公路路基路面病害成因及處治措施

鄧超

摘要 為了提升公路工程管養水平，文章總結了公路路基路面的病害檢測技術，從路基沉陷、邊坡滑塌、排水設施沖毀成因、橋頭跳車等方面分析了路基的病害成因及治理措施，從瀝青路面裂縫、車轍、水泥路面的錯臺和斷板等方面分析了路面的病害成因及治理措施。

關鍵詞 公路；路基路面；病害檢測；病害成因；處治措施

中圖分類號 U418文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0138-03

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，公路工程作為重要的基礎交通設施，其建設里程逐年增加，對建設質量的要求也越來越高。公路在運營期間，路基路面會受到車輛荷載的反復作用，從而出現路基沉陷、邊坡滑塌、瀝青路面裂縫、車轍等病害，影響行車安全性和舒適度，嚴重地會造成交通安全事故。如果對路基路面病害處治不當，病害可能進一步惡化。然而，大多數公路管養人員在處理路基路面病害時，盲目套用其他項目的圖紙，對病害機理了解不夠深入，使得處治方案適用性差[1]。因此，探究公路路基路面病害成因和處治措施具有重要的工程意義。

1 公路路基路面病害檢測

在分析公路路基路面病害成因之前，要先對路基路面病害進行檢測。只有病害檢測結果準確，才能有針對性地選擇處治措施[2]。

1.1 路面病害檢測

根據《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018），公路路面的病害檢測內容涉及彎沉、平整度、摩擦系數、破損狀況、裂縫等，具體檢測方法的總結見表1。

1.2 路基病害檢測

探地雷達技術作為一種新型路基病害檢測技術，開始在越來越多的項目中應用。由電磁波傳播理論可知，探地雷達配置的發射天線發出的電磁波能穿過層狀介質，并在不同介質交界處會產生波的折射與反射。反射波會被接收天線接收，折射波會繼續向下層巖土介質中傳播。影響探地雷達檢測效果的關鍵因素是電導率和介電常數，電導率越高，介電常數越大，探地雷達穿透深度越低。路基病害檢測結束后，要對檢測數據進行處理，其流程如下：導出檢測數據→文件預處理→數據處理（濾波、偏移、變換等）→圖像編輯→輸出處理結果。

2 路基病害成因及處治措施

2.1 路基病害成因

2.1.1 路基沉陷成因

公路路基沉陷是指路基在縱向產生大面積不均勻沉降，使得局部路段破壞，造成瀝青路面網裂、坑槽、破損等，嚴重的會導致交通中斷。路基沉陷的原因包括：①局部路段路堤填料的CBR、最大粒徑等指標不滿足要求或壓實質量控制不當，導致路基在運營期間產生較大工后沉降；②對不良地質路段的勘測或調查不詳細，選擇的地基處理方法不當或處理深度不足；③路面結構層配合比設計不合理，透水性過大，使得雨水徑流滲入路基內部[3]。

2.1.2 邊坡滑塌成因

當公路邊坡軟弱結構面上的下滑力＞抗滑力，邊坡就會出現滑塌破壞。以圖1為例，巖體ABC是潛在滑坡體，邊坡開挖后出現臨空面。如果采取的加固措施不合理，滑體可能沿著BC面滑動。

導致公路邊坡滑塌的因素有內部因素和外部因素。內在因素包括地質構造、地層巖性、邊坡坡度和坡高、巖體強度等。外在因素包括降雨、地震、人工活動等。大量工程實踐表明，90%以上的公路邊坡滑塌病害都與地層巖性或降雨有關，故該文針對這兩個原因展開分析。地層巖性直接影響邊坡巖土體強度，從而影響邊坡穩定性。邊坡巖土體性能越差（比如板巖、千枚巖等軟弱圍巖），邊坡安全系數越小。同時，在連續降雨條件下，雨水會通過邊坡縫隙滲入到坡體內部，增加邊坡巖土體重度（增加下滑力），減小其抗剪強度（減小抗滑力），從而減小邊坡安全系數[4]。

圖1 公路邊坡滑塌破壞

2.1.3 排水設施沖毀成因

公路路基排水設施損毀一般出現在路基或橋涵跨越沖溝位置，一方面是因為排水設施的基底壓實度不足，存在大量“虛土”，在雨水作用下被淘蝕，使得排水設施懸空或斷裂；另一方面是因為排水溝、急流槽等排水設施的圬工砌筑質量差或砌筑厚度不滿足設計文件要求，水流量大時容易被損毀。

