公路路面開裂成因分析及處治方案的探討

彭松林

摘要:文章根據公路部分路段路面出不同程度的開裂現象及局部出現了沉陷現象,對這些公路病害的成因進行分析,并提出了相應的處治方案。

關鍵詞:公路路面;病害成因分析;處治方案

中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)10-0115-02

隨著國家對公路建設投資力度的加大,我國的公路工程建設發展十分迅速。但隨著公路的建成并投入運營后,公路部分路段的路面出現不同程度的開裂現象,局部路面還出現了沉陷現象,嚴重影響了這些路段的行車舒適感,甚至危及行車安全,對路基的穩定性也構成了威脅。文章針對這些公路病害產生的原因進行分析,并結合實際提出相應的處治方案。

1路面開裂成因公析

1.1存在的問題

經對幾個典型路段巖土工程勘察結果表明,主要存在以下四方面的問題:

①填土壓實度欠佳,甚至不達標。在部分路段進行的槽探中,采用灌沙法對上路床、下路床及上路堤進行了壓實度測試,試驗結果表明,每個槽探點均不同程度地存在壓實度不達標現象,達標率僅為12%。

②路基填料質量欠佳。在抽檢的幾個探槽中采集上路床、下路床、上路堤填土進行室內承載比(CBR)試驗,結果表明,某些路段填土的承載比值偏低,達標率為50%,由此可見,填料的承載比值偏低具有普遍性。另外,室內土工試驗成果表明,路基土均屬于或接近“雙高”細粒土,即“高液限、高塑性指數”,勘察發現,勘察期間路基填土的含水量普遍高于最佳含水量。

③路堤坡面排水、防滲水、保持水功能不足。勘察發現,部分土路肩培土高于硬路肩,導致路面散排水無法順利排除,易于沿交接處下滲;另外,部分路段的棱形骨架破損嚴重,大多數路堤邊坡的培土多屬粗粒土或含粗粒粘土,不適宜植物生長,防護植物成活率低,長勢普遍不良,造成大部分邊坡的路基填土裸露,沖刷嚴重。由此造成路堤坡面排水、防滲水、保持水功能不足。

④天然地基中局部存在較軟弱土層。勘察發現,個別路段的天然地基中,局部存在較軟弱土層,地基土性質欠均勻。

1.2路面開裂成因分析

造成路面開裂的原因是復雜的,涉及到的因素包括地基承載力、填土高度、填土性質、填土壓實度、路面質量、氣候環境、運營管理等等。

①地基承載力與填土高度。填土高度不同,對地基承載力的要求是不同的,填土容重以20 kn/m3計算,每10m填土對地基的附加壓力為200 kPa,一般未經加固處理的非軟土地基承載力為150～250 kPa,對于高填路堤的地基,一般需進行夯實、碾壓或其它加固處理,否則地基將產生過大壓縮變形,甚至失穩。

調查發現,填土高度大于9m的路段路面開裂現象很普遍,面且,填土越高,路面越容易出現開裂,而且越嚴重。一方面,高填路堤給地基施加較大的附加壓力,造成地基上產生較大的壓縮變形;另一方面,由于填土高度大,反映到路面的路基累積變形量就大于矮路堤。由此可見,路面開裂與填土高度有關,當填土壓實度等欠佳時,問題就更為突出了。

②填土性質。前面提到的“雙高土”具有以下幾種特征:

第一,具有“橡皮土”的特征,不易壓實,造成壓實度不達標。

第二,具有較強的親水性,容易吸收下滲的雨水,含水量增加,造成強度降低;而失水時,產生較大的收縮變形,由于縱向收縮受到的約束較大,路基在持久干旱季節容易產生橫向裂縫。

第三,具有明顯的流變性,在外界氣候環境變化(特別是干濕交替)的影響下,會出現持續、反復的變形,不易穩定。

另外,承載比CBR值是路基上的強度指標,使用CBR值不達標的土料填筑的路基抵抗破壞的能力較差。但是,據了解,由于條件所限,公路全線大量使用高液限、高塑指粘性土作為路基填料,但路面開裂僅集中出現在基中幾個標段,說明填土性質不良與路面開裂沒有必然關系。勘察結果也表明,進委巖土勘察的8個路段中,有5個路段的填土并非“雙高土”,但同樣出現了較為嚴重的路面開裂現象。由此可見,填土性質不良使得路基抵抗變形、破壞的能力降低,但不是路面開裂的主因。

③填土壓實度。填土壓實度不達標的直接表現就是路基承載力不足,在自重及車載作用下,路基產生過大奪縮變形。由于路線方向的變形約束大于側向的變形約束,變形向側向發展,進而導致路基土產生縱向裂縫,而路面結構層的容許變形量要小于路基土,路基上過大的側向變形或縱向開裂導致路面結構層產生過大應力,最終導致路面產生縱向裂縫。由此認為,填土壓實度不達標路段,容易產生縱向裂縫。

