路基扩建工程裂缝机理分析及裂缝控制研究

岳秀梅

摘要：本文针对路基改扩建工程，对拓宽路基土裂缝产生种类与原因进行了分析，通过对多条公路路基干裂调查，同时研究分析旧路拓宽结合部力学性状，并提出相应的裂缝控制措施，进而在一定程度上为路基改扩建工程设计人员提供借鉴。

关键词：裂缝机理 裂缝控制 力学性状

1 概述

公路改扩建工程中，对于旧路基加宽改造工程，由于新旧路基密实度不一致经常出现不均匀沉降问题，特别在新旧路基结合部位容易产生横向裂缝，严重情况下沿着滑动面出现滑坡，在加宽改造中新老路基不能有效衔接。以前设计路基多采用泥灰结碎石基层，在使用过程中出现较多病害造成原路基强度不足，承载力不均匀现象，路基改建工程对部分路基进行挖除或者在原有路基基礎上新填筑形成路基，如果处理不当造成反射裂缝的发生。

2 拓宽路基土裂缝产生种类与原因

对于道路改扩建工程来说，其病害主要包括表面裂缝，块状裂缝和网状裂缝等。通常情况下，产生裂缝原因，主要包括：边坡失稳裂缝、路基土裂隙，以及新老路基结合面裂缝。

2.1 边坡失稳裂缝

边坡失稳裂缝主要出现在高填方路段，由于雨水渗入路基而引起路基强度下降或沿着滑动面滑动，新老路基抗剪强度不足引起或新老路基结合处存在软弱下卧层，产生边坡失稳裂缝不利因素较多，如新老路基结合处理不当，沿结合面发生路基失稳；山区高填方或半填半挖：降低路基抗剪强度等。

2.2 路基土裂缝

对于路基土裂缝来说，通常情况下，与膨胀土，红粘土或高液限土等路基土性质有关，由于这些路基土遇水膨胀，失水干缩等，导致在干缩时出现干缩裂隙。在调查过程中，发现有的裂缝宽度达到4cm，多数情况下裂缝宽度超过1cm。路基整体性能因裂缝的存在而大大降低，同时进一步降低了抗剪指标，透过裂缝，雨水容易渗入路基，进而破坏路面。对于路基土来说，在地表水、地下水的冲刷、潜蚀、液化等作用下，矿物成份被溶解，随水流失进一步形成裂隙；在施工填筑过程中，由于含水量比较大， 水份长时间散发较多，进而出现裂缝。

2.3 新老路基结合面裂缝

新老路基结合面裂缝与新老路基结合面走向有关，随着时间推移出现扩大趋势。产生的主要原因是台阶开挖宽度或高度不合理；结合部位两边新旧路基沉降速率不一样，沉降量不同导致结合部位存在应力突变现象，弯拉应力大于结合面材料自身抗拉强度形成错台；新老路基填料性质差异、密实度和受力状态差异体现土基回弹模量差异，在结合部位产生临界面，为道路开裂留下隐患。

3 路基干裂调查及量测方法

裂缝走向和倾角表征裂缝在水平和竖直方向排列方向。裂缝宽度表征裂缝大小，调查取裂缝宽度最大值；裂缝深度指裂缝开展深度。在地表裂缝宽度最大，随着深度的不断增加，裂缝宽度出现减小的趋势。通常情况下，裂缝越深，对应的裂缝宽度越大，进而对土体力学性质的影响越严重。

通过对现场进行观察和测量，在使用素土进行填筑时，填筑土经太阳持续暴晒一星期，通常会出现收缩龟裂现象，其裂缝宽度一般在2-5mm，平均每块的裂缝面积大约1m2，深度在10-20cm之间；通过改良土填筑路基，其裂缝宽度通常在1-3mm，裂缝包围面积每块平均大约0.3m2左右，深度在5-10cm之间，k10+400-560段经铺设改良土地段裂缝总长有所增加，从每250m出现面积300m2增加至每305m出现300m2，裂缝宽度及深度控制在3cm。

4 研究对象分析

新老路基结合面形成裂缝为改扩建工程主要病害之一，从理论和实际工程研究新老路结合裂缝具有重要意义。

采用地基弹性理论，考虑应力影响沉降计算方法进行定性分析，由于路基施工进度不同，新建路基固结下沉未达到工后沉降要求；工后新老路基由于不同沉降量而出现差异沉降造成路基失稳。

旧路加宽主要解决加宽后新旧路基出现不均匀沉降，在进行路基加宽结构设计过程中，准确、科学合理的分析路基沉降和路基稳定性非常重要。准确掌握加宽路基部分最终沉降量及固结度，然后验算剩余沉降量是否满足工后沉降要求。为提高路基整体稳定性，路基设计中通常采取一系列措施增大新修路基强度，提高土基抗剪切能力，延长道路改扩建后使用年限。当新旧路基结合部处于新加宽路幅行车道时，在车辆荷载作用下土层浸水潮湿很容易产生变形，加速路基横向不均匀沉降的发生，同时导致路面行车道产生纵向裂缝。

5 旧路拓宽结合处力学性状分析

新老路基加宽时由于原有路基经过多年车辆作用，路基土沉降基本完成，在进行改扩建工程时将边坡处理后进行填筑，新填筑土方和旧路基在相同荷载作用引起既有路基附加沉降，既有路基不同位置附加沉降不同，同时引起旧路表面横坡比发生改变，严重影响路面使用性能，附加沉降较大时可能导致路面出现纵向裂缝。

6 裂缝控制措施与效果分析

6.1 控制措施

在路基改扩建工程中，对裂缝进行处理。在处理过程中，通常情况下采用土工格栅铺设方案对裂缝进行处理，在试验路段，通过采用普通格栅、钢塑格栅两种土工材料铺设，在老路堤顶层进行使用效果对比试验，试验方案为挖台阶常规填筑方法、单层普通土工格栅、单层普通土工格栅+改良土、单层钢塑土工格栅，通过试验段提供参数用于指导路基改扩建工程施工。

6.2 效果分析

从加固效果可以看出，土工格栅所受压力曲线存在一定的波动性，这是因为不断增加上层填土厚度，以及受施工载荷的影响；随着时间的推移，格栅所受拉应变逐步减小；与格栅应变变化规律相比，土应变变化规律基本相似，土应变曲线不均匀变化主要是施工期间填土压路机挤压，雨水对路堤填土影响导致土中含水量增加，地下水浮力和占据空间衬托挤压呈现不同变化趋势。

格栅应变曲线和土应变曲线变化相似，土应变曲线明显低于格栅应变曲线，土应变值小于格栅应变值，说明格栅受拉后减轻路堤格栅上部土层拉应变，格栅提供抗拉拔力，起到防止路面产生裂缝作用。

7 结论

本文从改扩建工程路基产生的裂缝机理进行了分析，结合实际工程提出新老路基结合面不均匀沉降是产生路面反射裂缝主要原因，对旧路基不均匀沉降形成原因进行了分析，为路基差异沉降及变形协调控制方法提供依据。

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