2.1.4 橋頭跳車成因

路基填料為粉質黏土、粉土、砂性土、碎石等，剛度較小，抗變形能力小，在車輛荷載反復作用下工后沉降大。而橋臺建造是使用鋼筋混凝土材料，剛度大，抗變形能力大，且在橋臺基礎下用樁基礎加固，導致其工后沉降較小。公路經過多年運營，其路基和橋頭間會產生較大的沉降差。

2.2 路基病害處治措施

2.2.1 路基沉陷處治

為了防止公路路基沉陷，路基填料的CBR、最大粒徑等參數要滿足《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）及設計文件的要求，并在路基壓實時嚴格控制填料的含水量。當填料含水率小于最佳含水率，壓實前可通過補水來增加填料含水率；反之，需對路基填料進行晾曬或摻入水泥、石灰等無機結合料。同時，要加強不良地質勘察，查明軟弱土地基的分布范圍及深度，準確測定土體的物理力學參數，為軟土地基加固方案設計提供依據[5]。在選擇地基處理方案時，對強夯、水泥攪拌樁、CFG樁、預應力混凝土管樁等方案進行技術和經濟性比選。

2.2.2 邊坡滑塌處治

公路邊坡滑塌后，應及時清理路面落石，以免影響車輛通行，危害司乘人員的安全。如果邊坡滑塌嚴重，應封閉交通。邊坡滑塌處治方法應結合邊坡破壞情況及巖土體條件選擇，具體如下：①對于坡面淺層滑塌，可將坡面清理干凈后，施工護面墻，防止雨水沖刷；②對于滑坡滑塌嚴重的路段，應進行刷方、減載，采用預應力錨（桿）索框架梁。預應力錨（桿）索的長度、間距、傾角等參數應結合邊坡穩定性計算結果確定。邊坡使用預應力錨（桿）索框架梁加固后安全系數仍不滿足規范要求的，可用抗滑樁來加固邊坡。

2.2.3 排水設施沖毀處治

公路路基排水設施沖毀處治首先要合理計算水文水力參數，隨后要選擇合理的排水設施。

根據《公路排水設計規范》（JTGT D33—2012），公路路基各種排水設施的設計徑流量Q計算見式（1）：

（1）

式中，qp、t——平均降雨強度（mm/min）；——徑流系數，具體取值見表2；F——匯流面積（km2）。

表2 徑流系數參考值

計算區域 徑流系數 計算區域 徑流系數

瀝青路面 0.95 粗粒土坡面 0.10～0.30

水泥路面 0.9 軟質巖石坡面 0.50～0.75

細粒土坡面 0.40～0.65 硬巖石坡面 0.70～0.85

公路路基排水時最常用的構造物是邊溝和急流槽。為了防止排水設施沖毀，邊溝的排水長度不宜過長，并在出水口設置消能設施。在條件允許時，邊溝盡量采用混凝土預制塊鋪砌，以提高其抗沖刷能力。此外，急流槽是用于溝通路基上、下線排水的，其水流速度快、沖刷力大，必須做好急流槽底部消能設施的安裝。該文結合《公路排水設計手冊》，計算了消力池、跌水、加粗槽身、消力坎等措施對水流能力的消減效果，見圖2。

圖2 不同底部消能措施的效果

圖2計算結果表明：消力池對急流槽內水流的消能效果最好，可削減83%的沖刷能量。而加粗槽身對水流的消能效果最差，只削減了30%的沖刷能量，不建議該方案單獨用于排水設施沖毀處治中。

2.2.4 橋頭跳車處治

公路橋頭跳車處理常用高壓噴射注漿法，即利用高壓設備將水泥漿液噴射到與橋臺相接的路基土內部，漿液與土體發生化學反應，改善土體受力，提高土體強度和抗變形能力。根據流體力學理論，高壓噴射的速度v和流量Q可按式（2）（3）計算：

（2）

Q=vF （3）

式中，φ——噴嘴流速系數；g——重力加速度，取9.81 m/s2；p——噴嘴壓力（kPa）；γ——水的重度，取1 000 kN/m3；F——噴嘴出口面積（m2）。

