公路路基路面病害成因及治理措施

李成琳

摘 要：為了提高公路工程建設(shè)水平，首先從路基邊坡設(shè)計、排水、沉降等方面探討了路基病害，并提出了確定合理的邊坡形式坡度、布置完善的排水系統(tǒng)、鋪土工格柵、采用輕質(zhì)填料等方法來解決。隨后探討了路面裂縫和路面車轍的病害機(jī)理，提出了槽灌縫法、填縫法、微表處、現(xiàn)場熱再生等處治措施，研究成果可為類似的公路路基路面處治提供一定理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：公路工程;路基病害;路面病害;治理措施

0 引言

我國交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善，公路工程的建設(shè)速度日益提高。隨著交通量和運營時間的不斷增長，公路路基路面由于養(yǎng)護(hù)不及時或養(yǎng)護(hù)措施選擇不當(dāng)，在溫濕度變化、降雨、車輛反復(fù)荷載等原因作用下，容易出現(xiàn)一定程度的損傷，影響行車安全和舒適度[1]。同時，在未來，公路工程必然會從擴(kuò)張施工慢慢轉(zhuǎn)變至養(yǎng)護(hù)運營。故分析公路路基路面病害形式、成因及相應(yīng)的處治措施具有十分重要的工程意義。

1 公路路基病害形式及治理措施

1.1 路基常見病害

1.1.1 路基邊坡設(shè)計不合理

路基邊坡穩(wěn)定易受到地形地貌、施工技術(shù)等因素干擾，可能會遇到較大規(guī)模的高填深挖，改變原有的應(yīng)力場和地質(zhì)條件[2]。如果對邊坡設(shè)計不合理，會使得邊坡安全系數(shù)較低，從而導(dǎo)致邊坡大變形、滑坡、坍塌等災(zāi)害。

1.1.2 路基排水不暢

水對公路路基損毀十分嚴(yán)重，路基大多數(shù)病害都直接或間接和水相關(guān)。這是因為水分滲進(jìn)路基后，路基在外界環(huán)境變化和反復(fù)車輛荷載的作用下抗變形能力和整體穩(wěn)定性降低，從而影響路面的使用性能。

1.1.3 路基沉降過大

公路路基沉降處治不當(dāng)，可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞、路面開裂等病害，會對路面使用性能、通行能力等產(chǎn)生直接的影響。路基沉降=路堤本身沉降+地基沉降，其中地基沉降基本占路基總變形75%以上。隨著路基填土高度的增加，填土自重荷載越大，在地基土中產(chǎn)生的附加應(yīng)力越大，會使得路堤本身沉降和地基沉降量不斷增加。尤其是高填方路基，沉降過大的現(xiàn)象十分普遍。

1.2 路基病害預(yù)防措施

1.2.1 確定合理的邊坡形式和坡度

公路路基邊坡形式主要有直線型、折線型、臺階型，見圖1。其中直線型邊坡設(shè)計施工簡單、從坡頂至坡腳坡度相同，適用于路基邊坡高度較?。ú怀^10 m）的路段;折線型邊坡從坡頂至坡腳坡度采用不同坡度，一般上陡下緩，變坡點通常布置在巖土性質(zhì)差異較大處。同時，為了控制邊坡施工質(zhì)量，折線變坡點往往以2～3次最佳。臺階型邊坡是每8 m～10 m布設(shè)一個平臺以減小降雨對坡面沖刷，提高邊坡穩(wěn)定性，平臺寬度不小于 2 m，并設(shè)置2%～4%橫坡[3]。

土質(zhì)路基邊坡坡度確定時應(yīng)考慮邊坡高度、地下水位、用地范圍等因素，巖石路基邊坡應(yīng)綜合考慮巖性完整性、堅硬度、地質(zhì)構(gòu)造、水位高低等因素確定坡度，尤其對于風(fēng)化嚴(yán)重巖石邊坡，邊坡坡度可適當(dāng)放緩，設(shè)計人員可參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015）中對邊坡坡度的建議值。

