填土路堤裂縫的成因分析及防治措施

石浩 上海鐵路局阜陽(yáng)工務(wù)段

填土路堤裂縫的成因分析及防治措施

石浩 上海鐵路局阜陽(yáng)工務(wù)段

填土裂縫是路堤的常見(jiàn)病害。對(duì)填土路堤裂縫的成因和類型做出了分析，并結(jié)合常用的處理措施，對(duì)裂縫的整治進(jìn)行初步探討。

路堤；裂縫；不均勻沉降；防治

填土裂縫是指由填土內(nèi)部發(fā)展而成的裂縫。對(duì)于填土路堤，裂縫是一種常見(jiàn)的病害。其主要特點(diǎn)是：裂縫發(fā)展部位深，影響范圍大，一旦發(fā)生，難以治理，遇雨水可能發(fā)生路堤坍塌、滑坡等，給汛期行車安全帶來(lái)隱患。裂縫由于其成因不同，可能出現(xiàn)在路堤的各個(gè)部位。微小的裂縫是廣泛存在而且無(wú)法避免的，但是過(guò)大的裂縫卻會(huì)造成路堤的損壞，甚至使鐵路喪失營(yíng)運(yùn)能力。因此，裂縫問(wèn)題的研究是一項(xiàng)很有意義的工作，它對(duì)鐵路防洪預(yù)安排、防洪預(yù)搶及汛期搶險(xiǎn)都具有指導(dǎo)作用。

1 裂縫的類型和成因

填土路堤是由散粒材料填筑而成的，在自重和其它因素的作用下，路堤會(huì)產(chǎn)生一定程度的豎向和水平方向的變形。由于路堤各部位（或路堤與橋涵間）變形（下沉）量不同而造成不均勻沉降，從而，在路堤的不同部位形成拉伸區(qū)和壓縮應(yīng)變區(qū)。在拉伸區(qū)內(nèi)，由于填土的抗拉強(qiáng)度很低，在這些部位就容易產(chǎn)生變形裂縫。另外，對(duì)邊坡坡度較陡的路堤，由于堤身的某些部位承受的水平壓力較大，在這些部位容易產(chǎn)生變形裂縫。對(duì)于浸水路堤，由于水流的浸蝕和滲透，也容易在路堤內(nèi)部滲流變形裂縫和水力劈裂裂縫。此外，路堤由于坡面失穩(wěn)，氣候和大氣降水的影響，都會(huì)在路堤內(nèi)產(chǎn)生裂縫。

填土裂縫可以從不同的方面加以分類。如按其部位可分為堤面裂縫和內(nèi)部裂縫。按其走向可分為橫向裂縫、縱向裂縫、水平裂縫和龜裂縫。按其成因可分為變形裂縫、水力劈裂裂縫、滲流裂縫、滑坡裂縫、干縮裂縫和振動(dòng)裂縫等。其中，對(duì)路堤影響最大、出現(xiàn)頻率最多的是變形裂縫。

2 縱向變形沉降裂縫

縱向變形裂縫是指走向平行于線路方向的裂縫?？v向裂縫的出現(xiàn)

一般和地基有關(guān)，一種是由于路堤與地基的不均勻沉降引起的，稱為不均勻沉降裂縫；一種是由于滑動(dòng)引起的，稱為滑動(dòng)裂縫。當(dāng)路堤兩側(cè)填方厚度不同（圖1），或者由于地基可壓縮土層厚度的變化（圖2）造成路堤某一側(cè)（或兩側(cè)）沉降大于路堤中部沉降時(shí)，容易出現(xiàn)縱向裂縫。當(dāng)路堤某一側(cè)的水平應(yīng)變較大（圖3），其拉應(yīng)力超過(guò)填料抗拉強(qiáng)度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫，這種裂縫類似于坡面滑動(dòng)裂縫。此外半填半挖（圖4）或路堤某一側(cè)浸水而產(chǎn)生濕化變形時(shí)，也會(huì)造成縱向沉降裂縫。

