山区公路病害防治措施分析
时间：2023-01-20 19:55:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李婷婷,李周旗
（温州华晟道路桥梁设计研究有限公司,浙江 温州 325088）
随着我国高速公路规划网的逐渐建成，高速公路建设项目由东部地区转为中西部多山地区。山区高速公路普遍出现高填深挖、半挖半填路基，造成高速公路路基稳定性不足[1]。由于路基的不均匀沉降，造成山区公路路面出现大量裂缝及变形[2]。山区公路病害的出现与普通公路相比，要提前2～3年，主要与公路等级及施工技术有关[3]。因此，为了满足山区公路的使用要求，必须对山区公路病害产生机理进行研究，并提出相应措施[4]。该文以浙江省某山区公路为例，对该公路路基路面病害进行调查，根据调查结果分析病害产生机理，并提出处置措施。
1.1 工程概况
浙江省某山区公路位于山岭重丘区，公路段全长25.756 km，公路路面基层选用无机结合料稳定材料，面层材料选用沥青混凝土。该公路路基采用高填方路基，路基高度为8 m、12 m、15 m以及20 m的超高填方路基，路堤填料分为填土路基、土石混合路堤以及填石路堤。整条公路地基状况较好，未出现大面积软弱地基，为硬质基岩地基与软质基岩地基，在进行路基施工时，需要对软质基岩地基进行处理[5]。
1.2 山区公路路面病害及产生机理
1.2.1 山区路面病害调查
通过对浙江省某山区公路路面病害进行调查，得到该山区高速公路路面存在的典型病害。调查结果如表1所示。
由表1可得，该公路段横向裂缝与修补病害最为严重，占到总体病害的85%左右。由于山区高速公路段重载交通量大，车辙病害占到调查总病害的10%。该山区高速公路段龟裂病害较轻，基本无龟裂病害。由此可以得出该高速公路路面病害属于发展早期，有进行预防性养护的必要。
表1 浙江省某山区公路路面病害调查统计表
1.2.2 山区公路路面病害产生机理
（1）裂缝类病害。该高速公路横向裂缝病害分布均匀，上、下行段均出现大量横向裂缝。该病害出现是由于重载交通与环境因素的影响造成沥青路面产生疲劳损害，出现横向裂缝，并且是由基层引起的反射裂缝。
（2）车辙类病害。车辙普遍存在于行车道车辆轮迹处，当气温升高时，路面温度可以达到70 ℃以上，沥青由弹性向黏性转变，在重载交通的作用下沥青混合料发生永久性变形，产生了车辙病害，导致沥青路面的抗剪切能力下降。
（3）修补类病害。修补类病害是该公路段占比最高的病害。修补是传统的养护方式，对裂缝、坑槽以及车辙病害进行修补。大量的修补造成路面的抗滑性能及平整度下降，影响了车辆的安全通行。
1.3 山区公路路基病害及产生机理
1.3.1 山区公路路基病害调查
对该山区公路路基进行检测，检测结果如表2所示，检测结果显示该公路段路基出现不均匀沉降现象。山区公路路基为高填方路基，路基高度在8～20 m范围内，路基填料包括土质填料、土石混合填料以及填石路堤。路基沉降的主要原因与地基类型及填料性质有关，需要对山区公路路基的不均匀沉降进行处置。
表2 浙江省某山区公路路基工程概况
1.3.2 山区公路路基病害产生机理
公路路基的沉降主要由两方面组成，一方面是地基在路基土自重作用下产生的固结压缩变形，一方面是路基结构本身的固结压缩变形。公路路基压实采用分层压实法，在分层压实过程中路基土承受的轮载最大，产生的土体变形最大，而地基土的压实效果不明显。当路基分层压实完成后，沉降量主要由地基土的固结压缩变形造成。对于山区高速公路路基差异性沉降而言，高填路基的沉降主要是施工期沉降与施工后沉降两者组成。施工期沉降是指在施工过程中由于施工器械的压实作用，从施工开始至施工结束产生的沉降。施工后沉降是指在路基施工结束后，在一段时间内，在土体自主和车辆荷载的共同作用下导致地基土出现产生沉降的过程。
引起公路路基差异性沉降的因素有很多，根据浙江省某山区公路情况，路基差异性沉降出现的原因主要有以下几类：
（1）土体自重引起天然地基土沉降。天然地基的自身沉降在自重作用下基本完成，但是在天然地基上进行路基修筑时，会对地基整体结构造成影响，路堤填土相当于给地基增加了自重，增大了地基自重引起地基土的沉降变形。由于增加路堤土自重所引起的沉降，主要受填土土质以及填土高度影响。根据该高速公路项目可知，项目中存在大量高填筑路基，填土高度大于20 m的路段在1%左右，应该对高填方路基自重引起的差异沉降进行研究。
（2）压实度不足引起的差异性沉降。路基压实度不足引起的路基沉降是高速公路中最常见的沉降，当路基压实度不足时，由于路基两侧的压实度小于路基中央的压实度，因此路基沉降的位置靠近于边坡位置。在环境因素与车辆荷载的共同作用下，硬路肩与行车道之间出现明显沉降差，造成路基沉陷和裂缝等病害。在雨水冲刷下，水沿着面层裂缝进入路面基层结构内部，在行车荷载反复作用下，造成路面结构整体断裂。
