，對地質條件認識不足，特殊地質路段未制定有針對性的地基處理措施，對不符合作為路基的土質未進行更換，導致后期道路在使用過程中，因承受不住荷載而產生沉陷[2]。

1.2.2 道路路基進水引發沉陷

道路路基進水的原因很多。根據研究區實際調查分析，主要進水的原因有兩個：一是三水管網系統滲漏，導致路基進水浸泡，沖刷形成空洞，最后引起塌陷；另一個是綠化帶特別是側分帶，由于防水措施（土工膜為主）不當或損壞造成綠化用水進入路基，造成路基下沉。由于三水管網造成的沉陷更為普遍和嚴重，下面進行主要介紹。

（1）三水管網滲漏最嚴重也是最頻發的部位是管道接口。目前雨水和污水管道主要采用混凝土管。實際施工過程中，由于管材本身預制質量和施工技術水平的原因，導致管道接口的質量通常較差，混凝土管在施工過程中很難做到一次性閉水試驗合格，需要進行后期修補。這些后期修補的位置，在運行過程中容易出現滲漏。修補完成的管道往往排水不暢，經常積水，并造成管道滲水。從管道滲漏出來的雨水或污水會對路基進行浸泡和沖刷，形成空洞，導致路基發生沉陷。

（2）檢查井滲漏。首先是檢查井與管道連接處容易發生滲漏，磚砌井施工中，檢查井與管道連接處砌筑方式不當，導致管道與檢查井連接處不嚴密。其次是檢查井周圍的回填質量未能保證，井體在后期使用過程中會出現一定的變形或者沉降，與道路形成差異沉降，進而造成檢查井與混凝土管道連接處開裂滲漏。最后是施工過程中，常見檢查井井圈安裝不規范。道路運行過程中，車輛碾壓井蓋造成震動，使得檢查井井圈與周圍土體形成縫隙，雨水沿著縫隙進入路基，對路基進行浸泡，久而久之，破壞了路基穩定性，造成道路沉陷。

（3）雨水橫穿管和雨水收水口的施工質量對道路影響非常嚴重。實際施工過程中，大多數雨水橫穿管是在四合土鋪設完成后反開挖進行埋設施工。施工過程中較大噸位的震動壓路機對管口連接有較為明顯的影響。一旦管道與雨水收水口連接處開裂，就會出現滲水現象。后期使用過程中，很容易出現道路開裂和沉陷現象。這也是道路施工的一大難點。

1.2.3 道路基層施工引起的開裂

市政項目施工一般集中在每年的3月至10月這個時間段。在此期間，大部分時間天氣干燥炎熱。基層施工完成后，水分流失很快，所以會形成嚴重的干縮裂縫，延伸至面層后造成路面開裂。另外，施工過程中管理不到位，邊角細部處理不合理，尤其是碾壓不規范，會導致該路段基層松散，后期發生不均勻沉降，并引發路面開裂。

1.2.4 瀝青混凝土路面開裂

調查中發現道路路面裂縫形成的樣式各異。就路面裂縫而言，根據其主要原因可分為兩類，一種是荷載裂縫，一種是非荷載裂縫。荷載裂縫主要是由于路基及基層施工質量不合格導致的，并對此進行了詳細的分析。在半剛性基層瀝青路面設計合理、施工質量良好的條件下，單純由荷載作用引起面層開裂的可能性不大。非荷載裂縫較為常見。蘭州新區溫差較大，所以熱脹冷縮效果較為顯著，容易造成路面疲勞，形成溫度裂縫。隨著路面使用時間的延長，裂縫逐漸擴展，橫向裂縫增多，縫寬也不斷增大，橫向裂縫和縱向裂縫交叉，形成了各種大大小小的獨立板塊。路面雨水沿著縫隙進入基層，其結果是整個道路結構層遭到破壞，在大量行車荷載反復作用下，產生沖刷、唧漿和沉陷等現象，最終導致路面很快產生結構性破壞，使道路結構逐漸喪失承載能力。

2 開裂和沉陷的防治措施

2.1 重視路基施工質量

必須清醒地認識到，在道路工程施工中，路基是最關鍵和最重要的環節，路基施工質量直接影響道路的整體質量。

2.1.1 提高路基工作區的強度和穩定性

作為技術人員，需要對路基工作區有一個清楚的認知。路基工作區是荷載經結構層傳遞，路基分散，最終承受荷載的區域。所以，路基工作區范圍內，必須要有較強的穩定性和強度。強度和穩定性不足則無法滿足道路承載力的要求，嚴重影響道路后期使用。因此，必須保證該區域的施工質量，最大限度的較少該區域的不均勻沉降。對于填方段來說，路基工作區的強度主要是在填筑過程中形成的，填筑材料要經過嚴格篩選，施工中要保證其整體穩定性和強度。挖方路段主要是分析土的特性，明確土層是否符合作為承力層的要求。路基工作區深度簡單計算如下：

路基工作區深度：Zα=(KηP/γ)1/3

式中：Zα——路基區工作深度，m；

P——車輪荷載，kN；

K——系數，一般為0.5；

γ——土的容重，kN/m3；

η——系數，1/10～1/5。

2.1.2 加強特殊路基的處理

施工過程中，尤其要重視特殊路基的處理。諸如沙坑、洞穴、水塘等的處理，特別是高填方路段，需要制定合理的、有針對性的處理措施，保證其回填密實度，最大限度地防止與周圍連接路基產生差異沉降，從而避免出現路面開裂或沉陷。

