山區(qū)公路路基拓寬主要病害及病害機(jī)理

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院 重慶 400021)

一、緒論

隨著山區(qū)公路工作得到了高度的重視，我國山區(qū)公路的建設(shè)逐步發(fā)展，基本已經(jīng)形成了較高服務(wù)水平的公路網(wǎng)。經(jīng)濟(jì)逐步提高的同時(shí)，人們的出行需求增多，現(xiàn)有的公路建設(shè)逐漸無法滿足日益增大的交通需求，一些道路已經(jīng)出現(xiàn)了交通飽和的態(tài)勢[1]。

早期的山區(qū)公路建設(shè)因經(jīng)濟(jì)及技術(shù)水平等原因，受到了一定的限制，原有部分道路已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的交通需求。在此基礎(chǔ)上，許多舊路拓寬改建項(xiàng)目如雨后春筍般興起。山區(qū)公路拓寬改建的工程也逐漸增多，這在某種程度上極大的緩解了當(dāng)?shù)氐慕煌▔毫Γ龠M(jìn)了經(jīng)濟(jì)的增長。而且，在滿足交通需求、提高道路通行能力的同時(shí)，舊路改建也有許多的優(yōu)勢。相比新建道路，舊路拓寬可以大幅度的降低工程造價(jià)、節(jié)約建設(shè)經(jīng)費(fèi)，相應(yīng)的人力物力也會(huì)減少[2]。同時(shí)，對道路的占有率也會(huì)降低，不用重新規(guī)劃土地用于道路的建設(shè)。在此基礎(chǔ)上，舊路也不會(huì)被浪費(fèi)，得到了充分的利用[3]。

但是由于各種原因，在實(shí)際應(yīng)用過程中，拓寬道路路面經(jīng)常出現(xiàn)縱、橫向裂縫等病害，新老路基拼接部位由于施工時(shí)間的不同，路堤的壓縮程度和固結(jié)程度不同，新舊路基產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形，路面也出現(xiàn)了不同程度的損壞現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了道路的使用質(zhì)量，造成了大量的維修費(fèi)用[4-5]。

二、公路加寬主要病害

調(diào)查研究表明，與新老路基結(jié)合不良有關(guān)的相關(guān)病害主要有四類，即：路基損壞、支擋結(jié)構(gòu)損壞、路面損壞、路面整體性能下降。其中，路面損壞是新老路基結(jié)合最常見的病害，路基損壞和支擋結(jié)構(gòu)損壞是穩(wěn)定性不足在拓寬工程中的表現(xiàn)，而路面整體性能下降是伴隨著以上各種病害的發(fā)展而產(chǎn)生。

這種病害表現(xiàn)為拓寬路基沿新老路基結(jié)合面發(fā)生滑移，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生整體坍塌。這種病害在山區(qū)陡坡地形、軟弱地基、高填方路堤等拓寬路段較容易發(fā)生。當(dāng)拓寬路基沿結(jié)合面滑移量較小時(shí)，新老路基結(jié)合面會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，導(dǎo)致新老路基結(jié)合部位的路面開裂，雨水由裂縫進(jìn)入，結(jié)合面強(qiáng)度急劇降低，給路基穩(wěn)定性留下更大的隱患;當(dāng)滑移量較大或整體坍塌時(shí)，造成拓寬路面整體破壞，甚至使原有路基相繼出現(xiàn)失穩(wěn)，并導(dǎo)致原有路面也發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞和使用功能的下降。

路基的差異變形會(huì)通過路面結(jié)構(gòu)反映到路表上，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的損壞。瀝青路面會(huì)在結(jié)合部產(chǎn)生縱向裂縫、面層破碎、結(jié)合料松散、道路橫坡改變等。水泥混凝土路面會(huì)在結(jié)合面附近出現(xiàn)擴(kuò)展的縱縫或橫縫、錯(cuò)臺(tái)，進(jìn)一步發(fā)展會(huì)引起板底卿泥、脫空，裂縫處板塊斷裂以及裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展等現(xiàn)象。

