填方路基不均匀沉降的表现形式填土裂缝。填土裂缝是指由填土内部发展而成的裂缝。填土裂缝由于其成因不同,可能出现在填土路堤的各个部位。
微小的裂缝是广泛存在而且无法避免的,但是过大的裂缝却会造成路基或路面的损坏,甚至使道路完全丧失营运能力。
因此,研究裂缝问题是一项很有意义的工作,它将对设计、施工有一定的指导作用。路堤是由散粒材料填筑而成的,在自重和其它因素影响下,路堤会产生一定程度的竖向和水平方向的变形。
由于路堤各部位(或路堤与结构物)间变形量不同而造成不均匀沉降,从而,在路堤的不同部位形成拉伸应变区和压缩应变区。
在拉伸应变区内,由于填土的抗拉强度很低,在这些部位就容易产生变形裂缝。资料表明,土石坝在沉降梯度达0.6%~1.4%时,就有出现裂缝的可能。填土裂缝的类型可以从不同的方面加以分类。
按部位可以分为堤面裂缝和内部裂缝;按走向可以分为横向裂缝、纵向裂缝和龟裂缝。按成因可以分为变形裂缝、水力劈裂裂缝、渗流裂缝、滑坡裂缝、干缩裂缝、冰冻裂缝和振动裂缝等。
其中,对路堤影响最大、出现频率最多的是变形裂缝。变形裂缝根据其产状与路基延伸方向的关系,可以分为纵向变形裂缝和横向变形裂缝。纵向变形裂缝是指走向平行于路线方向的裂缝。
根据成因,总体上,可将纵向裂缝归为两类:一类为不均匀沉降裂缝,另一类为滑动裂缝。其中,不均匀沉降裂缝,主要是由于垂向的不均匀沉降导致。垂向的不均匀沉降可能是出于路基或地基或两者的共同作用产生。如路基本身压实度不均匀,或路基厚度不均匀,或为半挖半填路基都会导致不均匀沉降;地基土体厚度不均或地基土体为软弱层,也会导致明显的不均匀沉降。滑动裂缝是出于路基边坡侧向明显变形引起的。
其产生主要可以归为两个方面:一是路堤过大的不均匀沉降导致,二是路基边坡处于临界失稳状态。横向裂缝是指走向垂直或近似垂直于路线走向的裂缝。横向裂缝的产生主要是由于沿路堤的不均匀沉降导致。
例如,较长沟谷地段的填方路堤,出于沿路堤纵向产生的不均匀沉降,使路堤有往沉降较大的地方产生变形的趋势,从而,在沉降中心附近,路堤形成压缩应变区域,在堤顶产生水平压缩。
两侧沉降变形较小的段落则由于往沉降较大一侧的位移而形成拉应变区域,在堤顶产生水平拉伸,当这些部位的拉应变超过填料的临界拉应变值时,路堤就会产生横向裂缝。绝大多数横向拉裂缝发生在填挖交界段的路堤一侧,在填挖过渡段,当基底坡度过大时,在填方一侧极易产生横向裂缝。
在基底不平顺或存在不平整台阶,在这些部位也会产生横向裂缝。现在,己经得到设计、施工部门重视的一种横向裂缝是路堤与桥梁、涵洞等的交接处,由于台背与填土的沉降差异,以及由于台背填土(难于压实)与路堤压实土间的沉降差异而产生的横向裂缝。
路面病害。路面病害的形式多种多样,如沥青路面病害形式主要有裂缝(纵向裂缝、横向裂缝、龟裂)、变形(车辙、波浪或搓板、沉陷、隆起)、松散(磨光、松散、剥落、坑槽)等。水泥混凝土路面主要有两种类型:一为结构性损坏,如开裂、变形、接缝损坏等,另一类为功能性损坏,如表面滑溜、表面损坏等。
路面病害的发生原因是多方面的,如施工、材料、超载、路基沉降、排水和气候等。这些因素中,路基不均匀沉降或与其他方面联合作用对路面损害的影响更严重,往往造成路面结构的整体变形和破裂。
沥青混凝土路面变形。由于路基发生不均匀沉降而导致的路面变形也是不均匀的,一般总有明显的沉降中心。如某高速道路在路面铺筑完成到通车前,路面就发生明显的沉降变形。实测资料表明,该路段有四个显著沉降段和四个一般沉降段。
