公路路基路面病害成因及治理措施

摘要 隨著公路交通需求的不斷提升，公路建設(shè)里程逐年增加，公路路基路面在外界不利因素影響下極容易出現(xiàn)多類型病害，繼而弱化公路通行穩(wěn)定性，造成行車安全事故。公路路基、路面常見病害主要包括縱橫向裂縫、沉陷、龜裂等，不同病害表現(xiàn)形式差異性明顯，開展針對性技術(shù)手段進(jìn)行檢測及處治具有重要的社會經(jīng)濟(jì)意義。文章依托山西省內(nèi)某二級公路試驗段進(jìn)行路基路面關(guān)鍵性能指標(biāo)的檢測分析，分別采取高壓旋噴樁加固、4 cm AC-13C細(xì)粒式瀝青混凝土加鋪，對試驗段路基、路面進(jìn)行修復(fù)，獲取了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞 路基路面；病害；性能指標(biāo)；加鋪

中圖分類號 U418文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0132-03

0 引言

高速公路建設(shè)周期相對較長，投資成本較大，在長期面臨車輛通行及外界環(huán)境不利影響下極容易出現(xiàn)性能衰減，公路路基路面病害也隨之產(chǎn)生。高速公路病害需要進(jìn)行針對性處治，否則病害會在同一路段反復(fù)出現(xiàn)，造成維修養(yǎng)護(hù)成本加劇。考慮路基路面病害類型較多，且后續(xù)處理措施缺乏針對性，開展路基路面病害檢測和針對性治理的研究就顯得極其重要，能夠為類似公路的設(shè)計、改擴(kuò)建、養(yǎng)護(hù)補強提供一定參考。

1 工程概況

山西省內(nèi)某二級公路是銜接周圍縣市的關(guān)鍵通道，能夠有效改善臨近產(chǎn)業(yè)園區(qū)的投資環(huán)境和交通條件。該公路建設(shè)于2014年，于2017年末建設(shè)完工并投入運營，公路設(shè)計里程15 km，路段K0+000～K8+250的設(shè)計速度為50 km/h，路段K8+250～K15+000的設(shè)計速度則為60 km/h，瀝青混凝土路面設(shè)計，路面設(shè)計寬度20 m，雙向四車道。全路段路面結(jié)構(gòu)厚度48 cm，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：3 cm上面層（AC-13C瀝青混凝土）+5 cm下面層（AM-20瀝青混凝土）+20 cm水穩(wěn)碎石基層+20 cm水穩(wěn)砂礫底基層，公路沿線大部分為軟土所覆蓋，局部則為基巖裸露，路基填料主要以沿線軟土為主[1]。經(jīng)過近6年的運營，公路局部路段（K9+000～K15+000）超重載車輛通行較為嚴(yán)重，公路路基路面出現(xiàn)了不同類型病害，為有效確保該公路的通行水平，避免交通安全事故，需及時開展局部路段的養(yǎng)護(hù)維修。

2 路基、路面檢測狀況

2.1 路面狀況

為準(zhǔn)確分析試驗路段道路質(zhì)量，項目技術(shù)人員對路段進(jìn)行以下幾個關(guān)鍵指標(biāo)的檢測評估：路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面抗滑性能（SFC）。此外，技術(shù)人員還對病害路段進(jìn)行現(xiàn)場鉆芯取樣工作，對路面結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行評估，為后續(xù)病害針對性處治提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

2.1.1 路面損壞狀況指數(shù)（PCI）

PCI指數(shù)主要反映路面松散、坑槽、縱橫向裂縫病害情況，項目通過路面快速檢測系統(tǒng)（CICS）進(jìn)行試驗路段的現(xiàn)場路面狀況分析，PCI統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。依據(jù)該試驗路段PCI檢測統(tǒng)計可知：試驗路段全車道PCI優(yōu)良率達(dá)到83.4%，其中優(yōu)、良的占比均為41.7%；全車道PCI檢測為中的比例達(dá)到了16.7%；全車道不存在PCI為次、差車道。上行車道PCI為優(yōu)良的占比為83.3%，其中PCI為優(yōu)、良的比例分別為33.3%、50%，上行車道PCI為中的車道比例達(dá)到16.7%。下行車道PCI為優(yōu)良的占比為83.3%，PCI為優(yōu)、良比例分別為50%、33.3%，下行車道PCI為中的車道比例達(dá)到16.7%[2]。