2.1.3 挖方路基也需重視

挖方路基成型后，要仔細與圖紙對比分析土質，是否與勘查和設計相符。如土質不適合作為路基，需要更換，并在更換過程中確保負載影響范圍。施工過程中，必須嚴格控制壓實度，尤其是路基壓實度，一定要滿足規范要求。

2.2 提升三水管網施工水平

2.2.1 提高管道安裝質量

管道安裝一直是管網施工的重點和難點。管道施工的排列順序，應由深到淺一次施工。當管道高程沖突時，必須遵循“有壓讓無壓，沒水讓有水”的原則，這樣才能盡量減少下穿管線，從而避免了不必要的隱患。在管道安裝過程中，需要嚴格控制施工質量。

首先，需要嚴格復測安裝管道的頂標高，避免出現返坡和高低不平的現象。

其次，管道的安裝過程中要嚴格控制接口質量，保證管道接口合格，密切注意密封膠圈。嚴格控制抹帶質量，抹帶是管道接口防滲漏的第二道防線，抹帶必須嚴格按照規范和方案的要求，不得出現邊漏邊抹的現象。

最后，保證管道基礎的質量。確保管基的澆筑質量，保證在澆筑過程中不擾動安裝完成的管子。對于管道的回填材料，嚴格控制管道底部到管頂部上方500mm 以內的回填土質量及含水率。管道兩側必須留足夠的回填寬度，保證滿足壓實機具的使用。須正確認識每種壓實機具和土質的壓實厚度，嚴格控制回填厚度，保證每層回填壓實度滿足規范要求。回填時管道兩側對稱施工，以防止管道位移。管道頂部50cm 以上可使用重型壓實機具，但是在1.5m 深度范圍內盡可能不使用震動，避免破壞管道接口及管座基礎。

2.2.2 提高檢查井施工質量

在檢查井施工中，檢查井與管道鏈接處是管道處理的難點之一。混凝土檢查井需要做到先安裝管道，再澆筑檢查井混凝土，保證檢查井壁與管道的連接緊密。磚砌檢查井，一定要采用拱卷的方式砌筑，砌筑完成后用防水砂漿填塞縫隙及抹面，保證不滲水。井室回填是管網施工質量控制要點之一，需留夠足夠的施工寬度，保證回填壓實。位于道路上的檢查井，在上部最好設置混凝土圈梁，保證井蓋安裝質量及增強井壁整體性，保證后期使用過程中避免出現不均勻沉降及開裂現象。

2.2.3 提高收支管施工質量

雨水收支管的施工控制是重中之重。施工前，必須認真核對雨水橫穿支管的標高，確定正確的施工順序，盡可能保證在結構層施工前雨水支管埋設完成。要保證管道連接可靠和基礎穩固，保證受到震動不發生位移，后期的回填料盡可能選擇收縮性小和強度較高的材料，在條件允許的情況下最好使用混凝土對管道滿包處理。

2.3 控制好基層施工質量

2.3.1 控制基層材料

水穩定性材料，在良好的養護狀態下15d 后，收縮會基本趨于穩定。施工過程中在保證無側限抗壓強度不降低，壓實度滿足要求以及骨料連續級配不變的情況下，可適當減少5mm 以下顆粒的數量，適量增加20mm以上的顆粒數量。這將大大降低干燥收縮率。

2.3.2 加強養護質量

基層施工的質量控制主要在于材料及后期養護。施工過程中，確保基層擁有良好的養護條件，同時確保足夠的養護時間。養護過程中要根據實際情況不斷改善養護條件，養護條件對水泥穩定性材料非常關鍵。因此，必須保證良好的養護條件，使其在一定的時間內達到足夠的強度，然后進行下一步施工，這樣可以有效地減少反射裂縫。

2.3.3 減少裂縫的產生

基層施工過程中，可以采用防開裂措施和裂縫預防技術來減少路面裂縫出現的概率[3]，比如鋪設土工格柵的方法。

2.4 保證面層的施工質量

瀝青混凝土路面使用過程中，由于面層直接承受車輛的荷載，往往容易產生裂縫，控制好瀝青混凝土面層施工質量尤其關鍵。首先，良好的材料是保證施工質量的前提，施工時要選用良好的瀝青以及其他材料。其次，施工過程中，要合理安排工序，保證施工流暢，盡可能減少冷接縫，避免攤鋪機和其他機械的停留。最后，要控制道路開通時間，避免給路面帶來損害[4]。

2.5 消除可控外因的影響

道路施工完成后，要仔細檢查道路情況，對存在隱患的部位及時處理，防止對道路造成破壞。特別是防止雨水的浸入，及時處理道路各部位存在的裂縫。做好外圍的防水措施，保證道路兩側排水通暢，不積水，不滲水，特別是防止綠化帶的水浸入道路。

3 結束語

終上所述，對蘭州新區市政道路開裂和沉陷的現象進行了統計，分析了造成開裂和沉陷的原因，并從重視路基施工質量、提升三水管網施工水平、控制好基層施工質量、保證面層施工質量和消除可控外因的影響五個方面提出了防治開裂和沉陷的措施。市政道路建設質量不僅影響城市的市容市貌，而且直接影響市民出行的安全。施工過程中，必須對關鍵施工環節進行重點質量控制，提升現場管理人員和施工人員的整體素質，注重培養專業技術人員的責任意識和質量意識。確保規范施工，從而保證市政道路施工質量。