圖1 填方厚度不同產(chǎn)生的裂縫

圖2 地基土層厚度不同產(chǎn)生的裂縫

圖3 路堤一側(cè)水平應(yīng)變較大產(chǎn)生的裂縫

3 橫向變形裂縫

橫向裂縫是指走向垂直于線路走向的裂縫。橫向裂縫的產(chǎn)生主要是由以下原因造成的：一是由于堤身的縱向水平應(yīng)力過(guò)大，二是由于路堤的縱向不均勻沉降，有時(shí)其中一種因素起主導(dǎo)作用，有時(shí)，這兩種因素的影響卻較難區(qū)分。對(duì)于較長(zhǎng)溝谷地段的填方路堤，形成裂縫是由于沿路堤縱向產(chǎn)生的不均勻沉降，使路堤有往沉降較大的地方產(chǎn)生變形的趨勢(shì)，從而，使路堤形成壓縮應(yīng)變區(qū)域，在堤頂產(chǎn)生水平壓縮。兩側(cè)沉降變形較小的區(qū)段則由于往沉降較大的一側(cè)的位移而形成拉應(yīng)變區(qū)域。在堤頂產(chǎn)生水平拉伸，當(dāng)這些部位的拉應(yīng)變超過(guò)填料的臨界拉應(yīng)變值時(shí)，路堤就會(huì)產(chǎn)生橫向料費(fèi)。

絕大多數(shù)橫向裂縫發(fā)生在填挖交界段的路堤一側(cè)，在填挖過(guò)渡段，當(dāng)基底坡度過(guò)大時(shí)，在填方一側(cè)極易產(chǎn)生橫向裂縫。在基底不平順或存在不平整臺(tái)階，在這些部位也會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫。

現(xiàn)在，已經(jīng)得到設(shè)計(jì)、施工部門(mén)重視的一種橫向裂縫是路堤于橋梁、涵洞等的過(guò)渡段，由于臺(tái)背與填土的沉降差異，以及由于回填土（難以壓實(shí)）與壓實(shí)土間的沉降差異而產(chǎn)生的橫向裂縫（圖5）。這種裂縫主要由第二種原因引起。

圖5 橋臺(tái)背填土的裂縫

4 裂縫的防治

根據(jù)以上分析，裂縫的防治主要應(yīng)從兩方面考慮。

（1）采取措施盡量減少填土水平應(yīng)變和差異沉降，或通過(guò)改善填料類型，增設(shè)結(jié)構(gòu)層提高路堤適應(yīng)差異變形的能力。

（2）在裂縫出現(xiàn)后，采取措施控制裂縫的發(fā)展，通過(guò)后期整治消除裂縫影響。

4.1 填筑材料的選擇

從我國(guó)鐵路修筑形狀來(lái)看，作為路堤填料的材料可概論分為（1）巨粒土（塊石、碎石）；（2）粗粒土（主要指碎石、中粗砂、細(xì)砂、粉砂、沙礫料）；（3）細(xì)粒土（粉土、黏性土）。

試驗(yàn)與研究表明，在這幾種填料中，非黏性土壓縮性最小，填石與礫質(zhì)土其次，壓縮性較大的是黏性土?？顾苄宰冃文芰t以黏性土最好，礫質(zhì)土其次，其后為填石和沙礫料。

對(duì)于同一類填料，成型含水量、壓實(shí)度的不同，其壓縮性與抗塑性變形的能力也不同。一般是壓實(shí)度越高，土體壓縮性越小。在相同壓實(shí)度的的情況下，成型含水量越高，土體的壓縮性也越大。填料在較干的情況下壓實(shí)，強(qiáng)度高，但脆性大，易開(kāi)裂。在較濕的情況下壓實(shí)，其強(qiáng)度偏低，但抗塑性變形的能力也相應(yīng)較強(qiáng)。

