公路路基路面病害成因及處治措施

鄧超

摘要 為了提升公路工程管養(yǎng)水平，文章總結(jié)了公路路基路面的病害檢測技術(shù)，從路基沉陷、邊坡滑塌、排水設(shè)施沖毀成因、橋頭跳車等方面分析了路基的病害成因及治理措施，從瀝青路面裂縫、車轍、水泥路面的錯臺和斷板等方面分析了路面的病害成因及治理措施。

關(guān)鍵詞 公路；路基路面；病害檢測；病害成因；處治措施

中圖分類號 U418文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0138-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路工程作為重要的基礎(chǔ)交通設(shè)施，其建設(shè)里程逐年增加，對建設(shè)質(zhì)量的要求也越來越高。公路在運營期間，路基路面會受到車輛荷載的反復(fù)作用，從而出現(xiàn)路基沉陷、邊坡滑塌、瀝青路面裂縫、車轍等病害，影響行車安全性和舒適度，嚴(yán)重地會造成交通安全事故。如果對路基路面病害處治不當(dāng)，病害可能進(jìn)一步惡化。然而，大多數(shù)公路管養(yǎng)人員在處理路基路面病害時，盲目套用其他項目的圖紙，對病害機(jī)理了解不夠深入，使得處治方案適用性差[1]。因此，探究公路路基路面病害成因和處治措施具有重要的工程意義。

1 公路路基路面病害檢測

在分析公路路基路面病害成因之前，要先對路基路面病害進(jìn)行檢測。只有病害檢測結(jié)果準(zhǔn)確，才能有針對性地選擇處治措施[2]。

1.1 路面病害檢測

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210—2018），公路路面的病害檢測內(nèi)容涉及彎沉、平整度、摩擦系數(shù)、破損狀況、裂縫等，具體檢測方法的總結(jié)見表1。

1.2 路基病害檢測

探地雷達(dá)技術(shù)作為一種新型路基病害檢測技術(shù)，開始在越來越多的項目中應(yīng)用。由電磁波傳播理論可知，探地雷達(dá)配置的發(fā)射天線發(fā)出的電磁波能穿過層狀介質(zhì)，并在不同介質(zhì)交界處會產(chǎn)生波的折射與反射。反射波會被接收天線接收，折射波會繼續(xù)向下層巖土介質(zhì)中傳播。影響探地雷達(dá)檢測效果的關(guān)鍵因素是電導(dǎo)率和介電常數(shù)，電導(dǎo)率越高，介電常數(shù)越大，探地雷達(dá)穿透深度越低。路基病害檢測結(jié)束后，要對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其流程如下：導(dǎo)出檢測數(shù)據(jù)→文件預(yù)處理→數(shù)據(jù)處理（濾波、偏移、變換等）→圖像編輯→輸出處理結(jié)果。

2 路基病害成因及處治措施

2.1 路基病害成因

2.1.1 路基沉陷成因

公路路基沉陷是指路基在縱向產(chǎn)生大面積不均勻沉降，使得局部路段破壞，造成瀝青路面網(wǎng)裂、坑槽、破損等，嚴(yán)重的會導(dǎo)致交通中斷。路基沉陷的原因包括：①局部路段路堤填料的CBR、最大粒徑等指標(biāo)不滿足要求或壓實質(zhì)量控制不當(dāng)，導(dǎo)致路基在運營期間產(chǎn)生較大工后沉降；②對不良地質(zhì)路段的勘測或調(diào)查不詳細(xì)，選擇的地基處理方法不當(dāng)或處理深度不足；③路面結(jié)構(gòu)層配合比設(shè)計不合理，透水性過大，使得雨水徑流滲入路基內(nèi)部[3]。

2.1.2 邊坡滑塌成因

當(dāng)公路邊坡軟弱結(jié)構(gòu)面上的下滑力＞抗滑力，邊坡就會出現(xiàn)滑塌破壞。以圖1為例，巖體ABC是潛在滑坡體，邊坡開挖后出現(xiàn)臨空面。如果采取的加固措施不合理，滑體可能沿著BC面滑動。

導(dǎo)致公路邊坡滑塌的因素有內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)在因素包括地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、邊坡坡度和坡高、巖體強(qiáng)度等。外在因素包括降雨、地震、人工活動等。大量工程實踐表明，90%以上的公路邊坡滑塌病害都與地層巖性或降雨有關(guān)，故該文針對這兩個原因展開分析。地層巖性直接影響邊坡巖土體強(qiáng)度，從而影響邊坡穩(wěn)定性。邊坡巖土體性能越差（比如板巖、千枚巖等軟弱圍巖），邊坡安全系數(shù)越小。同時，在連續(xù)降雨條件下，雨水會通過邊坡縫隙滲入到坡體內(nèi)部，增加邊坡巖土體重度（增加下滑力），減小其抗剪強(qiáng)度（減小抗滑力），從而減小邊坡安全系數(shù)[4]。

