山區公路病害防治措施分析

李婷婷,李周旗

（溫州華晟道路橋梁設計研究有限公司,浙江 溫州 325088）

0 引言

隨著我國高速公路規劃網的逐漸建成，高速公路建設項目由東部地區轉為中西部多山地區。山區高速公路普遍出現高填深挖、半挖半填路基，造成高速公路路基穩定性不足[1]。由于路基的不均勻沉降，造成山區公路路面出現大量裂縫及變形[2]。山區公路病害的出現與普通公路相比，要提前2～3年，主要與公路等級及施工技術有關[3]。因此，為了滿足山區公路的使用要求，必須對山區公路病害產生機理進行研究，并提出相應措施[4]。該文以浙江省某山區公路為例，對該公路路基路面病害進行調查，根據調查結果分析病害產生機理，并提出處置措施。

1 山區公路病害調查

1.1 工程概況

浙江省某山區公路位于山嶺重丘區，公路段全長25.756 km，公路路面基層選用無機結合料穩定材料，面層材料選用瀝青混凝土。該公路路基采用高填方路基，路基高度為8 m、12 m、15 m以及20 m的超高填方路基，路堤填料分為填土路基、土石混合路堤以及填石路堤。整條公路地基狀況較好，未出現大面積軟弱地基，為硬質基巖地基與軟質基巖地基，在進行路基施工時，需要對軟質基巖地基進行處理[5]。

1.2 山區公路路面病害及產生機理

1.2.1 山區路面病害調查

通過對浙江省某山區公路路面病害進行調查，得到該山區高速公路路面存在的典型病害。調查結果如表1所示。

由表1可得，該公路段橫向裂縫與修補病害最為嚴重，占到總體病害的85%左右。由于山區高速公路段重載交通量大，車轍病害占到調查總病害的10%。該山區高速公路段龜裂病害較輕，基本無龜裂病害。由此可以得出該高速公路路面病害屬于發展早期，有進行預防性養護的必要。

表1 浙江省某山區公路路面病害調查統計表

1.2.2 山區公路路面病害產生機理

（1）裂縫類病害。該高速公路橫向裂縫病害分布均勻，上、下行段均出現大量橫向裂縫。該病害出現是由于重載交通與環境因素的影響造成瀝青路面產生疲勞損害，出現橫向裂縫，并且是由基層引起的反射裂縫。

（2）車轍類病害。車轍普遍存在于行車道車輛輪跡處，當氣溫升高時，路面溫度可以達到70 ℃以上，瀝青由彈性向黏性轉變，在重載交通的作用下瀝青混合料發生永久性變形，產生了車轍病害，導致瀝青路面的抗剪切能力下降。

（3）修補類病害。修補類病害是該公路段占比最高的病害。修補是傳統的養護方式，對裂縫、坑槽以及車轍病害進行修補。大量的修補造成路面的抗滑性能及平整度下降，影響了車輛的安全通行。

1.3 山區公路路基病害及產生機理

1.3.1 山區公路路基病害調查

對該山區公路路基進行檢測，檢測結果如表2所示，檢測結果顯示該公路段路基出現不均勻沉降現象。山區公路路基為高填方路基，路基高度在8～20 m范圍內，路基填料包括土質填料、土石混合填料以及填石路堤。路基沉降的主要原因與地基類型及填料性質有關，需要對山區公路路基的不均勻沉降進行處置。

表2 浙江省某山區公路路基工程概況

1.3.2 山區公路路基病害產生機理

公路路基的沉降主要由兩方面組成，一方面是地基在路基土自重作用下產生的固結壓縮變形，一方面是路基結構本身的固結壓縮變形。公路路基壓實采用分層壓實法，在分層壓實過程中路基土承受的輪載最大，產生的土體變形最大，而地基土的壓實效果不明顯。當路基分層壓實完成后，沉降量主要由地基土的固結壓縮變形造成。對于山區高速公路路基差異性沉降而言，高填路基的沉降主要是施工期沉降與施工后沉降兩者組成。施工期沉降是指在施工過程中由于施工器械的壓實作用，從施工開始至施工結束產生的沉降。施工后沉降是指在路基施工結束后，在一段時間內，在土體自主和車輛荷載的共同作用下導致地基土出現產生沉降的過程。

引起公路路基差異性沉降的因素有很多，根據浙江省某山區公路情況，路基差異性沉降出現的原因主要有以下幾類：

（1）土體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，但是在天然地基上進行路基修筑時，會對地基整體結構造成影響，路堤填土相當于給地基增加了自重，增大了地基自重引起地基土的沉降變形。由于增加路堤土自重所引起的沉降，主要受填土土質以及填土高度影響。根據該高速公路項目可知，項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，應該對高填方路基自重引起的差異沉降進行研究。

（2）壓實度不足引起的差異性沉降。路基壓實度不足引起的路基沉降是高速公路中最常見的沉降，當路基壓實度不足時，由于路基兩側的壓實度小于路基中央的壓實度，因此路基沉降的位置靠近于邊坡位置。在環境因素與車輛荷載的共同作用下，硬路肩與行車道之間出現明顯沉降差，造成路基沉陷和裂縫等病害。在雨水沖刷下，水沿著面層裂縫進入路面基層結構內部，在行車荷載反復作用下，造成路面結構整體斷裂。

（3）軟土地基引起的沉降差異。山區高速公路中存在大量的軟土地基，按照規范要求，進行路基施工前需要對軟弱地基進行處理。但是軟弱地基處理屬于隱蔽工程，為了減少工程造價，有一部分施工方，選擇直接在軟弱土地基上進行路基修筑，未對軟弱土地基進行處理。公路施工驗收時，也只檢測路基頂面與基層層底拉應力，在環境因素與行車荷載的反復作用下，公路路基出現路堤沉降、路面斷裂以及橋頭跳車等病害。該公路段，通過河流處有多處軟弱土地基，雖然軟弱地基處填土高度不高，但是需要考慮軟弱土地基引起的路基差異沉降。

