上海道路窨井病害调研及机理分析

何智龙

（上海市浦东新区公路管理署，上海 200129）

0 引言

随着上海市城市建设的不断发展，人民生活水平的提高，汽车工业的发展，人们对公路和城市道路服务水平的关注程度和期望值越来越高。然而，上海市虽然在道路交通规划、工程建设、质量管理等方面做了大量工作，但道路作为一种公众服务产品，直接接受日晒、雨淋、车辆剪切和磨耗等作用，影响因素非常复杂，且上海具有夏季炎热持续时间长、降雨频繁雨量大、道路交通运输任务繁重、地方筑路材料（土质、石料等）性能较差等特点。在道路中，道路窨井病害导致路面平整度下降是一种比较突出的现象，目前也引起了越来越多的关注[1]。道路窨井病害导致了路面与窨井之间的差异沉降，产生了道路“路框差”问题，出现道路平整度问题，影响行车舒适性与安全性。引起窨井病害的原因比较复杂，病害机理没有深入分析[2]。目前在城市道路中的窨井病害问题比较突出，相应的解决措施，尤其是满足道路日常养护快速有效的措施较少。当前对于窨井病害机理研究甚少，本文在对上海地区多条道路进行调研的基础上分析道路窨井病害机理，从而为道路窨井病害的治理提供依据。

1 窨井病害调研

对上海地区的多条道路进行实地调研，测定路面与窨井的差异沉降，根据调研结果将道路窨井处的病害分为以下几类。

1.1 窨井沉降

窨井沉降较路面结构大，形成了一定的差异沉降，测量差异沉降大小。通过调研，根据差异沉降大小分为四类：0～5 mm为正常；5～10 mm为轻度；10～20 mm为中度；大于20 mm为重度。

分别现场调查了三条条道路，具体调研结果见表1所列。通过调研分析，一般道路的窨井沉降问题占窨井总数量的20%～40%，轻度沉降10%～20%。

表1 道路窨井沉降调研情况汇总表

通过调研得出，道路窨井差异沉降可以分为几个不同阶段。首先窨井轻微沉降，周边路面也产生局部沉降；当窨井沉降到一定程度时候，周围路面也产生较大沉降；当沉降到某种程度时候，路面材料的变形超过所能承受的变形时，路面产生开裂等损坏。在破坏初期，窨井周围材料会产生环形的开裂；当窨井沉降较为严重时，窨井周围材料会发生破碎，产生坑洞。

窨井沉降会影响行车的舒适性与安全性，我国《城镇道路工程施工与质量验收规范》规定新建道路路面与窨井的高差要小于5 mm。

目前对于窨井与路面高差对行车影响程度还没有研究，但是可以借鉴桥头跳车对于高差的影响分析。国内外关于桥头高差对于车辆行驶的影响有一些研究结论，Wahls[3]认为当台阶高度达1.2 cm时会产生跳车，需要修补。Stark等[6]认为当台阶高度为2.5 cm时会发生跳车，当达5.0～7.5 cm时会使行驶严重不舒适。国内冯忠居等[4]经过行驶实测表明：车速在60～140 km/h范围内，台阶高度在1.5 cm以下，对车辆行驶无明显影响；在1.5～3.5 cm范围内，车辆行驶速度受到一定影响，同时产生较明显颠簸。何启魁和田贵川[5]也通过调查表明：当台阶高度超过1.5 cm时，对车辆行驶有影响，并把1.5 cm作为维修的标准。鲍明伟和金太学把台阶高度2～4 cm作为维修的标准。

借鉴以上国内外对于桥头跳车高差的研究，在道路养护工程中窨井与路面高差控制在20mm以内。

1.2 窨井凸起

窨井沉降小于周围路面结构，导致窨井高于路面结构，窨井凸起，如图1所示。它会影响道路行车的舒适性与安全性。窨井凸起有两种情况：窨井本身结构凸起、窨井周围路面凸起。

1.3 窨井周围材料损坏

由于窨井结构、材料与周围路面相差较大，对于周围沥青路面施工难度较大，难以压实；而对于水泥路面也要单独施工，压实也存在问题。通过现场调研窨井周围损坏主要有几类：沥青路面窨井周围材料开裂、水泥路面窨井周围材料开裂、窨井周围修补材料损坏，如图2所示。

1.4 窨井井盖损坏

目前窨井井盖形式多种多样，材料也各不相同，有钢纤维混凝土、球墨铸铁的，通过调研发现，随着车辆荷载的作用，井盖也会出现了一系列的破坏。

1.5 窨井综合破坏

当窨井沉降进一步加重，可能导致周围材料与窨井结构等发生破坏，出现以上几种破坏现象综合出现，如图3所示。

2 窨井病害机理分析

根据上海地区窨井病害的调研与分析，造成窨井沉降破坏的病害原因很多，大致可归纳为主观因素和客观因素。从所归纳的破坏模式可以看出，不管那种病害，都是地基、窨井结构、路面与窨井结构相互作用的结果。因此，要从土的沉降压缩变形，以及其综合因素入手，通过分析地基、窨井结构、路面的沉降及变形规律，结合设计、施工及工程管理等方面的因素，进而将窨井病害的原因归结为以下几个方面。