當(dāng)路塹邊坡高度大于20 m或填土路堤邊坡高度大于20 m

或填石路堤高度邊坡大于30 m，應(yīng)計算路基邊坡安全系數(shù)，并根據(jù)計算結(jié)果確定合適的邊坡形式、邊坡坡度等。

1.2.2 路基排水處理方法

路基排水設(shè)計一定要建立完整的排水系統(tǒng)，邊溝、排水溝、截水溝等常用排水設(shè)施根據(jù)項目特征和排水需求來擬定方案。此外，還可從以下幾個方面加強(qiáng)路基排水效果[4]：第一，中央分隔帶設(shè)置地下排水設(shè)施來收集滲進(jìn)中央分隔帶內(nèi)部的水分，且每隔100 m～200 m設(shè)置集水井與橫向排水管將水排出。如果條件允許，還可在中央分隔帶植草綠化;第二，路基邊緣處設(shè)置縱向碎石排水盲溝，坡度與路線縱坡保持一致?？v向盲溝可用于匯集滲進(jìn)老路路面結(jié)構(gòu)的各種水分;第三，設(shè)置路基排水層，該結(jié)構(gòu)與路面墊層類似，排水材料可選擇碎石、砂礫等，其功能是阻隔地下水位或路基兩側(cè)水流以毛細(xì)水的形式上升至路基內(nèi)部，降低水分對路基強(qiáng)度及整體穩(wěn)定性的影響。

1.2.3 減小路基沉降

為了減小路基沉降，主要有以下幾種措施：第一，要加強(qiáng)野外勘察，充分收集公路沿線地質(zhì)資料，盡可能的避免高填方路堤。如果高填方路基處在填挖交界或縱坡較大路段，可開挖臺階來提高路基的整體穩(wěn)定性，減小路基沉降;第二，鋪土工格柵。填方路基各層之間鋪土工格柵，可以形成加筋土，提高了土體的抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和壓縮模量，降低填料的可壓縮性，從而減小路基沉降變形;第三，采用輕質(zhì)填料。輕質(zhì)材料一般重度較小，路基填筑采用輕質(zhì)材料能有效地降低作用在地基上的荷載，從而減小土體中的附加應(yīng)力和沉降變形。在填筑輕質(zhì)材料路段和一般路基之間要開挖臺階設(shè)置過渡段，臺階高度在0.5 m～1.0 m，坡比宜為1：1～1：2，以確保路基的整體穩(wěn)定性。

2 公路路面常見病害及治理措施

2.1 公路路面常見病害

根據(jù)路面損傷原因不同，可能同時出現(xiàn)多種類型病害，典型的路面病害有裂縫、車轍、坑槽等。同時，各種路面病害形式隨機(jī)組合，相互作用，形成復(fù)雜路面病害系統(tǒng)。

2.1.1 路面裂縫

路面裂縫是引起路面使用性能衰減的直接原因。路面裂縫病害根據(jù)發(fā)生機(jī)理能分為低溫收縮裂縫、反射裂縫和荷載裂縫三類，其中低溫收縮裂縫出現(xiàn)機(jī)理是瀝青受溫度影響大，在冬季氣溫較低，導(dǎo)致瀝青應(yīng)力松弛無法抵消溫度應(yīng)力地持續(xù)增長。當(dāng)溫度應(yīng)力大于瀝青混合料抗拉強(qiáng)度，路面則可能出現(xiàn)橫線裂縫;反射裂縫主要出現(xiàn)在基層為半剛性材料的瀝青混合料路面，這是因為瀝青混合料路面所處地外界環(huán)境溫度驟降時，基層材料會大幅度收縮，使得瀝青面層產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)或增大原有裂縫。同時，反射裂縫還會受應(yīng)力疊加效應(yīng)的影響，加劇裂縫處應(yīng)變，使裂縫寬度增加;荷載裂縫產(chǎn)生機(jī)理是在反復(fù)車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過瀝青混合料容許拉應(yīng)力，從而使面層出現(xiàn)荷載裂縫。

2.1.2 路面車轍

車轍是公路瀝青路面最嚴(yán)重病害之一，根據(jù)車轍產(chǎn)生原因可將其劃分成失穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)性（永久性）、壓密性及磨耗性車轍。各類車轍的出現(xiàn)成因如下[5]：

失穩(wěn)性車轍危害程度大，經(jīng)常出現(xiàn)在公路上坡路段，尤其是山區(qū)公路車轍病害更加嚴(yán)重。失穩(wěn)性車轍往往呈“W型”，其形狀主要與車輪構(gòu)造，車速、車輪胎行駛所受的橫向應(yīng)力等因素密切相關(guān)。

結(jié)構(gòu)性車轍一般呈“U型”，它的出現(xiàn)是因為路基受荷載產(chǎn)生變形，并發(fā)射到瀝青路路面所引起。結(jié)構(gòu)性車轍地變形量小，但寬度十分明顯，不易修復(fù)。