針對(duì)各種填料的壓實(shí)特性，在設(shè)計(jì)或施工中可采取以下措施：

（1）在不均勻沉降或水平拉應(yīng)力不是很大，但有開(kāi)裂可能的地段，盡量采用抗塑性變形能力較強(qiáng)的填料?；蛱盍喜捎闷叩暮繅簩?shí)，以提高路堤抗變形的能力。但在不均勻沉降較大時(shí)，只有采用綜合處治措施。同時(shí)，應(yīng)注意，盡管黏性土填料抗水平應(yīng)力能力較強(qiáng)，但有著變形大、固結(jié)慢、易干縮開(kāi)裂的特點(diǎn)。

（2）和黏性土比較，礫質(zhì)土或非黏性土能較大的減少堤身自身沉降和工后沉降。對(duì)于較高的路堤或橋涵背后的填土，應(yīng)盡量采用礫質(zhì)土或非黏性土。

4.2 填方基底的整治

基底整治的主要目的時(shí)通過(guò)改善基底的狀況，減緩沉降變化剃度，減小填土的水平壓力，從而減少或避免裂縫的產(chǎn)生，一般采取如下措施。

（1）在填挖過(guò)渡段，地面盡量采用較小的坡度，對(duì)于陡坡，應(yīng)視情況開(kāi)挖臺(tái)階或以不同的坡差過(guò)度。臺(tái)階高度與寬度應(yīng)通過(guò)驗(yàn)算確定，一般臺(tái)階的高寬比應(yīng)滿足1：3。

（2）對(duì)于基底有軟弱層的部位，應(yīng)加以清理或整治，以避免出現(xiàn)過(guò)大的沉降。

4.3 特殊結(jié)構(gòu)形式的采用

對(duì)于不均勻較大，且出現(xiàn)部位較易控制的路段，在采用前述方法處理時(shí)，效果往往不明顯，這時(shí)，就應(yīng)考慮采用特殊的結(jié)構(gòu)形式來(lái)消除不均勻沉降。

（1）對(duì)橋涵臺(tái)背填土的不均勻沉降裂縫，一般采用鋪設(shè)土工墊層或采用特殊填料過(guò)渡段等綜合措施進(jìn)行解決。

（2）在填挖過(guò)渡段，除采取4.1，4.2節(jié)措施外，還可在填土內(nèi)部適當(dāng)部位增設(shè)過(guò)渡、調(diào)劑層，可采用土工網(wǎng)墊或其它材料作調(diào)劑層。

（3）在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免半填半挖路基或陡坡路堤（圖3、圖4），對(duì)于這種類型的路基，縱向不均勻沉降裂縫危害較大且難以控制。

（4）填方路堤坡面在外部水、氣環(huán)境影響下，極易受到損壞，因此在路堤成型后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行坡面防護(hù)，合理的坡面防護(hù)措施可以有效的減少濕化、滲透以及干濕裂縫的產(chǎn)生。

4.4 后期整治

裂縫的產(chǎn)生總是難免的，對(duì)于以及產(chǎn)生裂縫的路段，可視情況采取后期整治措施。

裂縫由于其成因的不同而有不同的發(fā)展規(guī)律，不均勻沉降裂縫隨沉降的發(fā)展逐漸增大，在沉降發(fā)展穩(wěn)定時(shí)也趨于穩(wěn)定，有著初期快，后期慢的特點(diǎn)?；瑒?dòng)裂縫在初期往往較小，在活躍期急劇增大，然后趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)明顯的階段性特點(diǎn)。水力劈裂裂縫和滲透裂縫則隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和水流的浸蝕而逐步擴(kuò)大，無(wú)明顯的收縮趨勢(shì)。

除了由于偶然因素（如地震、水等）引起的路堤裂縫外，裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展有一定的規(guī)律性。調(diào)查表明，產(chǎn)生危害的裂縫一般在路堤填筑成型后才形成，這些裂縫在經(jīng)過(guò)一個(gè)雨季后，在路基面上反映出來(lái)，一般在通車三年后左右達(dá)到穩(wěn)定。

