高速公路路基病害特征與應對措施

趙建智

高速公路路基病害是影響高速公路功能發揮的重要問題，病害發生后，小則影響行車舒適、通行速率，大則會引發生命財產安全問題，影響地區經濟發展。國內每年用于保養和維護高速公路的費用較大一部分都主要是用于路基病害防治。因此，研究高速公路路基病害特征與應對措施，有助于從根本上掌握高速公路病害機理，優化防治技術和實踐方案，在降低高速公路運行和維護成本的同時，保障交通運輸的經濟效益。

一、高速公路路基病害的特征

1.病害類型

高速公路路基的病害類型，主要受到高速公路路段區間的土質、巖層結構等影響，在不同區域內呈現出不同的形式，主要分為以下類型：①裂縫類病害。有縱向、橫向和發散式裂縫，尤其在路肩、車道正中、涵洞周邊等位置發生頻率較高，屬于高速公路路基病害中最為常見的；②沉降類病害。在路基較軟、結構性較差或者是路基內結構不均勻和異常等情況下，容易產生路基材料受力不均，從而改變了預期結構屬性，加上高速公路自重和行車載荷等的多重影響，導致路基內部出現塌陷、位移、中空等問題，最終導致路面異常張拉、路面開裂破損等病害發生；③位移滑塌類病害。路基自身及下部基礎、周邊基礎結構崩散，在雨水和基礎載荷等條件影響下，加劇了路基的離散現象，導致路基材料和相鄰材料出現明顯位移，甚至向低矮邊坡、溝渠方向滑塌，直接導致道路斷裂行車風險增高。

2.基本特征

高速公路工程規模大，根據交通部公布數據，至2019年底全國高速公路總里程達到14.96萬公里，其中山西省高速公路通車總里程達5.3萬公里，2020年四季度高峰日交通量達44萬輛次，是2019年同期水平的62%。在這樣大規模的高速工程中，受氣候、通行流量等的綜合影響，各種路基病害的發生幾率增加，且一旦出現路基病害可能會快速擴散影響交通運輸。而公路是我國的主要交通運輸道路，倘若出現路基病害不僅有可能快速造成公路更大的破壞，還會直接影響區域經濟發展。尤其是濕陷性黃土路基，破壞性較強，在受降雨等作用下，會逐漸失去穩定，使路基出現沉降、開裂，嚴重影響交通運輸道路的通行速度和使用安全。

二、高速公路路基病害的影響因素

1.設計方案

高速公路病害與高速公路工程質量有直接關系，公路工程的整體設計方案是建立在對工程環境和項目需求的客觀條件上，同時在設計方案中各種技術、材料相互搭配和融合，需要經過精細的推算和印證，并且設計方案為后續施工方案提供基礎依據和要求。一旦設計方案存在問題，則會導致高速工程建設埋下質量隱患，如：路基填料與場地環境不符、路基攤鋪和壓實參數設置不合理而削弱施工效果等，而如何提高設計方案的科學性和可操作性則成為保障高速公路路基建設質量的關鍵。

2.客觀條件

除了建設主體的主觀因素之外，高速公路路基病害呈現出較為明顯的地域性或地質性，如：我國西部地區高速公路路基病害多受凍土、喀斯特地貌等影響而出現路基損壞，中部濕陷性黃土地區者容易受汛期集中降雨影響，出現路基沉陷、滑坡等病害，而東部地區則容易受到降水、地下水位、土質等影響，出現路基變形病害。雖然在設階段及施工階段，建設主體能夠運用各種技術和手段降低質量風險的發生概率。除了前期風險之外，不同區域所在的自然環境、社會經濟環境也會持續對公路路基產生影響，例如：高頻率降水會加劇路基軟化、下陷、位移問題，過度干燥的氣候會降低路基的結構能力，大量車輛和高負重通行會增加路基壓力，提前改變路基形狀。

