公路工程路基路面病害治理措施初探

收稿日期：2023-10-16

作者簡介：郭瑞（1982—），男，大專，工程師，研究方向：公路施工。

摘要 為保證公路行車舒適性與安全性，延長公路使用壽命，文章結(jié)合山西省太原市某公路路基路面病害情況，提出病害的具體治理措施，包括路基邊坡養(yǎng)護(hù)、路肩結(jié)構(gòu)加固、路面裂縫灌漿、坑槽及車轍修補(bǔ)、凍脹翻漿換填處理等施工技術(shù)措施。通過落實上述病害治理措施，該公路路基路面病害得到妥善處理，恢復(fù)了路基路面使用性能，延長了使用壽命。

關(guān)鍵詞 公路工程；路基路面；病害；治理措施

中圖分類號 U418文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0110-03

0 引言

路基路面病害治理是保障道路交通安全、延長路面使用壽命、提高行車舒適性和保護(hù)交通設(shè)施的基礎(chǔ)工作之一。長期以來，公路受日曬雨淋、溫差變化等自然因素的影響，加上車輛大量經(jīng)過引起的磨損，容易導(dǎo)致路基路面出現(xiàn)差異沉降、龜裂、坑洞、瀝青表面老化等病害，及時對病害進(jìn)行治理，能夠修復(fù)路基路面使用性能，保障公眾的出行需求，也有利于實現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。

1 山西省某公路工程概況

山西省某公路全線長度45.42 km，于2014年通車運(yùn)行，為雙向四車道設(shè)計，整體式路基寬度為28 m，自然坡度介于30°～40°之間，設(shè)計行駛速度100 km/h。該公路沿線地勢平坦，主要為農(nóng)作物與農(nóng)田，同時沿線跨越灌溉水渠2座，寬度分別為6 m和7.5 m。2022年對該公路進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)管理，其路基路面結(jié)構(gòu)均存在不同程度質(zhì)量病害，對車輛通行舒適性與安全性帶來影響，威脅公路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及使用壽命，決定對該公路路基路面病害進(jìn)行養(yǎng)護(hù)治理。

2 山西省某公路路基路面病害情況及成因

2.1 滑塌病害

該公路滑塌病害在K023+140～K029+200路段中比較集中，導(dǎo)致公路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷、滑移。分析其滑塌病害的形成原因主要包括以下幾點(diǎn)：①路基土質(zhì)條件差，存在黏性土、含水量高的土壤，受水分的浸潤或沖刷，喪失穩(wěn)定性，導(dǎo)致路基滑塌；②降水量過大或頻繁、排水系統(tǒng)設(shè)計不合理、地下水位升高等因素，導(dǎo)致土壤飽和度增加，從而引發(fā)路基滑塌；③交通荷載、河流沖擊力等動力荷載給路基造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，最終導(dǎo)致滑塌。

2.2 不均勻沉降病害

不均勻沉降的主要原因在于存在黏性土質(zhì)地區(qū)，地基土的可塑性強(qiáng)，在濕潤季節(jié)會膨脹，而在干燥季節(jié)會收縮，導(dǎo)致路基路面產(chǎn)生不均勻沉降。同時，通過分析公路所在位置降雨情況得知，導(dǎo)致不均勻沉降的原因還與降雨量過大、地下水位變化引起土壤變形有關(guān)。

2.3 裂縫病害

裂縫病害在該公路質(zhì)量病害中最為常見，在全線范圍內(nèi)均有所出現(xiàn)，是威脅路基路面結(jié)構(gòu)安全的主要病害類型，其中橫向裂縫多出現(xiàn)在公路涵洞邊緣位置，縱向裂縫多出現(xiàn)在路肩邊緣、緊急停車帶、車道中間位置。分析裂縫病害的成因包括以下幾點(diǎn)：①車輛的重載、頻繁的交通流量荷載作用引發(fā)路面的應(yīng)力變化，當(dāng)超過路面材料的承載能力限制時，導(dǎo)致裂縫的生成；②隨著季節(jié)變化路面材料的膨脹和收縮，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致路面裂縫的產(chǎn)生[1]；③路基土壤的沉降、脹縮系數(shù)大等原因?qū)е孪路穼赢a(chǎn)生變形，引起路面裂縫的形成。