2.1.2 路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）

通過試驗路段路面形式質(zhì)量指數(shù)（RQI）統(tǒng)計可知：全車道路面形式質(zhì)量指數(shù)RQI優(yōu)良率達(dá)到99.5%，優(yōu)占比81%，良占比18.5%；全車道RQI為中的車道占比則為0.5%。上行車道路面形式質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率達(dá)到96%，優(yōu)占比83%，良占比13%，中占比4%。下行車道路面形式質(zhì)量指數(shù)優(yōu)良率達(dá)到100%，優(yōu)、良分別占比79%、21%[3]。

2.1.3 路面抗滑性能（SFC）

依據(jù)公路檢測規(guī)范可知：橫向力系數(shù)SFC為路面抗滑性能重要指標(biāo)，現(xiàn)場試驗路段共檢測150個單元的抗滑數(shù)據(jù)，其中滿足養(yǎng)護(hù)要求的路段單元達(dá)到了140個，不滿足技術(shù)要求的主要為隧道水泥路面。上行車道共檢測75個單元，共有74個單元滿足養(yǎng)護(hù)要求，比例達(dá)到98.7%；下行車道檢測75個單元，同樣有74個單元滿足養(yǎng)護(hù)要求，比例達(dá)到98.7%。

2.1.4 結(jié)構(gòu)完整性

試驗路段路面結(jié)構(gòu)完整性主要進(jìn)行現(xiàn)場鉆芯來檢測分析，現(xiàn)場鉆芯設(shè)備采取150 mm鉆頭，主要對路面結(jié)構(gòu)面層、基層進(jìn)行鉆芯取樣，先后進(jìn)行芯樣描述、高度測定、標(biāo)識，然后進(jìn)行封存并開展室內(nèi)試驗。試驗路段面層分為上下兩層，設(shè)計厚度為8 cm，獲取芯樣的上面層厚度平均為28.9 mm，下面層平均厚度則為45.3 mm。路面結(jié)構(gòu)基層設(shè)計厚度則為40 cm，分為上、下基層，獲取芯樣基層厚度分布在150～185 mm之間，底基層厚度則分布在185～200 mm之間。現(xiàn)場縱橫向裂縫病害較為密集處（K10+150）獲取的芯樣如圖1（a）所示，龜裂處（K11+150）芯樣如圖1（b）所示。試驗段路面結(jié)構(gòu)層共取芯13處，取芯檢測結(jié)果具體如表2所示[4]。

現(xiàn)場取芯芯樣整體具備以下特點：路面厚度基本符合技術(shù)要求，芯樣上面層較為完整，結(jié)構(gòu)較為均勻，但是下面層AM級配則具備較為明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，整體較為松散；下面層和基層之間的黏結(jié)效果不佳；表層橫向裂縫貫穿基層，反射裂縫仍舊不斷發(fā)展；縱向裂縫貫穿結(jié)構(gòu)基層，以沉降型裂縫為主；龜裂處芯樣不完整，芯樣強度明顯喪失。

2.2 路基狀況

通過項目單位現(xiàn)場踏勘可知，該公路路基在地勢相對平坦處（階地、漫灘）狀況相對較好，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定；在地勢起伏較大區(qū)域（丘陵、山谷）則表現(xiàn)為較大的沉降病害，路基沉降主要出現(xiàn)在半填半挖、高填方處及橋涵擋墻等結(jié)構(gòu)臺背位置。此外，試驗段不少區(qū)域也存在路基邊坡滑移病害[5]。路基病害調(diào)查情況統(tǒng)計如表3所示。

3 路基、路面病害原因分析

3.1 路面病害

3.1.1 橫縫

路面橫縫多為橫向貫通、等距分布、裂縫順直明顯，需要進(jìn)行灌縫注漿。橫縫縱向表現(xiàn)為上窄下寬，主要為半剛性基層反射裂縫，少部分則為溫度裂縫。橋涵結(jié)構(gòu)兩側(cè)分布的橫向裂縫則為車輛沖擊造成剛度差異裂縫或路基沉降裂縫。