三、高速公路路基病害的應對措施

1.優化設計方案

在設計之初，應當充分對工程區域內的各種條件進行了解和分析，包括：①地質條件，對區域內路基下部土層、地下水位、巖層厚度與強度等能夠在后期對高速公路路基產生顯著影響的項目進行調查并建檔；②行車載荷，即高速公路建成之后的預期通行任務量，或者是類似高速公路在一定時間之類的可對比數據，用以推算高速公路運行時可能承受的載荷數值區間；③氣候條件，高速公路所處區域內常年降水、霜凍、最高低溫度等，能夠從外界影響路基材料或者路面材料的物理屬性，從而迫使路基內部結構發生變化，導致路基松散、位移等。根據前期調查結果，建立路基病害風險加權評估系統，對路基病害風險的成因、發生幾率、危害程度進行先期預判，根據預判結果擬定預防措施，或者經專門的軟件系統演算分析，從技術、材料等多個方面進行方案優化，在多個預設方案中找出最佳結果。

2.做好動態監測工作

監測工作是現代高速公路工程中必不可少的，基本原理為利用各種檢測、監測類設備，對公路路基及病害關聯項進行持續聯動監控，獲取數據之后再與預期數據或者理想數據進行比對，從而判斷出路基的實際情況或者風險可能性。其中，前文所述的基本條件的相關數據信息作為基礎，與高速公路預期的性能和參數一同作為數據庫基本樣值，再以后續階段性或持續性的數據信息為實時樣本進行印證，對高速公路在正常運行期間的情況進行整體分析。

根據我國《公路工程質量檢驗評定標準》《公路技術狀況評定標準》《公路路基路面現場測試規程》等一系列技術標準建立起高速公路監測指標信息體系，對高速公路壓實度、彎沉值、破損度等進行檢測，以檢測結果綜合判定高速公路的使用值。竣工驗收合格時所獲取的數值作為標準數值，收入數據庫以備后期調取比對，在高速公路運行期間進行周期規律性監測獲取實時數值作為數據樣本。

（1）壓實度檢測。選用土壤無核濕密度儀進行檢測，基本原理如圖1所示。

圖1 土壤無核濕密度儀工作原理

（2）彎沉值檢測。選用車載式落錘彎沉儀進行檢測，基本原理如圖2所示。

圖2 車載式落錘彎沉儀工作原理

（3）探地雷達無損檢測。相對而言，壓實度檢測多用于施工周期，而后期需要開展的檢測內容較多，且壓實度不能直觀反映出路基層的問題情況；彎沉儀則更多是對高速公路在產生比較明顯的病變后結果才更加可靠，在預防路基問題方面存在一定局限性。選用探地雷達進行檢測，可以在可視界面中直接讀取區域內或點位部分的路基情況，對于路基中空、內部開裂等病害有顯著效果，因此更具實用價值。

在獲取雷達檢測結果時，需要對所獲取的目標值進行處理，以提高檢測的精準度。目前，主要使用的方法為小波去噪法，預設含高斯白噪聲的信號為 iy，則yi= xi+ki?ni， ki為權重系數， ni為高斯白噪聲， xi為原信號，則要使受混染信號 iy接近于原信號 ix，需要 iink? 值盡可能小，從而最大限度地排除干擾信號。此時需要采用小波變換閾值的辦法，獲取小波系數Z，經非線性閾值d進行修正計算，將信號的閾值和絕對值作為比較項，在閾值以下的則表示為0，在閾值之上的則維持原表示狀態，如式：

小波變換之后則重新構建信號表示得到更加準確的去噪結果。

3.采取針對性的防治對策

一般病害如裂縫在5mm內的，不影響正常行車，可采用局部開窗維護，配合灌漿、更換伸縮縫等措施進行快速處理；中度病害如路基層含水量異常、局部松散出現裂縫等，裂縫寬度在5mm以上的，如果路基內滲水嚴重且伴隨嚴重變形和結構性破壞的，應當封閉開挖維護，對原路基層進行換填、加固等，必要時應當同步使用碎石樁、粉噴樁等進行加固，對于路堤、邊坡等易出現位移問題的，還可以通過擋土墻、擋土樁、板墻進行力學阻隔。對于路基強度嚴重不達標、裂縫寬度大于10mm以上，或者裂縫寬度在5mm以內但彎沉值等相關數值過度異常的，則判斷路基出現大面積問題，應對整個道路進行封堵，并采取全面翻修措施，所適用的工藝技術標準與新建高速公路時標準一致。

四、結語

高速公路路基病害是最為常見的病害類型，對此類問題的防治不僅要在施工環節做好相關工作，還需要在日常管理與維護中加大力度，遏制小規模病害向大規模病害發展的趨勢，確保高速公路始終在安全指標區間內，保障高速公路正常運行。