2.4 坑槽及車轍病害

坑槽與車轍病害是該公路普遍存在的病害類型，其分布廣泛，其中坑槽病害的形成原因包括：①路基和路面的材料中含有有機(jī)物、冰凍物等雜質(zhì)，容易導(dǎo)致坑槽病害的形成；②通行車輛超過公路設(shè)計承載能力的限制，頻繁通行并重載，對路基和路面造成嚴(yán)重?fù)p壞，進(jìn)而形成坑槽病害。車轍病害的形成主要是車輛長期經(jīng)過同一軌跡造成的，特別是重載車輛或者頻繁通行的車輛。車輛負(fù)荷超過路面承載能力或者車輛頻繁通行，會使路面產(chǎn)生塑性變形，從而形成車轍，尤其是夏季溫度升高導(dǎo)致瀝青面層穩(wěn)定性下降，受車輛荷載影響導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍變形。

2.5 凍脹翻漿病害

由于山西省冬季氣溫較低，凍脹翻漿病害并不少見。路基和路面中的水分會因溫度的變化而凍結(jié)和融化。當(dāng)水分凍結(jié)成冰時，體積會擴(kuò)大，對路基和路面施加內(nèi)部壓力，進(jìn)而使路基土體或路面結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。同時，路基土壤中含水量控制不當(dāng)，排水效果不良，飽和土壤在冬季遭遇凍結(jié)時，會引發(fā)凍脹現(xiàn)象，從而導(dǎo)致路基翻漿。

3 山西省某公路路基路面病害治理措施

3.1 路基邊坡加固養(yǎng)護(hù)處理

以提高路基穩(wěn)定性為目的，對路基邊坡予以加固養(yǎng)護(hù)，該公路為了減緩地表水和雨水沖蝕邊坡結(jié)構(gòu)，對邊坡采取如下加固治理措施：①個別路段受雨水沖蝕出現(xiàn)了塌陷和沖溝情況，對其進(jìn)行填充密實處理，施工材料為8%的灰土，使邊坡恢復(fù)至原貌[2]；②對于沖蝕嚴(yán)重產(chǎn)生較深沖溝的位置，實施臺階式填筑施工，對沖溝內(nèi)部進(jìn)行全面清理，挖設(shè)臺階并換填為質(zhì)量性能更好的土壤，修整邊坡結(jié)構(gòu)，使其恢復(fù)至原貌；③在邊坡位置播種根系相對發(fā)達(dá)的地被植物，隨著根系的延展，穩(wěn)定根系土壤，減緩雨水的沖蝕作用力。該公路在邊坡植草時選擇適合山西省氣候生長的植物，種植后予以及時水肥管理，原有植草缺失位置及時予以補(bǔ)植，確保路基邊坡被綠植所覆蓋，路基邊坡處理后效果如圖1所示。

3.2 路肩病害養(yǎng)護(hù)處理

該公路路肩位置的病害類型主要表現(xiàn)為裂縫、沉陷、缺口等，針對不同病害情況予以針對性處置：①針對沉陷和缺口病害，對病害位置進(jìn)行清理，對缺口和沉陷位置使用施工材料進(jìn)行修補(bǔ)，對路肩進(jìn)行加固，使其恢復(fù)至初始狀態(tài)；②針對軟土路基情況，僅對路基路面進(jìn)行修復(fù)無法從根本上解決問題，對此該公路采用高壓旋噴樁，使地基結(jié)構(gòu)承載力得到強(qiáng)化；③對于路肩與路面邊緣的裂縫問題，主要利用灌縫施工技術(shù)處置，向裂縫中灌注灌縫材料，隔離地表水，避免對路基路面進(jìn)行侵蝕，從而降低滑塌風(fēng)險；④因路肩沉降問題影響路肩橫坡的坡度與自然排水，將排水溝設(shè)置在路肩位置，使雨水能夠有效排出。