隨著路面病害的產(chǎn)生和道路縱橫坡的變化，道路結(jié)構(gòu)性能和服務(wù)性能也隨之下降，當(dāng)路面狀況指數(shù)(PCI)、結(jié)構(gòu)承載力、平整度等下降到一定程度時(shí)，還將影響行車安全。

同時(shí)，路基的差異變形也會(huì)對支擋結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，支擋結(jié)構(gòu)損壞是路基損壞的特殊形式。表現(xiàn)為擋墻墻面開裂、墻體整體滑移、傾覆等。擋墻一般設(shè)置在原地面邊坡較陡處，以平衡新填路堤的下滑力。一旦支擋結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，給拓寬路面的正常使用帶來隱患。

經(jīng)過較長時(shí)間的實(shí)際路段的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分的拓寬公路病害具有以下的特點(diǎn)：

(1)裂縫均集中在高路基拓寬路段；

(2)出現(xiàn)裂縫的拓寬部位地質(zhì)情況較差，一般均存在軟土層、水塘、低注地；

(3)裂縫所在位置均發(fā)生在老路上；

(4)根據(jù)施工記錄及工后記錄，路基工程一般工期均在3個(gè)月左右，裂縫產(chǎn)生時(shí)間一般在工后3個(gè)月，裂縫穩(wěn)定時(shí)間不一。

三、路基拓寬病害機(jī)理

拓寬公路出現(xiàn)的各種病害，其產(chǎn)生的原因是多方面的，如地質(zhì)勘測不細(xì)致、設(shè)計(jì)未充分重視、施工質(zhì)量未達(dá)到要求等。按照病害的類型，可以從兩個(gè)主要方面分析其產(chǎn)生機(jī)理，即新路基穩(wěn)定性不足和新老路基不協(xié)調(diào)變形。

(一)新路基穩(wěn)定性不足

新路基穩(wěn)定性不足是指拓寬路基自身穩(wěn)定性不能充分滿足穩(wěn)定要求，其產(chǎn)生的原因包括拓寬部位地基過陡和拓寬部位地基軟弱。

當(dāng)?shù)鼗嬖谲浫跸屡P層，如壓縮系數(shù)大、流變性顯著的軟土，新老路基結(jié)合部結(jié)合強(qiáng)度不足，從而發(fā)生自結(jié)合面至軟弱層底面的滑動(dòng)面。另外，軟弱下臥層具有流變性，側(cè)向變形非常大，軟弱地基土向路堤外側(cè)擠出，拓寬路基坡腳出現(xiàn)起拱現(xiàn)象，并伴隨塑性區(qū)域的開展，最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

(二)新老路基不協(xié)調(diào)變形

若地基下臥層土質(zhì)條件較差，土體壓縮性大、固結(jié)時(shí)間長，地基在新路基荷載作用下，施工結(jié)束后仍然發(fā)生較大的固結(jié)沉降;而老路基作用下的地基在老路堤自重荷載作用下固結(jié)變形已完成或基本完成。故在新路堤自重荷載作用下地表發(fā)生不協(xié)調(diào)變形，并最終反映到路堤頂面，造成路面結(jié)構(gòu)的損壞。

路堤在自身荷載作用下會(huì)發(fā)生壓縮變形，老路基已經(jīng)通車運(yùn)行一段時(shí)間，老路基在荷載作用下的壓縮變形己經(jīng)完成，而新填路堤在施工結(jié)束后仍發(fā)生部分壓縮變形。另外，由于山區(qū)公路拓寬改建通常受地形限制，拓寬幅度多則3～4米，少則1～2米，陡峭地形外側(cè)拓寬的路段，填方高度可達(dá)加寬寬度的數(shù)倍；而路基填方施工時(shí)大型壓實(shí)機(jī)具很難發(fā)揮作用，壓實(shí)難度較大，而較低的壓實(shí)度會(huì)使路基塑性累積變形大大增加。

四、結(jié)論

本次研究統(tǒng)計(jì)了公路加寬的主要病害，包括滑移、裂縫及坍塌等，并從工程經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)有研究基礎(chǔ)總結(jié)了路基拓寬病害的機(jī)理，為后續(xù)開展路基拓寬病害處置與優(yōu)化提供基礎(chǔ)。