（3）软土地基引起的沉降差异。山区高速公路中存在大量的软土地基，按照规范要求，进行路基施工前需要对软弱地基进行处理。但是软弱地基处理属于隐蔽工程，为了减少工程造价，有一部分施工方，选择直接在软弱土地基上进行路基修筑，未对软弱土地基进行处理。公路施工验收时，也只检测路基顶面与基层层底拉应力，在环境因素与行车荷载的反复作用下，公路路基出现路堤沉降、路面断裂以及桥头跳车等病害。该公路段，通过河流处有多处软弱土地基，虽然软弱地基处填土高度不高，但是需要考虑软弱土地基引起的路基差异沉降。
（4）工后沉降。工后沉降是高填方路堤不可避免的。由于土的物理性质，土体为塑性材料，在土体整体被破坏后，经过二次压实，不论压实效果有多好，施工完成后也会产生沉降。并且对路基施工器械分析，压实设备的压实功也是有限的。该公路段为典型的山区高速公路，路基类型为高填方路基，路基填筑材料为石块和土石混合材料，在路基施工过后，会出现由于自重变化所引起的地基不均匀沉降，但是对高填方路基进行沉降处治，可有效减少沉降量。
（5）工期限制引起的差异性沉降。路基沉降是一个持续的过程，不可能在施工过程中达到完全沉降。路基施工时间是路基自然沉降的一个关键因素，如今高速公路的建设讲究施工效率，要求工程在短时间内完工，路基的施工基本上在10～16个月内完工，在施工时间内，高填方路基并没有达到完全沉降，沉降量只达到了65%左右。路基施工完成后，紧接着是高速公路面层与基层的施工，在进行面层与基层施工时，路基并未完全沉降，这样会造成路基施工后出现过大的差异沉降，对新铺筑的面层与基层造成严重破坏。
2.1 山区公路路面病害防治措施
根据该高速公路路面病害调查结果，得到路面病害中裂缝类病害占比最大，同时还存在车辙病害，但是原路面修补病害较多，达到50%，造成沥青路面抗滑性能不足。因此，选用超薄罩面法对该沥青路面进行预防性养护。
超薄罩面法：根据预防性养护方案，选择热超薄罩面技术，超薄抗滑层材料选用间断级配骨架空隙结构沥青混合料，沥青采用改性沥青，其技术指标如表3所示，超薄罩面层厚度通常在10～25 mm之间，粗集料最大粒径小于等于10 mm，应选用表面粗糙、棱角分明且压碎值符合要求的碱性集料。细集料类型应选择机制砂，选择压碎值与含泥量满足规范要求的机制砂即可。矿粉作为沥青混合料的填料，在碱性条件下集料与沥青胶浆之间产生化学吸附提高材料强度，用量通常在3%左右。
表3 改性沥青胶结料技术要求
（1）混合料拌和及运输。该公路段超薄罩面施工过程中严格控制拌和及运输温度。在进行混合料拌和时，必须保证改性沥青在稳定期内，并且改性沥青具有一定的温度敏感性，拌和温度过高时，会造成改性沥青不稳定，使沥青失效。
（2）撒布摊铺。该公路段超薄罩面进行撒布摊铺时需要使用专用加铺机械，采用双层摊铺法，即黏结层与超薄抗滑层同时铺设。首先向面层喷洒黏结材料形成黏结层，黏结材料选用乳化沥青。在喷洒黏结材料的同时，进行混合料的摊铺，完成超薄罩面的撒布摊铺。
（3）碾压。混合料撒布摊铺完成后，进行碾压施工。该公路段超薄罩面碾压采用3段式碾压，分为初压、复压以及终压，压实方法采用振动压实。初压时压路机碾压速度控制在4～5 km/h。复压时速度应在5～6 km/h内，进行4遍碾压。终压时对路面进行静压施工，静压次数在3次左右。
2.2 路基沉降防治措施
根据浙江省某山区公路路基病害调查结果，得到主要病害为路基的不均匀沉降，根据沉降差异分级表（如表4所示）。该路基沉降差异等级为“中”级，需要对路基进行沉降差异处理。由于该公路段内地基存在不良地质，因此需要首先对不良地质进行处置，采用强夯法对不良地质进行处置。处置完毕后采用设置分隔墙法对高填方路堤处进行处置。
表4 差异沉降分级表
设置分隔墙：在高填方路基改扩建工程中，设置分隔墙法能够有效减少新旧公路路基处的差异沉降。设置分隔墙法主要有以下特点：
（1）新旧路基处或地基承载力不能满足要求处设置分隔墙，能够有效控制旧路基中心的竖向沉降，防止旧路基与扩宽路基出现竖向差异性沉降，出现一高一低的现象。
（2）设置分隔墙能够有效减小新旧路基之间的沉降差，缩小沉降差值。结合工程实践，对于工后沉降原因引起的高填方路基差异沉降，分隔墙的设置能够使道路中线11.5 m半径内差异沉降减少40%左右。
（3）设置分隔墙能够控制道路横坡的变化。结合工程实践，高填方路基加宽过程中，会对原有道路横坡坡度产生影响，使道路横坡坡度增加，降低行车安全性。设置分隔墙能够明显降低道路横坡变化。
综上所述，山区公路由于地形复杂，在施工过后出现较多病害，需要对山区公路病害进行及时处置。该文以浙江省某山区公路为例，通过对该山区公路进行检测，得到该公路段路基、路面存在较多病害，路面病害主要包括裂缝类及变形类，由于山区公路路基的填方高度在8～20 m，造成该公路段路基出现不均匀沉降。针对该公路段路基、路面出现的病害，提出薄层罩面的处置方法对路面进行预防性养护，采用强夯法+设置分隔墙措施对山区公路路基不均匀沉降进行处置。
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