3 路面病害成因及處治措施

3.1 路面病害成因

3.1.1 瀝青路面裂縫病害

裂縫是公路瀝青路面最常見的病害，不僅影響公路的美觀性，還容易擴展，導致路面結構損毀。瀝青路面裂縫有橫向裂縫、縱向裂縫及不規則裂縫等形式。不同類型的裂縫成因如下：①橫向裂縫與路基中心線垂直，大多是因為瀝青混合料面層或半剛性基層內的拉應力超過材料的極限抗拉強度所致；②縱向裂縫走向與行車方向相同，且長度較長。路基填筑時壓實度控制不均勻或瀝青路面的縱向接縫處理不當，都會形成縱向裂縫；③不規則裂縫多呈“網格狀”，長度較小，一般出現在行車道上，受車輛荷載（尤其是超載或重載車輛）的影響較大。

3.1.2 瀝青路面車轍病害

公路瀝青路面車轍是指路面在車輛荷載循環作用下所產生的凹凸變形，有結構性車轍、失穩性車轍、磨損型車轍等。無論哪種車轍，其變形都會經歷壓密→流動→骨架破壞3個階段。大量工程實踐表明，公路瀝青路面車轍病害與溫度和瀝青混合料配合比密切相關。如果公路所在區域的夏季高溫時間長，瀝青路面更容易出現車轍。此外，瀝青混合料在配合比設計時，如果油石比過大，會導致礦料級配嵌擠能力不足，在車輛荷載作用下也容易產生車轍。

3.1.3 水泥路面錯臺、斷板病害

當水泥混凝土路面裂縫沒能及時處理，裂縫進一步擴展容易導致路面斷板。水泥混凝土路面的基層頂面受水流沖刷后，細集料流失，導致面板底部脫空，相鄰面板在接縫兩側存在一定的高差而導致錯臺。

3.2 路面病害處治措施

3.2.1 瀝青路面裂縫處治

對于橫向裂縫或縱向裂縫，可采用開槽灌漿技術。開槽使用開槽機，槽寬1.5～2.0 cm、槽深2～3 cm，并用氣槍將槽內灰塵清理干凈。而密封膠應加熱至設計溫度后方可灌入槽內，灌注結束后至少冷卻養護15 min再開放交通；對于不規則裂縫，一般使用稀漿封層技術處理。稀漿封層中的瀝青宜選用改性乳化瀝青，石料級配可與老瀝青路面保持一致。

3.2.2 瀝青路面車轍處治

公路瀝青路面車轍病害可用厚1.5～2.5 cm的超薄磨耗層處理。超薄磨耗層的施工技術與稀漿封層技術相似，但需要在超薄磨耗層與舊瀝青路面之間噴灑一層黏層油。由于車轍處“凹型”，需給攤鋪機配“V形”攤鋪槽，以保證攤鋪厚度。

3.2.3 水泥路面錯臺、斷板處治

水泥路面斷板可采用植筋補強+灌縫的處理方案，見圖3。在實際施工時，需注意鋼筋的打入角度和長度，不可打穿混凝土面板。

圖3 水泥路面斷板處理示意

水泥路面錯臺應根據高差選擇處理措施。當錯臺高差＜5 mm，對行車安全影響不大，可不處理；當錯臺高差在5～10 mm之間，可采用磨平機磨平；當錯臺高差＞10 mm時，可用水泥混凝土填補。

4 結語

該文主要分析了公路路基路面常見病害的原因及處治措施，研究成果表明：在分析公路路基路面病害成因及處治措施之前，需對病害進行精確檢測。路基常見病害有沉陷、邊坡滑塌、排水設施沖毀、橋頭跳車等病害，瀝青路面常見病害有橫向裂縫、縱向裂縫、不規則裂縫、車轍等，水泥路面常見病害有錯臺、斷板等。一旦發生上述病害，公路管養人員要及時查明原因，并有針對性地選擇處治措施，希望該研究成果可為公路路基路面病害處理提供科學的理論指導。

參考文獻

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[3]李莉. 高速公路路基路面常見病害預防與維修加固技術[J]. 科學技術創新， 2021（10）： 126-127.

[4]靳青. 西北地區公路水毀成因及防治措施淺析[J]. 公路， 2014（12）： 222-225.

[5]鄭晶. 高速公路路基路面早期病害治理措施[J]. 交通標準化， 2013（12）： 31-33.