纵向裂缝。一般发生在距路堤边缘3~5m(行车道与紧急停车带分界)处,也有一些发生在互通立交或服务区加减速车道与行车道的拼结处。裂缝形式有两种:一种为纵向直线形,裂缝两端未延伸到路堤边缘;另一种为纵向弧形,裂缝两端延伸至路堤边缘。
后一种可能引起路堤滑动,危险性更大。路面纵向裂缝一般总有相应的路基纵向裂缝对应。横向裂缝。目前,我国高速道路广泛采用以二灰或二灰土等为底基层、二灰碎石为基层的半刚性材料。据调查,在半刚性基层的沥青面层上横向裂缝是极为普遍的,国内外许多学者甚至认为半刚性基层沥青路面产生横向裂缝是不可避免的。
水泥混凝土路面板断裂。当路基过量沉降或不均匀沉降,便路面板体脱空失去支撑或均匀支撑,路面板内的应力超过混凝土强度,导致路面板断裂。
边坡失稳。边坡失稳是特定条件下路基不均匀沉降发展的最终结果。在路基边坡失稳演化过程中,一般首先是产生纵向裂缝,近似为弧形。变形发展到一定程度,在降雨等诱发因素作用下,发生失稳。根据潜在不稳边坡的规模,可能是整体或局部路基坍滑。
路基不均匀沉降的时空变化特征路基不均匀沉降发展沿路基纵向是不均匀的,一般在沉降中心及附近处,不均匀沉降持续发展。
另外,从沉降中心处沉降量随时间变化曲线看:沉降变形随时间的发展有三种类型:渐趋稳定型、等速发展型和加速发展型。
在沉降变形的发展过程中,沉降变形的发展也并不是等速的。结语路基不均匀沉降的表现形式及其时空变化特征可以归纳为以下几点:填方路基的不均匀沉降对路基来讲主要表现为填土裂缝。根据裂缝的产状与路基延伸方向的关系,可分为纵向变形裂缝和横向变形裂缝;纵向裂缝是由于填土的垂向不均匀沉降所致。
路基土压实度不均匀,路基厚度不均匀、地基中存在软弱土层、路基刚度差异过大(如半填半挖)都会导致纵向裂缝的产生;横向裂缝带发生在填挖、涵洞等交接处,路堤与桥台、涵洞等交接处,是由于填土与构筑物或原始地基刚度差异所致;沥青混凝士路面变形多种多样。
有路基不均匀沉降导致的路面病害主要有:沥青混凝土路面变形;b.与上述路基变形裂缝对应的纵、横裂缝;c.水泥混凝土路面板的断裂;路基不均匀沉降的时空变化特征表明:一般沉降中心及附近处,不均匀沉降持续发展,沉降变形随时间的发展有三种类型,即渐趋稳定型、等速发展型和加速发展型;路基边坡失稳是特定条件下路基不均匀沉降发展的最终结果。
近年来道路的建设速度很快,其中大部分路面的质量良好,但也有不少路段在建成通车后不久,短的几个月,长的2~3年,就不得不进行大面积维修。路面的早期损坏问题引起了广泛的关注。
路面损坏发生并不是孤立的,有施工管理上的原因(造成路面结构本身存在缺陷),也有汽车严重超载等原因,但是更为普遍的情况是多种因素的综合作用。
其中,填方路基的不均匀沉降是导致路面变形破坏的主要原因之一。填方路基的不均匀沉降不但会导致路基本身的损坏,还会因路基顶面的不平整在路面结构内产生附加应力,附加应力本身或与车载等共同作用,将导致路面结构的损坏。
路基本身的损坏主要表现为填土裂缝,而路面结构的损坏有多种表现形式,可以统称为路面病害。此外,边坡失稳是路基特定部位不均匀沉降发展到一定程度之后的破坏形式。
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