改擴建公路常見路基病害成因及預防對策

摘要 改擴建公路結構特殊，存在新舊路基沉降差異、路基翻漿、裂縫、邊坡沖刷等路基病害，會危及公路安全性能，給國家和人民生命財產造成嚴重損失，需提前預防，加強處理。因此，文章基于改擴建公路常見路基病害，對病害成因、預防及處理對策等展開研究。通過研究可知，路基壓實、碾壓處理、鋪設土工格柵、換填軟弱地基是路基病害防控的重要舉措，對提升公路改擴建的施工質量意義重大。

關鍵詞 改擴建公路；路基；病害；原因

中圖分類號 U418.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0079-03

0 引言

社會經濟發展中，公路車流量持續增長，為滿足城市交通發展需求，需改擴建既有公路，提升公路交通能力。但新舊路基結構銜接時，由于路基建設時間、結構設計、施工工藝存在差異，拼接、拓寬區域會產生多種病害，導致路基質量受損，安全事故風險大。改擴建公路時，需優化改擴建工程設計，圍繞病害誘因，調整路基施工設計，明確技術要點，確保新舊路基整體建設質量。

1 改擴建公路常見路基病害及原因

1.1 裂縫

路基裂縫分為縱向、橫向兩種。改擴建項目中產生縱向裂縫的原因是新舊路基拼接、拓寬時，臺階施工操作、路基填筑及壓實不規范引起。路面滲水時，若新舊路基銜接不嚴，同樣會導致填土厚度不符合要求，內部填料不均勻，繼而產生縱向裂縫[1]。橫向裂縫多為“溫度裂縫”，因溫度應力作用產生。裂縫產生于溫度應力最大區域，產生后會快速延伸，導致路基結構老化，抗裂能力減弱。

1.2 路基翻漿

路基翻漿是改擴建公路的路基常見問題，由多種因素引起，多產生于春季。該階段土壤強度變弱，在車輛荷載增加后，路面載重反復作用會使路基產生“冒漿”“爆裂翻漿”現象。排水不及時、水位變化是引起翻漿問題的主要原因。比如，秋冬季降水會流入路基下土層，而下土層土壤溫度過高，流入后的路基土層含水量變多；冬季氣溫降低后，路基凍結，土層內水分凝結，體積膨脹，路面凸出；而回溫后，周圍、表面土層融化，但地下土層仍凍結，水分難以滲透，路基強度下降，承載力減弱，車輛荷載持續增加后會造成翻漿情況。

1.3 差異沉降

改擴建路基差異沉降病害較多，多產生于既有路基、新建路基外部荷載和自重力。自重力作用下，路基結構固結、壓縮，繼而沉降。比如，路基拓寬后，新舊路基發生豎向位移，而位移量自中間向外增加，中心區沉降變形小，路基邊緣變形明顯，新路基的沉降變形大于既有路基。

差異沉降原因較多：（1）填料含水量、工藝限制，加寬、拼接區域路基土層的壓實力度不足，造成新舊路基壓實度差異大。（2）路基結構變形不協調。例如，既有路基改擴建前路基固結完成，內部結構彈性模量小；新建路基荷載產生后，地基壓縮性、變形較大[2]。（3）銜接區域施工處治不規范，開挖臺階尺寸、壓實度控制不符合要求。

1.4 邊坡沖刷

公路改擴建需拓寬既有路基，新建路基時周邊植被、路基邊坡受損。新建路基邊坡植被未成形前，降雨、其他水流會沖擊邊坡區域，沖刷后會破壞路肩結構，損壞路面。邊坡沖刷原因：（1）削坡過早，邊坡防護不及時，植被防護體系成形緩慢。（2）未設置臨時性攔水埂進行排水。（3）雨水沖刷后未及時修補，路基邊坡結構密實度下降，結構兩層皮，穩固性差。（4）路基加寬、加高時，未規范超寬壓實、超高填筑的工藝流程。

2 改擴建公路路基病害預防對策

2.1 重視路基填料處理

（1）選用填料時，應樹立質量意識，以提升路基強度、預防路基差異沉降為目標，依據公路等級，把控填料質量，優化填料參數[3]。填料粒徑、強度、品質均需符合改擴建路基建設要求，如表1所示。

（2）均勻攤鋪填料。人工、機械共同處理填料，機械大范圍攤鋪，人工調整填料均勻性。應用砂土填料時，應控制填料液限指標，不得小于50%。可塑指數應大于25，以預防差異沉降。

（3）開挖臺階時，應嚴格控制臺階寬度控制，約150 cm，高度30 cm。均勻挖開路基拼接、拓寬區域，不得破壞既有路段的完整結構。開挖路基填料前，針對常見路基病害風險應加強防控，通過技術交底，規范施工。新建區域可設置兩種路堤，路堤高度不同。路堤開挖前，依據填料參數調整開挖順序；先處理路基底層，運輸填料，均勻攤鋪后進行整平、壓實、精平施工。

