市政道路开裂和沉陷的原因与防治研究

张 强

（甘肃建投隧道工程有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

兰州新区市政道路在使用时间不长（往往是1～2年）的情况下，出现了各种形式的开裂和沉陷。通过调查可知，兰州新区目前实际交通量普遍远低于设计，不可能在短时间内对道路造成大的破坏。因此，道路开裂和沉陷的主要原因，可能还是与道路本身的质量有关。实际施工过程中，施工技术人员的素质、管理水平和施工技术未能满足要求，施工场地的限制，施工企业对地质条件的复杂性认识不足以及其他外在因素的影响，都可能导致市政道路使用后出现开裂和沉陷。一旦市政道路开裂和沉陷，不仅会影响市政道路的面貌，而且还会影响道路运行的安全性。

为了有效地解决兰州新区市政道路目前存在的开裂和沉陷问题，笔者在实地调查的基础上分析原因，并针对性地提出了防治措施，仅供参考。

1 兰州新区市政道路开裂和沉陷的原因

1.1 开裂和沉陷现状调查

根据对已建成和正在建设的兰州新区市政道路进行的调查分析，结合正在负责维修的多条道路的开挖情况，统计并分析了出现开裂和沉陷的情况，将不同原因造成的开裂和沉陷进行了归类，统计结果如图1所示。

图1 兰州新区市政道路开裂和沉陷统计

从图1中可以看出导致道路开裂和沉陷的原因主要有以下几个方面：

（1）道路路基自身后期发生沉陷。这种沉陷导致整个道路承波浪形，高低起伏，高差超过20cm。

（2）路基进水造成的道路塌陷。这种沉陷造成的道路沉陷无规则，有大有小，无固定位置，沉陷程度也不相同，雨水和收水井以及检查井周围较多。

（3）基层水泥稳定性材料开裂反射到路面造成路面开裂。

（4）沥青混凝土路面本身开裂。

（5）其他外因造成的道路开裂和沉陷。

1.2 开裂和沉陷的原因

1.2.1 道路路基自身沉陷

在大多数市政道路工程的施工过程中，路基工程量较大，工艺复杂，成本较高。路基施工过程中，导致路基后期自身沉降的原因主要是：

（1）未能正确认识路基工作区，对路基施工的质量仅限于路基。路基工作区是荷载影响区域，本区域要有足够的刚度和稳定性，才能保证道路路基的稳定性，否则将产生不均匀沉降，从而导致路面发生开裂[1]。

（2）回填质量差。回填过程中，回填土土质较差，塑性较高，杂物较多，回填土含水率不合格以及未严格控制回填厚度等都会影响回填的质量。另外，由于现场管理及工期等原因，施工期间未严格控制回填压实度也是造成回填质量差的一个主要原因。回填质量差，道路运行时压实度不达标的路段就容易产生沉陷。

（3）特殊路基处理不规范。施工过程中，特殊路段如坑、洞穴及搭接处等部位处理不规范，造成后期该区域产生差异沉降，引起道路整体沉陷。比如，在高填方路基中，黄土的湿陷性未完全消除，会导致后期产生不均匀沉降。

（4）调查中发现少数挖方路段也出现道路沉陷及开裂现象。主要原因是挖方路基做不到原土翻夯，路基工作区承载力不足，对地质条件认识不足，特殊地质路段未制定有针对性的地基处理措施，对不符合作为路基的土质未进行更换，导致后期道路在使用过程中，因承受不住荷载而产生沉陷[2]。

1.2.2 道路路基进水引发沉陷

道路路基进水的原因很多。根据研究区实际调查分析，主要进水的原因有两个：一是三水管网系统渗漏，导致路基进水浸泡，冲刷形成空洞，最后引起塌陷；另一个是绿化带特别是侧分带，由于防水措施（土工膜为主）不当或损坏造成绿化用水进入路基，造成路基下沉。由于三水管网造成的沉陷更为普遍和严重，下面进行主要介绍。

（1）三水管网渗漏最严重也是最频发的部位是管道接口。目前雨水和污水管道主要采用混凝土管。实际施工过程中，由于管材本身预制质量和施工技术水平的原因，导致管道接口的质量通常较差，混凝土管在施工过程中很难做到一次性闭水试验合格，需要进行后期修补。这些后期修补的位置，在运行过程中容易出现渗漏。修补完成的管道往往排水不畅，经常积水，并造成管道渗水。从管道渗漏出来的雨水或污水会对路基进行浸泡和冲刷，形成空洞，导致路基发生沉陷。

