城市道路检查井周围路面损坏机理分析及处理

陈 超 吴世美

城市道路检查井由于各种原因不得不布置在沥青路面上，受车辆冲击、检查井周围路基沉降等作用，导致行驶的车辆在检查井周围容易发生跳车，跳车对检查井和周围路面产生附加的冲击荷载，致使路面结构及检查井发生早期损坏，并影响行车的舒适性，同时也加剧了车辆的磨损，甚至因车辆避让检查井而发生交通事故。本文分析检查井与周围路面沉降差异产生的原因，提出了“刚柔过渡”的治理方法。

1 检查井周围路面破坏原因分析

检查井及其周围路面的各种材料的刚度和强度存在相当大的差异。检查井一般采用砖砌结构，其弹性模量约1 200 M Pa，可以认为是刚性结构(相对于路基而言)，而一般填土路基在压实度达95%时弹性模量仅为30 MPa～80 MPa，可以认为是柔性结构(相对于检查井而言)。由于刚度差异的存在，道路在行车荷载的压力、剪切力和冲击力作用下，必然导致检查井与周围路面之间产生较大的刚度突变和较大的沉降差异，从而引起检查井周围路面结构和检查井的早期损坏。

2 防治措施

2.1 检查井周围回填材料

根据对各类半刚性材料的工程性质、经济适用性、工程应用及回填技术标准等情况的调查发现，石灰稳定土、水泥稳定土、水泥石灰综合稳定土等，容易获取且较经济，在技术上也能确保“刚柔过渡”的效果。

2.2 检查井周围回填区的范围和连接形式

确定检查井周围路基回填区的范围时要考虑3个要素:1)长度要满足“刚柔过渡”的技术要求;2)长度要满足检查井周围路基填土与已填路基的良好结合的要求;3)满足施工作业的要求。为了便于压实机械的碾压，检查井周围路基回填区最小为50 cm。检查井周围填土与已填路基相接部分需采用适当的坡度相接，采用分层台阶式填筑。分层填筑总厚度与路基层的填筑厚度相同，半刚性材料层底部标高与检查井底部标高一致或略高。

3 损坏机理及治理措施的有限元分析

3.1 结构计算模型

模型采用多层弹性理论，层间接触条件为完全连续体系。

检查井井筒为砖砌结构，井盖为球墨铸铁井盖(φ 700)，设井高度为150 cm。模型选取8 m×8 m的一段路面进行研究，计算采用的路面结构材料参数见表1。车辆荷载为标准轴载BZZ-100，接地压强为 p=700 kPa，采用单圆荷载直径为 D(a)=0.302 m。计算采用了未设置半刚性过渡层的模型(记为A)和设置半刚性过渡层的模型(记为B)。

表1 路面结构材料参数表

3.2 计算结果分析

3.2.1 路表弯沉分析

1)从图1，图2可以明显看出，设置半刚性过渡层后，道路与检查井的沉降差呈弧线形变化。模型A最大竖向变形为0.473 mm，而模型B为 0.255 mm，减小约46%。

2)通过检查井直径的路面各点竖向变形(见图3)，可以看出设置半刚性过渡层后，检查井附近路面沉降明显减小，检查井与路面沉降差异最大值 UZmax;模型A为0.287 mm，模型B为0.171 mm，减小约38.4%，效果显著。竖向变形的最大位置出现在检查井与道路连接处距离检查井5 cm～35 cm区间(对于图3中 x坐标3.3 m～3.6 m)，这与实际路面损坏半径分布基本相同。

3.2.2 应力分析

1)从图4可以看出在检查井和道路连接处受拉应力较大，而在井盖边缘出现应力集中，这就是为什么道路破坏一开始表现为沿检查井井盖周边出现环向裂纹的原因。2)通过检查井直径的路面各点等效应力如图5所示。模型B的等效应力相对于模型A减小幅度较大。模型B的最大等效应力差异值为1.345 MPa，相对于模型A的最大差异值3.393 MPa，减小近63.4%，起到了很好的作用。

4 结语

1)在车辆荷载作用下，检查井与周围路面的刚度突变引起了检查井周围路面的开裂，继而导致了水损害。2)应用“刚柔过渡”原理，采用半刚性材料治理检查井周围路面因刚度差异引起的路面破损问题的措施是可行的。3)有限元计算表明，相同情况下，设置半刚性过渡层后，路面竖向变形和沉降差异均有较大幅度减小，能够显著减小检查井与周围路面的沉降差，在工程中有实际意义。4)设置半刚性过渡层无需特殊设备，材料为常规土建材料，在实际应用中具有较强的可行性与操作性。

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