2.2 合理鋪設土工格柵

土工格柵可改善路基強度，縮小新舊路基的沉降差異。可通過鋪設土工格柵，預防改擴建公路路基病害。

（1）依據填料高度，確定土工格柵鋪設標準，分類標準包括200 cm、300 cm、500 cm、800 cm。填料高度為200～300 cm時，可采用鋼塑材質土工格柵，路基底層鋪設１層。填料高度為300～500 cm時，路床底面鋪設１層鋼塑格柵。填料高度大于800 cm時，屬于高填土區域，應結合臺階鋪設土工格柵。

（2）土工格柵鋪設后，應采用U形釘等鎖扣式材料固定格柵，以預防壓實期間土工格柵發生偏移，降低位置偏差風險，使路基強度不低于80 MPa。鋪設土工格柵后，該區域路基底壓實度應大于設計壓實度1%。路基超挖時，應在兩側鋪設土工格柵，根據間距要求標記鋪設位置，兩側距離應大于5 m。

（3）應用土工格柵鋪設技術時，應加強施工細節管理。1）明確加寬范圍，每側加寬約0.5 m；鋪設后，可使用壓路機和夯錘壓實、加固基底面。2）加強路基檢測，測量作業面路基面層平整度；發現面層出現不均勻、凹凸不平現象時，應立即壓平。3）土工格柵鋪設預粗砂層時，粗砂層厚度應小于30 cｍ，靜壓2次；鋪設土工格柵后，檢驗其平整度，測量搭接寬度，約20 cm。

2.3 規范路基碾壓施工

路基沉降變形、差異沉降、裂縫等病害與路基壓實度息息相關，需規范路基的碾壓施工，提升路基壓實度，使其壓實度符合公路改擴建質量要求[4]。

（1）改擴建公路路基時，加寬路基、拼接路基的壓實度、強度應大于既有路基約2%，以預防路基沉降差異。

（2）路基碾壓作業時，應針對新舊路基銜接區裂縫、沉降病害，加強路基壓實度、強度檢測。初步碾壓時，加強改擴建區域平整度、填料的均勻性管理。二次碾壓時，重點管控壓路機行駛速度，控制在2 km/h。終壓環節，針對處理壓實度不牢、平整度低的區域，碾壓速度應為3 km/h。碾壓結束后，檢驗新舊路基銜接性、邊坡穩定性。可采用S形軌跡碾壓路基，以確保完整覆蓋路基。

2.4 優化路基排水設計

（1）完善路基排水系統，設置排水溝、滲透板、排水管，及時導流地下水、地表水，減少水流對路肩、邊坡的沖刷。（2）加強邊坡保護，及時進行植被防護，覆蓋草皮，減少坡面沖刷。（3）邊坡坡度較大時，應填筑加固邊坡土體，使其具有較強抗沖刷能力，提升邊坡土體的結構穩定性；或設置護土墻、護石、護網，加固邊坡。各類邊坡沖刷防護施工設計應符合要求，如表2所示[5]。

3 改擴建公路路基病害處理措施

3.1 裂縫

改擴建公路路基產生橫縱向裂縫后，應及時處治，以保障路基安全性能，恢復路面交通功能。（1）觀察裂縫區域，裂縫較小時，可及時灌注熱瀝青，封閉裂縫，避免雨雪覆蓋后下滲水。（2）裂縫寬度大于4 mm且裂縫結構相對穩定時，需鑿除路基面層，鑿除寬度約50～100 cm；路基表面鑿除后，灌注處理漿液，黏連裂縫區域，后涂刷恢復面層。（3）裂縫寬度lt;4 mm且裂縫結構不穩定，裂縫邊緣仍拓展時，應開挖裂縫區域，開挖寬度不小于50 cm，開挖至基層后，用熱瀝青灌注基層裂縫，后用改性瀝青、黏合劑等材料，鋪筑裂縫區域，加鋪土工布；土工布間隙涂刷瀝青，寬度不小于15 cm，后鋪筑面層；基層結構受損、路基穩定性較低時，可采用混凝土鋼筋結構，替代裂縫縱向、橫向延伸區域的路基結構，以提升路基路面的抗裂性能。

3.2 路基翻漿

針對路基翻漿問題，應通過排水、換鋪等方式及時處理。（1）開渠排水。路面排水不暢時，路基結構長期處于高含水率狀態，結構發軟后容易翻漿，需在路肩設置橫向排水溝，及時將路面積水導出；排水溝寬度約35 cm，間距為5 m，溝渠深度應與路基基層深度相同；路面坑洼區域，還應設置橫溝、小盲溝、滲水井，其中小盲溝、滲水井應設于路面邊緣。（2）挖出路基翻漿產生的泥漿，換填水穩性較強的碎石、砂性土、爐渣；分層攤鋪后壓實，攤鋪厚度為60 cm。（3）修補因翻漿產生的坑洼、溝槽，保持路面平整、無積水。（4）開挖矩形、圓形滲水井，井邊長、直徑約30～50 cm；井內水需全部排出，直至開挖到冰凍層；井內滲水停止后，填筑碎石，成形后為砂樁；砂樁間距、數量以路基翻漿程度為準，當翻漿影響面積為6～10 m2時，應至少設置1根砂樁。（5）改擴建公路交通量較少、重型車輛不多時，處理區域可鋪設木料恢復交通，但翻漿嚴重時，應禁止重型車輛通過。