圖1 公路邊坡滑塌破壞

2.1.3 排水設(shè)施沖毀成因

公路路基排水設(shè)施損毀一般出現(xiàn)在路基或橋涵跨越?jīng)_溝位置，一方面是因為排水設(shè)施的基底壓實度不足，存在大量“虛土”，在雨水作用下被淘蝕，使得排水設(shè)施懸空或斷裂；另一方面是因為排水溝、急流槽等排水設(shè)施的圬工砌筑質(zhì)量差或砌筑厚度不滿足設(shè)計文件要求，水流量大時容易被損毀。

2.1.4 橋頭跳車成因

路基填料為粉質(zhì)黏土、粉土、砂性土、碎石等，剛度較小，抗變形能力小，在車輛荷載反復(fù)作用下工后沉降大。而橋臺建造是使用鋼筋混凝土材料，剛度大，抗變形能力大，且在橋臺基礎(chǔ)下用樁基礎(chǔ)加固，導(dǎo)致其工后沉降較小。公路經(jīng)過多年運營，其路基和橋頭間會產(chǎn)生較大的沉降差。

2.2 路基病害處治措施

2.2.1 路基沉陷處治

為了防止公路路基沉陷，路基填料的CBR、最大粒徑等參數(shù)要滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）及設(shè)計文件的要求，并在路基壓實時嚴(yán)格控制填料的含水量。當(dāng)填料含水率小于最佳含水率，壓實前可通過補(bǔ)水來增加填料含水率；反之，需對路基填料進(jìn)行晾曬或摻入水泥、石灰等無機(jī)結(jié)合料。同時，要加強(qiáng)不良地質(zhì)勘察，查明軟弱土地基的分布范圍及深度，準(zhǔn)確測定土體的物理力學(xué)參數(shù)，為軟土地基加固方案設(shè)計提供依據(jù)[5]。在選擇地基處理方案時，對強(qiáng)夯、水泥攪拌樁、CFG樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性比選。

2.2.2 邊坡滑塌處治

公路邊坡滑塌后，應(yīng)及時清理路面落石，以免影響車輛通行，危害司乘人員的安全。如果邊坡滑塌嚴(yán)重，應(yīng)封閉交通。邊坡滑塌處治方法應(yīng)結(jié)合邊坡破壞情況及巖土體條件選擇，具體如下：①對于坡面淺層滑塌，可將坡面清理干凈后，施工護(hù)面墻，防止雨水沖刷；②對于滑坡滑塌嚴(yán)重的路段，應(yīng)進(jìn)行刷方、減載，采用預(yù)應(yīng)力錨（桿）索框架梁。預(yù)應(yīng)力錨（桿）索的長度、間距、傾角等參數(shù)應(yīng)結(jié)合邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果確定。邊坡使用預(yù)應(yīng)力錨（桿）索框架梁加固后安全系數(shù)仍不滿足規(guī)范要求的，可用抗滑樁來加固邊坡。

2.2.3 排水設(shè)施沖毀處治

公路路基排水設(shè)施沖毀處治首先要合理計算水文水力參數(shù)，隨后要選擇合理的排水設(shè)施。

根據(jù)《公路排水設(shè)計規(guī)范》（JTGT D33—2012），公路路基各種排水設(shè)施的設(shè)計徑流量Q計算見式（1）：

（1）

式中，qp、t——平均降雨強(qiáng)度（mm/min）；——徑流系數(shù)，具體取值見表2；F——匯流面積（km2）。

表2 徑流系數(shù)參考值

計算區(qū)域 徑流系數(shù) 計算區(qū)域 徑流系數(shù)

瀝青路面 0.95 粗粒土坡面 0.10～0.30

水泥路面 0.9 軟質(zhì)巖石坡面 0.50～0.75

細(xì)粒土坡面 0.40～0.65 硬巖石坡面 0.70～0.85

公路路基排水時最常用的構(gòu)造物是邊溝和急流槽。為了防止排水設(shè)施沖毀，邊溝的排水長度不宜過長，并在出水口設(shè)置消能設(shè)施。在條件允許時，邊溝盡量采用混凝土預(yù)制塊鋪砌，以提高其抗沖刷能力。此外，急流槽是用于溝通路基上、下線排水的，其水流速度快、沖刷力大，必須做好急流槽底部消能設(shè)施的安裝。該文結(jié)合《公路排水設(shè)計手冊》，計算了消力池、跌水、加粗槽身、消力坎等措施對水流能力的消減效果，見圖2。

圖2 不同底部消能措施的效果

圖2計算結(jié)果表明：消力池對急流槽內(nèi)水流的消能效果最好，可削減83%的沖刷能量。而加粗槽身對水流的消能效果最差，只削減了30%的沖刷能量，不建議該方案單獨用于排水設(shè)施沖毀處治中。

2.2.4 橋頭跳車處治

公路橋頭跳車處理常用高壓噴射注漿法，即利用高壓設(shè)備將水泥漿液噴射到與橋臺相接的路基土內(nèi)部，漿液與土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改善土體受力，提高土體強(qiáng)度和抗變形能力。根據(jù)流體力學(xué)理論，高壓噴射的速度v和流量Q可按式（2）（3）計算：