（2）检查井渗漏。首先是检查井与管道连接处容易发生渗漏，砖砌井施工中，检查井与管道连接处砌筑方式不当，导致管道与检查井连接处不严密。其次是检查井周围的回填质量未能保证，井体在后期使用过程中会出现一定的变形或者沉降，与道路形成差异沉降，进而造成检查井与混凝土管道连接处开裂渗漏。最后是施工过程中，常见检查井井圈安装不规范。道路运行过程中，车辆碾压井盖造成震动，使得检查井井圈与周围土体形成缝隙，雨水沿着缝隙进入路基，对路基进行浸泡，久而久之，破坏了路基稳定性，造成道路沉陷。

（3）雨水横穿管和雨水收水口的施工质量对道路影响非常严重。实际施工过程中，大多数雨水横穿管是在四合土铺设完成后反开挖进行埋设施工。施工过程中较大吨位的震动压路机对管口连接有较为明显的影响。一旦管道与雨水收水口连接处开裂，就会出现渗水现象。后期使用过程中，很容易出现道路开裂和沉陷现象。这也是道路施工的一大难点。

1.2.3 道路基层施工引起的开裂

市政项目施工一般集中在每年的3月至10月这个时间段。在此期间，大部分时间天气干燥炎热。基层施工完成后，水分流失很快，所以会形成严重的干缩裂缝，延伸至面层后造成路面开裂。另外，施工过程中管理不到位，边角细部处理不合理，尤其是碾压不规范，会导致该路段基层松散，后期发生不均匀沉降，并引发路面开裂。

1.2.4 沥青混凝土路面开裂

调查中发现道路路面裂缝形成的样式各异。就路面裂缝而言，根据其主要原因可分为两类，一种是荷载裂缝，一种是非荷载裂缝。荷载裂缝主要是由于路基及基层施工质量不合格导致的，并对此进行了详细的分析。在半刚性基层沥青路面设计合理、施工质量良好的条件下，单纯由荷载作用引起面层开裂的可能性不大。非荷载裂缝较为常见。兰州新区温差较大，所以热胀冷缩效果较为显著，容易造成路面疲劳，形成温度裂缝。随着路面使用时间的延长，裂缝逐渐扩展，横向裂缝增多，缝宽也不断增大，横向裂缝和纵向裂缝交叉，形成了各种大大小小的独立板块。路面雨水沿着缝隙进入基层，其结果是整个道路结构层遭到破坏，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷、唧浆和沉陷等现象，最终导致路面很快产生结构性破坏，使道路结构逐渐丧失承载能力。

2 开裂和沉陷的防治措施

2.1 重视路基施工质量

必须清醒地认识到，在道路工程施工中，路基是最关键和最重要的环节，路基施工质量直接影响道路的整体质量。

2.1.1 提高路基工作区的强度和稳定性

作为技术人员，需要对路基工作区有一个清楚的认知。路基工作区是荷载经结构层传递，路基分散，最终承受荷载的区域。所以，路基工作区范围内，必须要有较强的稳定性和强度。强度和稳定性不足则无法满足道路承载力的要求，严重影响道路后期使用。因此，必须保证该区域的施工质量，最大限度的较少该区域的不均匀沉降。对于填方段来说，路基工作区的强度主要是在填筑过程中形成的，填筑材料要经过严格筛选，施工中要保证其整体稳定性和强度。挖方路段主要是分析土的特性，明确土层是否符合作为承力层的要求。路基工作区深度简单计算如下：

路基工作区深度：Zα=(KηP/γ)1/3

式中：Zα——路基区工作深度，m；

P——车轮荷载，kN；

K——系数，一般为0.5；

γ——土的容重，kN/m³；

η——系数，1/10～1/5。

2.1.2 加强特殊路基的处理

施工过程中，尤其要重视特殊路基的处理。诸如沙坑、洞穴、水塘等的处理，特别是高填方路段，需要制定合理的、有针对性的处理措施，保证其回填密实度，最大限度地防止与周围连接路基产生差异沉降，从而避免出现路面开裂或沉陷。

2.1.3 挖方路基也需重视

挖方路基成型后，要仔细与图纸对比分析土质，是否与勘查和设计相符。如土质不适合作为路基，需要更换，并在更换过程中确保负载影响范围。施工过程中，必须严格控制压实度，尤其是路基压实度，一定要满足规范要求。

2.2 提升三水管网施工水平

2.2.1 提高管道安装质量

管道安装一直是管网施工的重点和难点。管道施工的排列顺序，应由深到浅一次施工。当管道高程冲突时，必须遵循“有压让无压，没水让有水”的原则，这样才能尽量减少下穿管线，从而避免了不必要的隐患。在管道安装过程中，需要严格控制施工质量。