由此可見(jiàn)，選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行后期整治可以收到事半功倍的效果，對(duì)于水力劈裂裂縫和滲流裂縫，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)及早處治，對(duì)于一些危害性較大的沉降（滑動(dòng)）裂縫，通過(guò)觀測(cè)，在這些裂縫基本穩(wěn)定后即可進(jìn)行。對(duì)于大范圍的整治在通車后三年進(jìn)行較為合適。

在后期整治中，可視情況采用灌漿、罩面、挖開(kāi)翻修、夯實(shí)、邊坡護(hù)砌、邊坡植草等措施進(jìn)行處理。

5 整治實(shí)例

5.1 京九線上下行K892+300～K892+700工點(diǎn)

該段路堤填土高度在4.5m左右，為膨脹土路堤，K892+ 700為橋頭，在2009年度路基秋檢時(shí)發(fā)現(xiàn)該段在路肩內(nèi)側(cè)出現(xiàn)縱向貫通裂縫，長(zhǎng)度大約370m,寬度在1.5cm左右，后期施工中發(fā)現(xiàn)該裂縫深度在0.6m～1.1m不等，經(jīng)分析，認(rèn)為該裂縫的成因應(yīng)為變形裂縫和干縮裂縫的綜合反映。秋檢過(guò)后，我們認(rèn)為該段路堤存在不安全因素，可能會(huì)在2010年汛期發(fā)生邊坡溜坍。于是，我段上報(bào)給上級(jí)業(yè)務(wù)主管部門(mén)，申請(qǐng)作為2010年防護(hù)預(yù)安排工程進(jìn)行處理，處理方案為：挖開(kāi)土體對(duì)裂縫進(jìn)行夯填，然后在坡面進(jìn)行漿砌片石骨架結(jié)合干砌片石護(hù)坡處理。上級(jí)主管部門(mén)同意我們的申請(qǐng)及方案。我們?cè)?010年汛期前對(duì)該地段進(jìn)行了處理加固，至今未發(fā)生其它不良現(xiàn)象，說(shuō)明我們的處理方案是妥當(dāng)和及時(shí)的。

5.2 阜淮上行K58+400～K60+200工點(diǎn)

2011年3 ～6月份我地區(qū)持續(xù)干旱，造成該段路堤路肩內(nèi)側(cè)產(chǎn)生干縮縱向裂縫，7月9日～11日持續(xù)降大暴雨，在水的作用下，裂縫得以發(fā)展，寬度變大，在列車振動(dòng)及自重作用下，沿路肩內(nèi)側(cè)發(fā)生了多處路堤坍塌，深度達(dá)1.2m，并危及道床，造成水害斷道。在后期復(fù)舊工程中，我們根據(jù)水害的發(fā)生原因，選取“在坡腳增設(shè)反壓護(hù)道，降低路堤高度，路肩內(nèi)側(cè)及邊坡開(kāi)挖至裂縫以下采取三和土夯填裂縫，干砌片石護(hù)坡”的復(fù)舊方案進(jìn)行處理。工程實(shí)施后經(jīng)過(guò)兩個(gè)雨季的考驗(yàn)，至今未發(fā)生變形，加固效果明顯。

6 結(jié)束語(yǔ)

在整治裂縫病害時(shí)，首先要分析查找裂縫產(chǎn)生的原因，根據(jù)其成因制定恰當(dāng)?shù)恼未胧┻M(jìn)行處理，在平時(shí)，發(fā)現(xiàn)裂縫并及時(shí)進(jìn)行處理，不但可以收到事半功倍的效果，而且還可以降低人力及財(cái)力的投入，降低處理的難度。

責(zé)任編輯：宋飛

來(lái)稿時(shí)間：2014-11-25