3.3 完善排水設(shè)施

排水設(shè)施是否完善將對公路路基路面排水性能產(chǎn)生影響，該公路在病害處理工作中采取以下措施：①安排施工人員清理截水溝、急流槽、泄水槽等排水設(shè)施中的雜物，確保排水通暢，避免積水；②已經(jīng)損壞的排水設(shè)施及時進(jìn)行更換，具備修復(fù)條件的進(jìn)行修復(fù)，及時將病害治理過程中所產(chǎn)生的建筑垃圾運(yùn)送至指定位置，避免損壞其他設(shè)施；③及時修補(bǔ)邊溝溝底損壞情況，避免地表水對路基結(jié)構(gòu)與支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖蝕，該工程通過對邊溝溝底進(jìn)行修補(bǔ)，坡底的縱向坡度在0.5%以上[3]。

3.4 裂縫灌漿施工養(yǎng)護(hù)治理

裂縫是該公路路基路面最普遍的質(zhì)量病害類型，其中縱向裂縫為疲勞裂縫，不適合采取灌縫施工工藝，因此對于縱向裂縫，清理裂縫內(nèi)雜物后，灌注密封膠予以封閉處理。而橫向裂縫主要為伸縮裂縫，對其采取灌縫施工養(yǎng)護(hù)。

3.4.1 灌縫施工準(zhǔn)備工作

周密的施工準(zhǔn)備是高質(zhì)高效開展裂縫養(yǎng)護(hù)治理的基礎(chǔ)，該工程灌縫施工準(zhǔn)備如表1所示。

3.4.2 裂縫開槽施工

橫向裂縫有正常開裂和即將合龍的狀態(tài)，安排施工人員沿裂縫方向進(jìn)行開槽。同時考慮環(huán)境溫度變化、施工荷載、拉應(yīng)力等將使得橫向裂縫出現(xiàn)位移，因此，施工時高度重視修補(bǔ)、開槽、填縫，嚴(yán)格控制開槽尺寸寬度為1～15 cm，深度為1.2～11.8 cm，深度/寬度≤2.1，確保灌縫材料充分密實到裂縫的底部和側(cè)面。對于轉(zhuǎn)彎路段，沿著裂縫走向進(jìn)行多次開槽并確保開槽形狀規(guī)則，為灌縫施工提供便利。

3.4.3 開槽清理及烘槽施工

機(jī)械開槽后灰塵等雜物將落入槽內(nèi)，會降低灌縫材料和槽壁的黏結(jié)性。因此，安排施工人員對裂縫位置使用鋼絲刷進(jìn)行徹底清理并配合高壓吹風(fēng)機(jī)將槽內(nèi)吹凈、吹干。該項目所采用的高壓熱空氣吹風(fēng)機(jī)能夠使槽縫內(nèi)壁受熱，使其與灌縫材料具有更強(qiáng)的黏結(jié)效果，配合使用手推式高壓熱風(fēng)槍，對于10 cm深度裂縫也可徹底清理，具有較高的施工效率。

3.4.4 合理選取灌縫材料

灌縫材料質(zhì)量很大程度上影響灌縫施工質(zhì)量，若材料質(zhì)量性能不良將影響灌縫材料和切縫內(nèi)壁的結(jié)合，隨著車輛頻繁荷載將導(dǎo)致灌縫材料出現(xiàn)脫落。因此，該工程在選擇灌縫材料時綜合考慮山西省以及施工時的氣候特點(diǎn)，選取如表2所示的DEERY-105-GL型單成分熱熔橡膠瀝青作為裂縫密封材料[4]。該材料在常溫狀態(tài)下為塊狀固體，在軟化點(diǎn)溫度下可變?yōu)楹稚z狀物，延展性與黏附性優(yōu)越，加壓灌注在裂縫后，可在裂縫內(nèi)部充分密實，在?22～64 ℃范圍內(nèi)均具有良好的性能穩(wěn)定性。

3.4.5 裂縫病害灌縫養(yǎng)護(hù)施工

該工程在灌縫施工時環(huán)境溫度相對較低，低氣溫情況下會對灌縫材料的性能產(chǎn)生影響，需對材料予以預(yù)加熱處理。先借助灌縫機(jī)的預(yù)加熱裝置將密封材料溫度加熱至190～200 ℃，達(dá)到推薦的施工溫度范圍后，向裂縫進(jìn)行壓力注漿，由下至上充分密實，避免在內(nèi)部形成氣泡，如圖2所示。完成灌縫施工后，對表面進(jìn)行貼封處理，寬度為6 cm，厚度為0.4 cm。