首先，需要严格复测安装管道的顶标高，避免出现返坡和高低不平的现象。

其次，管道的安装过程中要严格控制接口质量，保证管道接口合格，密切注意密封胶圈。严格控制抹带质量，抹带是管道接口防渗漏的第二道防线，抹带必须严格按照规范和方案的要求，不得出现边漏边抹的现象。

最后，保证管道基础的质量。确保管基的浇筑质量，保证在浇筑过程中不扰动安装完成的管子。对于管道的回填材料，严格控制管道底部到管顶部上方500mm 以内的回填土质量及含水率。管道两侧必须留足够的回填宽度，保证满足压实机具的使用。须正确认识每种压实机具和土质的压实厚度，严格控制回填厚度，保证每层回填压实度满足规范要求。回填时管道两侧对称施工，以防止管道位移。管道顶部50cm 以上可使用重型压实机具，但是在1.5m 深度范围内尽可能不使用震动，避免破坏管道接口及管座基础。

2.2.2 提高检查井施工质量

在检查井施工中，检查井与管道链接处是管道处理的难点之一。混凝土检查井需要做到先安装管道，再浇筑检查井混凝土，保证检查井壁与管道的连接紧密。砖砌检查井，一定要采用拱卷的方式砌筑，砌筑完成后用防水砂浆填塞缝隙及抹面，保证不渗水。井室回填是管网施工质量控制要点之一，需留够足够的施工宽度，保证回填压实。位于道路上的检查井，在上部最好设置混凝土圈梁，保证井盖安装质量及增强井壁整体性，保证后期使用过程中避免出现不均匀沉降及开裂现象。

2.2.3 提高收支管施工质量

雨水收支管的施工控制是重中之重。施工前，必须认真核对雨水横穿支管的标高，确定正确的施工顺序，尽可能保证在结构层施工前雨水支管埋设完成。要保证管道连接可靠和基础稳固，保证受到震动不发生位移，后期的回填料尽可能选择收缩性小和强度较高的材料，在条件允许的情况下最好使用混凝土对管道满包处理。

2.3 控制好基层施工质量

2.3.1 控制基层材料

水稳定性材料，在良好的养护状态下15d 后，收缩会基本趋于稳定。施工过程中在保证无侧限抗压强度不降低，压实度满足要求以及骨料连续级配不变的情况下，可适当减少5mm 以下颗粒的数量，适量增加20mm以上的颗粒数量。这将大大降低干燥收缩率。

2.3.2 加强养护质量

基层施工的质量控制主要在于材料及后期养护。施工过程中，确保基层拥有良好的养护条件，同时确保足够的养护时间。养护过程中要根据实际情况不断改善养护条件，养护条件对水泥稳定性材料非常关键。因此，必须保证良好的养护条件，使其在一定的时间内达到足够的强度，然后进行下一步施工，这样可以有效地减少反射裂缝。

2.3.3 减少裂缝的产生

基层施工过程中，可以采用防开裂措施和裂缝预防技术来减少路面裂缝出现的概率[3]，比如铺设土工格栅的方法。

2.4 保证面层的施工质量

沥青混凝土路面使用过程中，由于面层直接承受车辆的荷载，往往容易产生裂缝，控制好沥青混凝土面层施工质量尤其关键。首先，良好的材料是保证施工质量的前提，施工时要选用良好的沥青以及其他材料。其次，施工过程中，要合理安排工序，保证施工流畅，尽可能减少冷接缝，避免摊铺机和其他机械的停留。最后，要控制道路开通时间，避免给路面带来损害[4]。

2.5 消除可控外因的影响

道路施工完成后，要仔细检查道路情况，对存在隐患的部位及时处理，防止对道路造成破坏。特别是防止雨水的浸入，及时处理道路各部位存在的裂缝。做好外围的防水措施，保证道路两侧排水通畅，不积水，不渗水，特别是防止绿化带的水浸入道路。

3 结束语

终上所述，对兰州新区市政道路开裂和沉陷的现象进行了统计，分析了造成开裂和沉陷的原因，并从重视路基施工质量、提升三水管网施工水平、控制好基层施工质量、保证面层施工质量和消除可控外因的影响五个方面提出了防治开裂和沉陷的措施。市政道路建设质量不仅影响城市的市容市貌，而且直接影响市民出行的安全。施工过程中，必须对关键施工环节进行重点质量控制，提升现场管理人员和施工人员的整体素质，注重培养专业技术人员的责任意识和质量意识。确保规范施工，从而保证市政道路施工质量。