3.3 差異沉降

某高速公路改擴建工程，全長12 km，起止樁號為K01+152～K13+200，沿線地形較為平坦，地面高程為1.5 m，地層3 m范圍內為黏土。中部為35 m厚淤泥質黏土，區域內年降水量為1 571 mm，改擴建路基施工后，項目方對路基沉降量實施監測。路基沉降量計算公式如下：

式（1）中，S總——路基總沉降量（mm）；h——計算深度（m）；σz——路基附加應力（Mpa）；Es——變形模量（pa）。

路基加寬后，附加應力由新舊路基共同荷載產生。附加應力計算時，應結合路基荷載分步核算，單側路基加寬應計算新路基、舊路基的共同作用力產生的附加應力，計算公式：

σz=σz舊+σz新=（n1+n2+n3）P舊+（n1'+n2'+n3'）P新 （2）

式（2）中，σz舊——既有路基附加應力（Mpa）；σz新——新路基附加應力（Mpa）；n1、n2、n3、n1'、n2'、n3'均為改擴建路基附加應力系數（Mpa）；P新、P舊分別代表新、舊路基的附加應力值（Mpa）。項目新舊路基沉降差異較大，約為15～35 mm，如表3所示。

經檢測，改擴建項目存在新舊路基沉降差異較大、路基壓實度不符、臨時排水不暢、銜接區域處理不當等問題。為有效治理路基病害，擬采用以下施工措施：

（1）重新組織地質勘測工作，每50～200 mm設置1測點。采集各施工段軟土層厚度、土質性能、路基承載力。施工深度gt;20 m時，應用塑料排水板處理沉降路段，排水板厚度為4.5 mm。施工深度小于20 m時，應用縱向通水量大于50 cm3/s的塑料排水板，板厚4 mm。

（2）靠近結構物路段，應布設PTC預制管樁，樁深度應穿越路基結構，分擔路基上部荷載，避免路基土層變形，減少差異沉降量。

（3）設置塑料板時應加強施工管理，通過“可測深式”塑料排水板，逐根測量打入深度，記錄排水板深度。布設PTC管樁時，應重點控制垂直度，采用靜壓式沉樁方式。應用柴油沖擊錘打樁時，應控制錘擊力。

（4）埋設水平監測儀，觀測地基豎直沉降量。布設動態儀表，持續測量全線路基的差異沉降情況，檢測路基差異沉降處理效果。經檢測，個別點位的差異沉降量為15 mm，其余路段均為8～10 mm，沉降相對均勻。

3.4 邊坡沖刷

（1）輕度沖刷，沖溝深度小于20 cm。應用灰土修補沖溝，拍實邊坡。晴天復壓頂層灰土，壓實后刮平邊坡頂層，檢測壓實度。

（2）中度沖刷，沖溝深度大于20 cm而小于50 cm。該類邊坡沖刷區域缺口較大，治理時應開挖原邊坡，設置臺階，分層填筑夯實，使邊坡結構與既有坡面銜接。臺階寬度大于90 cm，高度小于20 cm，內傾斜角小于2%。缺口較小時，無條件碾壓重構、缺口區域。后開挖臺階，分層夯實，壓實厚度應小于15 cm。

（3）重度沖刷，沖溝深度大于50 cm。修復路基缺口時，同樣需修筑臺階，分層夯實。臺階寬度應大于1.2 m，高度小于40 cm。無條件碾壓路基缺口、沖溝面積較小時，分層壓實厚度應小于15 cm，碾壓后應無拼接痕跡，壓實度、灰劑量應符合路基填筑要求。有條件碾壓時，需清除邊坡沖刷溝產生的擋水帶，開挖臺階，分層壓實厚度小于25 cm，回填路基，路基寬度應大于設計寬度50 cm。邊坡重度沖刷會使路基邊坡結構下滑，邊坡區域缺土，處理時還應根據路基主線設計，修復原邊坡結構；修復臺階應與原坡面平順銜接，分層填筑坡面時應使用小型機具，臺階寬度應大于0.9 m，高度小于40 cm。

4 結語

綜上所述，公路是城市交通體系重要組成部分，路基是公路基礎結構。改擴建公路項目中，路基施工多采用拼接、拓寬形式，但在多種因素影響下，改擴建路基會產生翻漿、差異沉降、裂縫等病害，嚴重影響路基的穩定性、承載力。為保障改擴建路基施工質量，應針對病害成因，制定預防策略，加強路基病害處理，控制病害損失，確保改擴建路基順利竣工，整體性能符合公路建設要求。

參考文獻

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