圖2 路面裂縫灌縫施工

灌縫施工完成后，將細(xì)砂均勻撒布在灌縫材料的表面，全面覆蓋灌縫材料。這樣做的目的一是減少通車后所形成的輪跡，二是細(xì)砂對灌縫材料的凝結(jié)具有促進(jìn)作用，使路面具有更強(qiáng)的抗滑性能。待灌縫材料冷凝后，施工人員對多余的細(xì)砂進(jìn)行清掃，有序開放交通，限速40 km/h，灌縫材料完全穩(wěn)固后正常通車。

3.5 坑槽修補(bǔ)處理

該工程對坑槽病害采取熱補(bǔ)法進(jìn)行修補(bǔ)，具體修補(bǔ)要點(diǎn)如下：①對坑槽位置進(jìn)行全面清理，確保表面無灰塵等雜物。②對坑槽進(jìn)行精確的測量，包括長度、寬度和深度等參數(shù)，以確定修補(bǔ)的具體范圍。③將熱輻射加熱板調(diào)整到與瀝青表面距離20 cm，對路面進(jìn)行3～5 min的加熱處理[5]。④在路面被加熱軟化后，使用耙子將其耙松，以便后續(xù)的修補(bǔ)工作，坑槽部位耙松后，噴灑乳化瀝青，使用專門的綜合修補(bǔ)車進(jìn)行現(xiàn)場熱再生，將路面表層和底部的材料進(jìn)行熱回收和混合。⑤完成熱再生后，在修補(bǔ)范圍內(nèi)攤平事先準(zhǔn)備好的熱料；⑥修補(bǔ)后的熱混合料稍微冷卻后，使用振動壓路機(jī)進(jìn)行壓實，以確保修補(bǔ)部位的密實性和平整度。

3.6 車轍修補(bǔ)處理

該工程車轍病害的修補(bǔ)根據(jù)車轍面積、深淺等參數(shù)確定修補(bǔ)方法，修補(bǔ)材料與原路面材料性能一致。①針對長度不超過30 m且深度不超過10 mm的車轍，先將車轍周圍的雜物清除干凈，并用水灑濕車轍區(qū)域。使用加熱板對車轍區(qū)域的路面進(jìn)行烘烤，提高修補(bǔ)材料的黏結(jié)性。使用與原路面相同的材料對車轍進(jìn)行填充并壓實，確保修補(bǔ)部位與原路面平齊。②針對深度超過30 mm的車轍，予以挖槽修補(bǔ)處理。使用銑刨機(jī)對車轍進(jìn)行處理，將上面層或中上面層甚至整個面層全部清除。使用與原路面相同的材料重新攤鋪，并進(jìn)行碾壓，確保修補(bǔ)部位與原路面融合。③針對基層原因所導(dǎo)致的車轍病害，先對基層進(jìn)行處理，修復(fù)基層后攤鋪碾壓面層，以提高修補(bǔ)治理效果。

3.7 凍脹翻漿換填處理

受溫度變化影響，路面凍脹翻漿病害在該公路中并不少見，養(yǎng)護(hù)治理措施如下：①鉆孔換填法，使用機(jī)械設(shè)備在翻漿的路面位置鉆孔，超過凍層后換填砂粒，確保在溫度回暖后熔融的水能夠及時排出。②樁基改善法，對局部翻漿的路段采用樁基進(jìn)行處理，如水泥砂礫樁等，提高路面結(jié)構(gòu)承載力。③邊溝加深與橫溝開挖法，深挖翻漿路段的邊溝，在兩側(cè)路肩位置對4 cm寬的橫溝進(jìn)行開挖，以5 m為橫溝間距，控制溝底的縱坡在3%以上，促進(jìn)凍水排出。

4 結(jié)束語

公路路基路面在風(fēng)吹日曬以及車輛荷載的影響下，會出現(xiàn)病害問題。對病害問題及時予以養(yǎng)護(hù)治理，有利于恢復(fù)路基路面結(jié)構(gòu)運(yùn)行性能，延長使用壽命。山西省某公路針對路基路面病害采取路基邊坡加固、完善排水設(shè)施、裂縫灌漿、坑槽及車轍修補(bǔ)、凍脹翻漿換填等治理措施，有效提高了公路使用性能，延長了公路使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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