勘察結果表明,路面開裂路段的填土壓實度不足具有普遍性,而且路面以縱向開裂為主。因此認為,填土壓實度不足是造成路面開裂的重要原因。

④路面質量。路面結構層直接承受車輛荷載,質量好壞將直接影響其壽命。勘察結果表明,路面結構層質量普遍尚好,而且路面開裂幾乎都發生在填方路段,可以認為,路面質量不是造成路面開裂的主要原因。

⑤氣候環境。由于路堤坡面排水、防滲水、保折水功能不足,導致降雨及干旱對路基產生不良影響主要表現為:

第一,雨水大量下滲,使得路基土含水量增加,強度降低。

第二,雨水沿路基中已有裂縫滲入,產生水力劈裂作用,使得裂縫進一步延伸、擴大。

第三,雨水沖刷作用不斷帶走松散、細小顆粒,使得裂縫不斷擴大,加速了路基、路面變形破壞;第四,在干燥季節,路基土水分通過坡面大量蒸發,引起路基土收縮變形,產生裂縫。

由此認為,路堤坡面防護及綠化效果不佳對路面開裂起到加速作用。

⑥運營管理。主要體現在對車輛超載及道路養護的管理上。超載車輛對路面及路基的破壞是顯而易見的;而已破損路面、路基如果得不到及時修復,在裂縫末端將產生應力集中現象,加速裂縫擴展。

⑦綜合因素。造成路面開裂的因素是多樣的,而且不是孤立的,當其中某種因素導致細微裂縫出現后,其它不利因素會對裂縫的擴展起到推波助瀾的作用,加劇路面的開裂。因此認為,路面開裂是多種因素綜合作用的結果。

2處治方案說明

2.1治理路面開裂的對策

基于以上路面開裂成因分析,可以得出這樣的認識:路面開裂主要是由于路基變形或地基變形或兩者同時變形引起的。變形可分為垂直變形和側向變形,一般認為,目前路基及地基的垂直變形已趨于穩定,變形主要體現為側向變形。要防止路面進一步開裂,最有效的辦法就是約束側向變形。約束側向變形可通過兩面三刀的手段來實現:

①主動約束,通過改良填土、地基土的性質,增強其抵抗變形的能力;

②被動約束,通過在路基、地基外側設置支擋結構體限制側向變形。

2.2處治方案及可行性分析

考慮到項目的特殊性,處治方案必須具備以下條件:

①不能陰斷或嚴重影響交通現狀。

②不能大面積破壞現有路面、路基。

③滿足“安全、實用、經濟、快速”原則。

通過多方案比選,提出了以高壓旋噴灌漿、路面大導管垂直灌漿和設置固腳墻為主的綜合處治方案。

①高壓旋噴灌漿。采用三管法,在土路肩及路堤邊坡設置兩排高壓旋噴樁,嵌入地基土或反壓護道頂面以下2～3 m,約束路基側向變形。高壓旋噴灌漿的設備相對簡單,便于在狹小空間施工,對高速公路行車影響相對較小;另外,三管法高壓旋噴形成的樁徑較大,一般經驗認為樁徑可達1.3～1.5 m,具有較大的鋼度,抵抗側向變形的能力更強;其性價比優于水泥土深層攪拌樁,具有較好的可行性。

②路面垂直灌漿。在開裂的路面上以2.5 m的孔距垂直灌漿,灌漿深度3 m。灌漿在一定程度上對填土起到改良作用,最重要的是對裂縫起到封堵作用。但是,在以粘性土為主的壓實填土中灌漿,其可灌漿需經試驗方能確定,灌漿效果有待驗證。因此認為,路面垂直灌漿的可行性一般,可先進行試驗性施工,根據試驗效果指導后續施工。

③設置固腳墻。在高填路堤邊坡坡底設置固腳墻,目的是約束地基土側向變形。對于填方高于9.0 m的路段,特別是地基土相對較弱的高填方路段,約束地基土側仙變形是很有必要的。固腳墻采用片石干砌,一般規格為5m×3m(寬×高),在不新征土地的情況下,具有較好的可行性。

在具體路面開裂路段,根據具體巖土條件及路面破壞情況選擇以上措施的一種或多種進行處治,除采取以上三種措施外,尚應對裂縫進行一般性注漿封堵(對于未進行路面垂直灌漿的路段),對破損路面進行罩面處理,對邊

坡破損骨架進行修復,對沖刷嚴重、植物長勢不良的坡面進行重新培土綠化等。

3結 語

總之,在施工過程中應該加強施工管理,提高現場施工質量,規范施工,盡量提高公路的使用性能,延長其使用壽命,提高投資效益。

參考文獻:

[1] JTG F80/1-2004,公路工程質量檢驗評定標準(土建工程)[S].

[2] JTG F10-2006,公路路基施工技術規范[S].