公路路基縱向裂縫發育規律及治理措施研究

0 引言

隨著交通運輸業的迅猛發展，公路路基的穩定性在保障交通安全方面起著越來越重要重要的作用[1]。然而，由于多種復雜的內外因素影響，公路路基縱向裂縫的問題日益凸顯，成為公路工程中的普遍且棘手的問題[2]。

在公路工程領域，路基縱向裂縫的問題一直是研究熱點。郭軍[3]利用模糊神經網絡對高寒地區路基縱向裂縫的危險度進行了綜合評價，以某公路典型路段為例，基于自然環境因素、設計因素、凍土因素等致災因子指標，建立評價模型，并對該路段縱向裂縫的危險度進行評級。付偉等[4對某高速公路路基在通車后不久出現的縱向裂縫進行病因分析。張良翰等[5通過工程地質補充勘察、路基變形監測、裂縫擴展監測，發現路基裂縫主要由下臥高壓縮性軟土層、路基填料性質較差、填筑質量欠佳造成，并提出了相應的治理措施。

上述研究表明，路基縱向裂縫的成因復雜，常規的養護方法治標不治本，因此需要更深入的研究來找到有效的解決方案。本文通過對現有公路路基裂縫案例的收集和分析，總結裂縫發育的一般規律和特點。文中探討了不同環境條件下因素對路基裂縫發育的影響，旨在通過對公路路基縱向裂縫問題的系統研究，有效控制和預防路基裂縫的產生。

1公路路基病害概況

根據某公路10年內裂縫類型統計情況，2013一2022年間，該公路路基病害的總數呈現出波動上升的趨勢，但幅度有所減小。其中，縱向裂縫的增長最為明顯，從2013年的14個增加到2022年的36個，占主要病害總和的 72% 。這說明某公路路基在這一時期受到了溫度、水分、荷載等因素的嚴重影響，導致路基結構的破壞和變形，尤其是縱向裂縫的形成和發展。某公路10年內裂縫類型統計情況如圖1所示。

2試驗路段概況

該試驗路段位于一片緩坡地形中，周圍地勢起伏較大，但局部存在季節性積水。該地區降雨主要集中在夏季，年均降雨量約為 650mm 。土質以黏土和細砂為主，局部地區有礫石層出露。氣溫變化符合季節性波動，夏季平均氣溫約為 10^°C ，冬季則降至 -15^°C 左右。坡度方面，整體坡度較緩，平均坡度不超過 5^° ，有利于水分的排泄和地表水的流動。該試驗路段的水文地質條件具有一定的復雜性，尤其是在降雨集中的季節，路基裂縫的發育受到多種因素的影響，包括土質的飽和度、地表水的流動以及氣溫的變化等。

3路基內部溫度和水分監測方案

在道路工程中，為了全面監測路基內部的溫度和水分狀況，裂縫傳感器的布置采用精細化策略。傳感器沿路基的縱向和橫向分布，形成一個覆蓋整個路基的監測網絡。

在垂直方向上，傳感器以0.5m的間距沿路基深度均勻布置，從路面下方0.5m開始，直至4.5m的路基填土底部。在水平方向上，傳感器以1m的間距沿路基寬度均勻布置，覆蓋路基頂面寬度的一半，即5m范圍。共布置溫度傳感器75只和水分傳感器75只，分布在9個不同的層級，以確保能夠捕捉到各個深度的溫度和水分變化。

溫度傳感器的測量范圍為 -50～50^°C ，測溫精度達到 0.01^°C 。水分傳感器設計為三叉形平面探頭，長度為5cm，采用能量脈沖原理進行數據測試。經典截面傳感器布置如圖1所示。

4監測數據分析

路基內部溫度場分布特征受季節變化及氣候條件的影響顯著，其時空分布受氣候條件、水文地質及材料特性的綜合影響。因此開展長期原位監測是揭示路基濕度-溫度耦合作用機制的關鍵基礎，可為深入研究溫濕場交互作用對路基縱向裂縫的誘發機理提供數據支撐。

4.1路基土體溫度變化趨勢分析

路基土體溫度隨深度變化如圖3所示。從圖3可以看出，路基土體溫度場在3m深度處呈現明顯的轉折點。在3m深度以上，土體溫度表現出顯著的季節性波動，其變化規律與大氣溫度變化趨勢高度一致，表明該層土體主要受地表熱交換作用的動態影響。而在3m深度以下，土體溫度的季節性變化幅度顯著減小，趨于穩定，其熱力學特性主要受控于地下水溫的長期調控作用。

從圖3還能看出，在5月期間，當大氣溫度在 0^°C 以上時，路基內部的溫度隨著深度的增加而逐漸降低，這表明路基內部的溫度相對于大氣溫度變化，具有一定的滯后效應。

分析認為，路中的溫度梯度變化超過路肩，是因為路面輻射熱量向下傳遞，導致路中的溫度上升速度更快，而路肩由于風力作用加速邊坡蒸發，降溫速度更快。此時，在路肩和路中3m深的土層中，土體已經融化，其中路中的最高溫度可達 14^°C ，路肩的最高溫度約為 7^°C 。