（4）工后沉降。工后沉降是高填方路堤不可避免的。由于土的物理性質，土體為塑性材料，在土體整體被破壞后，經過二次壓實，不論壓實效果有多好，施工完成后也會產生沉降。并且對路基施工器械分析，壓實設備的壓實功也是有限的。該公路段為典型的山區高速公路，路基類型為高填方路基，路基填筑材料為石塊和土石混合材料，在路基施工過后，會出現由于自重變化所引起的地基不均勻沉降，但是對高填方路基進行沉降處治，可有效減少沉降量。

（5）工期限制引起的差異性沉降。路基沉降是一個持續的過程，不可能在施工過程中達到完全沉降。路基施工時間是路基自然沉降的一個關鍵因素，如今高速公路的建設講究施工效率，要求工程在短時間內完工，路基的施工基本上在10～16個月內完工，在施工時間內，高填方路基并沒有達到完全沉降，沉降量只達到了65%左右。路基施工完成后，緊接著是高速公路面層與基層的施工，在進行面層與基層施工時，路基并未完全沉降，這樣會造成路基施工后出現過大的差異沉降，對新鋪筑的面層與基層造成嚴重破壞。

2 山區公路病害防治措施

2.1 山區公路路面病害防治措施

根據該高速公路路面病害調查結果，得到路面病害中裂縫類病害占比最大，同時還存在車轍病害，但是原路面修補病害較多，達到50%，造成瀝青路面抗滑性能不足。因此，選用超薄罩面法對該瀝青路面進行預防性養護。

超薄罩面法：根據預防性養護方案，選擇熱超薄罩面技術，超薄抗滑層材料選用間斷級配骨架空隙結構瀝青混合料，瀝青采用改性瀝青，其技術指標如表3所示，超薄罩面層厚度通常在10～25 mm之間，粗集料最大粒徑小于等于10 mm，應選用表面粗糙、棱角分明且壓碎值符合要求的堿性集料。細集料類型應選擇機制砂，選擇壓碎值與含泥量滿足規范要求的機制砂即可。礦粉作為瀝青混合料的填料，在堿性條件下集料與瀝青膠漿之間產生化學吸附提高材料強度，用量通常在3%左右。

表3 改性瀝青膠結料技術要求

（1）混合料拌和及運輸。該公路段超薄罩面施工過程中嚴格控制拌和及運輸溫度。在進行混合料拌和時，必須保證改性瀝青在穩定期內，并且改性瀝青具有一定的溫度敏感性，拌和溫度過高時，會造成改性瀝青不穩定，使瀝青失效。

（2）撒布攤鋪。該公路段超薄罩面進行撒布攤鋪時需要使用專用加鋪機械，采用雙層攤鋪法，即黏結層與超薄抗滑層同時鋪設。首先向面層噴灑黏結材料形成黏結層，黏結材料選用乳化瀝青。在噴灑黏結材料的同時，進行混合料的攤鋪，完成超薄罩面的撒布攤鋪。

（3）碾壓。混合料撒布攤鋪完成后，進行碾壓施工。該公路段超薄罩面碾壓采用3段式碾壓，分為初壓、復壓以及終壓，壓實方法采用振動壓實。初壓時壓路機碾壓速度控制在4～5 km/h。復壓時速度應在5～6 km/h內，進行4遍碾壓。終壓時對路面進行靜壓施工，靜壓次數在3次左右。

2.2 路基沉降防治措施

根據浙江省某山區公路路基病害調查結果，得到主要病害為路基的不均勻沉降，根據沉降差異分級表（如表4所示）。該路基沉降差異等級為“中”級，需要對路基進行沉降差異處理。由于該公路段內地基存在不良地質，因此需要首先對不良地質進行處置，采用強夯法對不良地質進行處置。處置完畢后采用設置分隔墻法對高填方路堤處進行處置。

表4 差異沉降分級表

設置分隔墻：在高填方路基改擴建工程中，設置分隔墻法能夠有效減少新舊公路路基處的差異沉降。設置分隔墻法主要有以下特點：

（1）新舊路基處或地基承載力不能滿足要求處設置分隔墻，能夠有效控制舊路基中心的豎向沉降，防止舊路基與擴寬路基出現豎向差異性沉降，出現一高一低的現象。

（2）設置分隔墻能夠有效減小新舊路基之間的沉降差，縮小沉降差值。結合工程實踐，對于工后沉降原因引起的高填方路基差異沉降，分隔墻的設置能夠使道路中線11.5 m半徑內差異沉降減少40%左右。

（3）設置分隔墻能夠控制道路橫坡的變化。結合工程實踐，高填方路基加寬過程中，會對原有道路橫坡坡度產生影響，使道路橫坡坡度增加，降低行車安全性。設置分隔墻能夠明顯降低道路橫坡變化。

3 結論

綜上所述，山區公路由于地形復雜，在施工過后出現較多病害，需要對山區公路病害進行及時處置。該文以浙江省某山區公路為例，通過對該山區公路進行檢測，得到該公路段路基、路面存在較多病害，路面病害主要包括裂縫類及變形類，由于山區公路路基的填方高度在8～20 m，造成該公路段路基出現不均勻沉降。針對該公路段路基、路面出現的病害，提出薄層罩面的處置方法對路面進行預防性養護，采用強夯法+設置分隔墻措施對山區公路路基不均勻沉降進行處置。