壓密性和磨耗型車轍主要是因為瀝青路面結(jié)構(gòu)層在反復(fù)車輛荷載、自然環(huán)境等因素作用下，瀝青被碾壓實或侵蝕所導(dǎo)致。

瀝青路面車轍病害發(fā)生機(jī)理主要有內(nèi)因和外因兩個方面，前者包括瀝青混合料和路面結(jié)構(gòu)類型等，后者包括氣候變化、交通條件、施工質(zhì)量等因素。

瀝青混合料強(qiáng)度由其內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力決定，可以用摩爾-庫倫理論解釋這一現(xiàn)象：

式中：—瀝青混合料抗剪強(qiáng)度，kPa;—瀝青混合料所受正應(yīng)力，kPa;—瀝青與填料的粘結(jié)力，kPa;—瀝青混合料摩擦角，度。

2.2 公路路面病害治理措施

2.2.1 路面裂縫處治

目前針對公路路面裂縫處治主要有開槽灌縫法、填縫法等技術(shù)。開槽灌縫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，它是利用開槽機(jī)沿著原裂縫鑿出寬1.2 cm～1.5 cm、深1.5 cm～1.8 cm槽，并使用灌封機(jī)把加熱后的灌縫材料壓入裂縫，作業(yè)效率高、使用壽命長，但前期設(shè)備費用和施工成本偏高。填縫技術(shù)通常用于裂縫寬度小于3 mm的非工作縫處治[6]。此外，修補(bǔ)材料選擇是影響裂縫養(yǎng)護(hù)成效關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，修補(bǔ)材料應(yīng)具有良好的粘彈性、抗裂性、低溫穩(wěn)定性等特點，不得直接采用熱瀝青混合料，熱瀝青難以滲入面層，大多殘留在路表效果不佳。

2.2.2 路面車轍處治

近年來，針對瀝青路面車轍處治主要有微表處、現(xiàn)場熱再生等方法。微表處技術(shù)是以改性乳化瀝青為粘接料的，在現(xiàn)場冷拌施工，其適用范圍廣、工程造價低，對環(huán)境污染較小，并能改善瀝青路面的承載能力?，F(xiàn)場熱再生技術(shù)是通過對原路面加熱重熔、回收舊瀝青混合料，加入再生劑重新攪拌、攤鋪、碾壓，形成新的路面結(jié)構(gòu)層?，F(xiàn)場熱再生技術(shù)對于實現(xiàn)道路可持續(xù)發(fā)展及節(jié)能環(huán)保具有十分重要的意義，但該方法是完全依賴再生劑性能，不摻入新瀝青或集料，無法調(diào)整瀝青混合料級配，對提高路面性能作用不大。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)分析了公路路基路面常見的病害形式、發(fā)生機(jī)理及相應(yīng)的處治措施，主要得到了以下幾個方面的結(jié)論：（1）公路路基常見問題包括路基邊坡設(shè)計不合理、路基排水不暢、路基沉降過大等，可通過確定合理的邊坡形式坡度、布置完善的排水系統(tǒng)、鋪土工格柵、采用輕質(zhì)填料等方法來提高路基建設(shè)質(zhì)量。（2）公路路面常見病害有局部破損、裂縫、坑槽、車轍等，各種病害形式隨機(jī)組合，相互作用，形成復(fù)雜路面病害體系;（3）公路路面常見病害有裂縫、車轍等，設(shè)計人員應(yīng)在清楚病害機(jī)理前提下選擇開槽灌縫法、填縫法、微表處、現(xiàn)場熱再生等方法處治。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃開正.高速公路路基路面早期病害檢測及處治[J].中華建設(shè)，2019（12）：120-121.

[2]霍立軍.公路路基路面病害處治[J].交通世界，2017（22）：42-43.

[3]韋世貴.淺談欽防高速公路路基路面病害及處治方案[J].西部交通科技，2016（3）：12-14+34.

[4]何銘，張撿.高速公路路基路面病害處治措施的研究[J].廣東建材，2011，27（5）：138-140.

[5]黃睿.高速公路路基路面早期病害檢測及處治技術(shù)研究[D].長安大學(xué)，2010.

[6]周立榮，向波，周德培.重慶上界高速公路路基路面病害分析及處治[J].路基工程，2006（5）：143-144.