綜上分析可知，在5月份路基土體已經開始凍融循環過程，且路中的凍融活動比路肩更為強烈。到了9月份，路基土體的凍融過程已經結束，且路基土體的溫度分布趨于穩定。

4.2含水率變化趨勢分析

4.2.1不同月份路基含水率變化趨勢

不同深度、不同月份下路基含水率變化曲線如圖4所示。圖4可以看出，2020年5月和2022年9月兩個時期內，路肩和路中的含水率隨深度變化的情況。總體看，無論是路肩還是路中，路基含水率均隨深度增加而增加，且9月份的含水率顯著高于5月份。

5月份期間，當大氣溫度高于 0^°C 時，路基土體深度不足1m處的土體開始融化，含水率較低。而在深度介于1～4m 之間時，土體仍保持凍結狀態，含水率較高。然而隨著深度的變化，土體含水率出現波動，這可能是由于土體的不均勻性或凍融循環的影響所致。

到了9月份，氣溫更高，路基土體處于融化狀態，含水率顯著增加。隨著深度的增加，含水率呈現明顯的上升趨勢，表明該深度處的土體已經完全融化，并受到地下水位的影響。地下水位上升或向上遷移，導致含水率達到最大值。

4.2.2不同深度路基含水率變化趨勢分析

從圖4a可以觀察到不同深度下路肩的含水率變化情況。在路基深度3m以內，9月的含水率明顯高于5月的含水率。這一現象可能是由于路肩下的土壤受氣溫影響較大，凍土融化速度較快，從而導致路肩含水率較高。

圖4b展示了不同深度下路中的含水率變化。當深度大于3m時，9月份路中的含水率明顯高于5月份，這可能是由于溫度梯度使路肩的水分向路中遷移，從而導致路中含水率達到最大值。對比分析發現，在5月份，路基土壤開始融化，路肩下的土壤受氣溫影響較大，因此路肩的含水率高于路中的含水率。

從圖4b還可以看出，路中的水分含量在0.5＼～2.5m的深度范圍內較低，而在2.5m以下的深度范圍內較高。這可能是由于大氣降雨或路側積水入滲路中帶來的水分，造成路中的水分分布不均勻。路中的水分含量在0.5＼～3.5m的深度范圍內較高，而在3.5m以下的深度范圍內較低，這可能是由于路面的太陽輻射能量向下傳遞，使路中的水分蒸發，造成路中的水分分布不均勻。

在各個時間點的數據中，路中的水分含量總體高于路肩的水分含量，說明路中的水分場變化特性與路肩的水分場變化特性有明顯的差異，可能會影響路基的穩定性和耐久性。

5處置措施

縱向裂縫作為公路工程的典型病害，其形成機理與防治技術對保障道路結構完整性及服役壽命具有重要工程意義。基于現有研究成果和工程實踐，為預防裂縫的產生，建議在路基設計階段充分考慮凍土地區的特殊地質和氣候條件。設計時應選擇適宜的路基材料，優化路基結構，以減少因溫度變化引起的熱應力。但對于已經出現裂縫的路基，可以采用如下措施進行治理：

5.1 排水措施

構建橫向盲溝與縱向排水層相結合的立體排水網絡，降低地下水位，加速滲透水排出。同時，采用滲透系數大于 5×10^-3cm/s 的級配碎石作為排水層材料，并確保縱坡坡度不小于 2% ，從而保障排水系統的高效水力傳導效率。

5.2 隔熱措施

為有效緩解季節性凍融作用對路基結構的損害，可在路基結構中增設隔熱層以調控其溫度場分布。研究表明，采用導熱系數低于 0.03w/（m?K） 的擠塑聚苯乙烯（XPS）保溫板作為隔熱材料，鋪設于路基頂面以下 0.8～1.2m 深度處，可顯著減小外界氣溫波動對路基的熱擾動。

5.3 加固措施

對裂縫進行填補和封閉，使用合成材料對路基進行加固，有助于提高其穩定性。使用熱棒、片塊石、保溫板、通風管加片塊石等材料，對預防凍土地區路基縱向裂縫的發育效果較好。這些技術能夠有效控制路基溫度，減少凍融循環的影響，從而降低裂縫發展的風險。

6結論

本文基于實地調查某公路的多年縱向裂縫變形的變化特點，對路基不同位置的溫度和含水率進行檢測，深入探究裂縫發展與溫度和含水率的關系。研究結論如下：1）路面的太陽輻射能量向下傳遞，使路中的溫度高于路肩的溫度；同時，風速的增加會加速路肩的蒸發散熱，使路肩的溫度低于路中的溫度。2）路肩的排水性能較好，水分不易積聚在路基內部，且受季節和氣候的影響較小。路中的排水性能較差，水分容易積聚在路基內部，且受季節和氣候的影響較大。3）當深度超過3m時，路中的含水率超過路肩的含水率。這些變化對水分運移參數產生影響，使路基土體在不同土層內發生不均勻遷移，促使裂縫的產生。

參考文獻

[1]付建軍，陳成，梁均，等.沿江堤路新老路基裂縫擴展微觀機理[J].湖南科技大學學報（自然科學版），2022，37（3）：44-50

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[3]劉本仕.某鐵路兩類路基次生病害分布特征及影響因素[J].工程技術研究，2021，6（6）：14-16.

[4]郭軍.公路工程路基施工的質量控制技術分析[J].人民交通，2019（11）：71-72.

[5]張良翰，吳榮琴.云南某高速公路路基病害特征及成因分析[J].價值工程，2019，38（22）：184-186.