3.1.2 縱縫

縱向裂縫分布沒有規(guī)律，大部分縱向裂縫縱向延展，需要進(jìn)行灌縫處理。縱向裂縫產(chǎn)生原因主要分為以下幾類：在構(gòu)筑物剛度變化明顯位置（橋臺、擋墻后背）、高填方、半填半挖等處，路基不均勻沉降較為明顯，容易造成縱向長裂縫；車輛重復(fù)沖擊荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)承載強度喪失，車輛輪跡位置處容易出現(xiàn)由下至上發(fā)展的密集小型縱向裂縫；面層結(jié)構(gòu)局部黏結(jié)效果不佳，易產(chǎn)生從上至下發(fā)展的裂縫；新舊構(gòu)筑物搭接易產(chǎn)生施工縫，繼而引發(fā)反射縱向裂縫。

3.1.3 龜裂

路面龜裂病害主要出現(xiàn)在填挖交界、車輛通行密集處。經(jīng)現(xiàn)場鉆芯、調(diào)查可知，路面龜裂產(chǎn)生原因如下：面層、基層之間的黏結(jié)效果不良，龜裂病害貫穿，整體松散。這主要是基層強度不足造成面層強度喪失，基層在車輛荷載循環(huán)作用下產(chǎn)生掏空現(xiàn)象，造成面層結(jié)構(gòu)沉陷、龜裂。龜裂裂縫多集中出現(xiàn)于縱、橫向裂縫發(fā)展位置，且龜裂病害縫隙寬度較大，這主要是外界環(huán)境（水、溫度、行車荷載等）對縱、橫向裂縫不斷影響，加劇其病害效果，形成龜裂[6]。

3.2 路基病害

路基病害主要由以下原因引起：橋涵、擋墻臺背施工，墻背位置存在路基壓實度不足現(xiàn)象，后續(xù)容易產(chǎn)生路基滑移；橋頭引道位置剛度變化，引發(fā)路基差異性沉降；路基施工時排水不暢，水流滲入路基造成路基強度不足，引發(fā)路基沉降。

4 路基、路面病害維修方案

4.1 路面病害處治

該試驗路段路面病害維修養(yǎng)護(hù)需要盡可能高效阻礙縱、橫向裂縫發(fā)展，項目技術(shù)人員在結(jié)合該路段交通流量、自然環(huán)境、施工技術(shù)水平等的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計路面處治方案。在現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)狀況下，對局部縱橫向裂縫、龜裂病害發(fā)展較為嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行灌縫注漿處理，路面基層破損程度較大時則需要更換水穩(wěn)碎石基層，之后全試驗段進(jìn)行4 cm罩面加鋪，加鋪前需要在新舊結(jié)合面處構(gòu)建黏層。考慮面層結(jié)構(gòu)分為AC、AM兩個級配，下面層離析程度要明顯大于上面層，且兩者級配施工成本差異較小，項目部最終采取AC-13C細(xì)粒式瀝青混凝土進(jìn)行4 cm厚度加鋪，該結(jié)構(gòu)能夠有效改善行車舒適性，提升路面結(jié)構(gòu)強度及使用性能。加鋪后路面結(jié)構(gòu)如圖2所示[7]。

4.2 路基病害處治

試驗段存在的路基沉降病害，主要分布在一般路段、高邊坡路段、橋頭引道跳車路段。針對橋頭跳車及高邊坡路基沉降病害，項目部主要采取高壓旋噴樁進(jìn)行路基加固，該方法受土層密度、硬化劑性能的影響相對較小，且施工速度較快，但是高壓旋噴樁施工中受到人為限制的因素較多，旋噴樁施工質(zhì)量容易受到影響，樁體強度容易分布不均，且路基加固效果難以準(zhǔn)確評估；一般路基段的路基沉降病害處治則主要進(jìn)行路面的銑刨調(diào)平，一般路段沉降相對較小，后續(xù)仍舊需要持續(xù)性開展調(diào)平工作，直至路基沉降穩(wěn)定。

5 結(jié)論

公路路基路面病害作為影響行車安全的主要威脅，其主要由設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異、施工質(zhì)量、排水不暢、外界環(huán)境等影響因素造成。公路路基路面病害對公路的使用性能具有嚴(yán)重威脅，急需對其開展針對性處治。該文在對山西省內(nèi)某二級公路試驗段路基路面病害現(xiàn)場檢測分析的基礎(chǔ)上，提出罩面加鋪、高壓旋噴樁技術(shù)進(jìn)行病害處理，方案實施后經(jīng)半年的觀察可知，公路運營狀況明顯得到了改善，病害發(fā)展得到有效抑制。該文所做研究能夠為類似項目提供必要的參考。

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收稿日期：2023-11-29

作者簡介：張曉東（1985—），男，本科，工程師，從事交通勘察與設(shè)計工作。