（2）

Q=vF （3）

式中，φ——噴嘴流速系數(shù)；g——重力加速度，取9.81 m/s2；p——噴嘴壓力（kPa）；γ——水的重度，取1 000 kN/m3；F——噴嘴出口面積（m2）。

3 路面病害成因及處治措施

3.1 路面病害成因

3.1.1 瀝青路面裂縫病害

裂縫是公路瀝青路面最常見的病害，不僅影響公路的美觀性，還容易擴(kuò)展，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)損毀。瀝青路面裂縫有橫向裂縫、縱向裂縫及不規(guī)則裂縫等形式。不同類型的裂縫成因如下：①橫向裂縫與路基中心線垂直，大多是因為瀝青混合料面層或半剛性基層內(nèi)的拉應(yīng)力超過材料的極限抗拉強(qiáng)度所致；②縱向裂縫走向與行車方向相同，且長度較長。路基填筑時壓實度控制不均勻或瀝青路面的縱向接縫處理不當(dāng)，都會形成縱向裂縫；③不規(guī)則裂縫多呈“網(wǎng)格狀”，長度較小，一般出現(xiàn)在行車道上，受車輛荷載（尤其是超載或重載車輛）的影響較大。

3.1.2 瀝青路面車轍病害

公路瀝青路面車轍是指路面在車輛荷載循環(huán)作用下所產(chǎn)生的凹凸變形，有結(jié)構(gòu)性車轍、失穩(wěn)性車轍、磨損型車轍等。無論哪種車轍，其變形都會經(jīng)歷壓密→流動→骨架破壞3個階段。大量工程實踐表明，公路瀝青路面車轍病害與溫度和瀝青混合料配合比密切相關(guān)。如果公路所在區(qū)域的夏季高溫時間長，瀝青路面更容易出現(xiàn)車轍。此外，瀝青混合料在配合比設(shè)計時，如果油石比過大，會導(dǎo)致礦料級配嵌擠能力不足，在車輛荷載作用下也容易產(chǎn)生車轍。

3.1.3 水泥路面錯臺、斷板病害

當(dāng)水泥混凝土路面裂縫沒能及時處理，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展容易導(dǎo)致路面斷板。水泥混凝土路面的基層頂面受水流沖刷后，細(xì)集料流失，導(dǎo)致面板底部脫空，相鄰面板在接縫兩側(cè)存在一定的高差而導(dǎo)致錯臺。

3.2 路面病害處治措施

3.2.1 瀝青路面裂縫處治

對于橫向裂縫或縱向裂縫，可采用開槽灌漿技術(shù)。開槽使用開槽機(jī)，槽寬1.5～2.0 cm、槽深2～3 cm，并用氣槍將槽內(nèi)灰塵清理干凈。而密封膠應(yīng)加熱至設(shè)計溫度后方可灌入槽內(nèi)，灌注結(jié)束后至少冷卻養(yǎng)護(hù)15 min再開放交通；對于不規(guī)則裂縫，一般使用稀漿封層技術(shù)處理。稀漿封層中的瀝青宜選用改性乳化瀝青，石料級配可與老瀝青路面保持一致。

3.2.2 瀝青路面車轍處治

公路瀝青路面車轍病害可用厚1.5～2.5 cm的超薄磨耗層處理。超薄磨耗層的施工技術(shù)與稀漿封層技術(shù)相似，但需要在超薄磨耗層與舊瀝青路面之間噴灑一層黏層油。由于車轍處“凹型”，需給攤鋪機(jī)配“V形”攤鋪槽，以保證攤鋪厚度。

3.2.3 水泥路面錯臺、斷板處治

水泥路面斷板可采用植筋補(bǔ)強(qiáng)+灌縫的處理方案，見圖3。在實際施工時，需注意鋼筋的打入角度和長度，不可打穿混凝土面板。

圖3 水泥路面斷板處理示意

水泥路面錯臺應(yīng)根據(jù)高差選擇處理措施。當(dāng)錯臺高差＜5 mm，對行車安全影響不大，可不處理；當(dāng)錯臺高差在5～10 mm之間，可采用磨平機(jī)磨平；當(dāng)錯臺高差＞10 mm時，可用水泥混凝土填補(bǔ)。

4 結(jié)語

該文主要分析了公路路基路面常見病害的原因及處治措施，研究成果表明：在分析公路路基路面病害成因及處治措施之前，需對病害進(jìn)行精確檢測。路基常見病害有沉陷、邊坡滑塌、排水設(shè)施沖毀、橋頭跳車等病害，瀝青路面常見病害有橫向裂縫、縱向裂縫、不規(guī)則裂縫、車轍等，水泥路面常見病害有錯臺、斷板等。一旦發(fā)生上述病害，公路管養(yǎng)人員要及時查明原因，并有針對性地選擇處治措施，希望該研究成果可為公路路基路面病害處理提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

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