2.1 窨井结构与周围路面连接处的刚度差异

窨井结构与周围路面材料不同，窨井结构一般为坚石砌筑或者混凝土浇筑而成，具有较大的刚度，而路基和路面组成的道路属于半刚性或柔性结构，因此在车辆荷载作用下，窨井结构传递荷载能力较小，而路基路面具有较好的传递分散荷载能力，因此窨井结构下的土基承受荷载较大，反复作用下产生的永久变形大，而周围道路的沉降较小，相对沉降差就不可避免出现，其结果必然引起“路框差”。

2.2 传统窨井的井盖安装问题

传统窨井的井盖都是直接安放在井体上的，且窨井又处于车行道之下，所以当窨井受到车轮荷载后，荷载就通过井盖、井体传到土基上。在长期的重复荷载作用下，土基就会被压缩而使井体和井盖下沉，从而导致周围路面出现局部的开裂和差异沉降，缩短了道路使用寿命，并且给行人、行车构成危险。

2.3 窨井结构下天然地基的沉降

天然地基在自身重力作用下的沉降量一般早已完成（正常固结），在其上修筑窨井结构后，由于车辆荷载与窨井结构重力作用，使地基承受附加荷载而成为欠固结土，从而产生沉降变形。地基沉降的原因有4个方面：

（1）地基土承载力低，容易产生较大的沉降量。

（2）地基土质压缩性大，固结时间长，当其受到上部路基填土的附加压力后，其应力扩散缓慢，孔隙水压力消散速度低下，在工程完工后其台后地基仍在继续下沉。

（3）自然沉降期短。随着经济的迅猛发展，人们对工期的要求越来越高，使得路基对地基的压实时间更加缩短，而地基需要稳定的时间并不随之改变，这就加重了竣工后地基的沉降量。

（4）车辆荷载与窨井结构重量直接影响地基的沉降量。

2.4 路面排水不畅及填土流失

当雨季路面排水不畅时，雨水会沿着路面裂缝和窨井连接部位的接缝渗入路基，致使填土产生冲刷和浸蚀，造成各种细粒土的流失。在外部气温循环变化和车辆荷载的冲击作用下，必然造成窨井沉陷，产生跳车现象。

2.5 窨井结构施工存在问题

按现行施工及验收规范要求，窨井施工工序及流程对挖土、浇筑混凝土基础、墙身砌筑及粉刷、井圈混凝土预制块安装、铸铁井盖框安装、井座周边混凝土浇筑等工序都有严格的要求。其中浇筑混凝土基础、墙身砌筑及粉刷、井圈混凝土预制块安装、铸铁井盖框安装、井座周边混凝土浇筑等工序施工不规范都是引起窨井下沉的主要原因。施工中由于进行沟槽的深挖施工,尤其是井边的回填造成土的密实度不够理想,在道路修筑完成开放交通后井边周围的道路下沉造成“路框差”。

此外，窨井周围的回填土与铸铁盖座四周的道路面层材料难以压实,路面竣工通车后,沿盖板四周及四角出现方形或放射性裂纹,且铸铁盖座的四周由于有肋的存在,把面层分隔成若干小块,随后出现凹陷现象,每逢下雨,雨水通过裂纹渗入路面结构层,车辆反复水平的震动、冲击促使路面面层开裂、剥落,同时增加了附加应力,造成铸铁盖座下强度较低的衬垫材料压碎和无固定措施的铸铁盖座向车行方向滑移。窨井处路面的高低不平和车辆的反复冲击作用,最终造成窨井的沉降。

2.6 设计因素的影响

城市道路窨井虽不是工程的主体结构,但根据使用功能来看,它是不可忽视的附属构筑物。我国目前尚无完善的设计标准与方法。由于上海市内的窨井设计等方面自行其是,甚至某些因素相互影响,窨井下沉的原因变得复杂起来。

3 结语

（1）对上海地区的多条道路进行实地调研，同时测定路面与窨井的差异沉降，按照沉降大小，将窨井沉降分为：正常、轻度、中度和重度，提出在道路养护工程中窨井与路面高差控制在20 mm以内。

（2）对窨井病害进行分类，主要分为：窨井沉降、窨井凸起、窨井周围材料损坏、窨井井盖损坏与窨井综合破坏。

（3）根据上海地区窨井病害的调研，从窨井结构、土基、材料、施工及设计方面，分析窨井病害产生机理。从而为窨井病害治理提供依据。

[1]王卫星，秦建华.城市道路窨井现状和面临的问题[J].浙江水利水电专科学校学报，2008，20（2）：67-70.

[2]孙新枝.窨井(雨水井)口周围路面病害及预防措施[J].公路与汽运，2002，(4)：31-32.

[3]张洪亮，胡长顺，吕文江.路桥过渡段容许差异沉降计算模型[J].交通运输工程学报，2005，5（1）：19-23.

[4]冯忠居，方贻立，龚坚城，等.高等级公路桥头跳车的危害及其机理分析[J].西安公路交通大学学报，1999，19（4）：33-35.

[5]何启魁，田贵川.沈大高速公路的桥头跳车及防治[J].东北公路，1994，（2）：47-48.