李婷婷,李周旗

（溫州華晟道路橋梁設(shè)計(jì)研究有限公司,浙江 溫州 325088）

0 引言

隨著我國(guó)高速公路規(guī)劃網(wǎng)的逐漸建成，高速公路建設(shè)項(xiàng)目由東部地區(qū)轉(zhuǎn)為中西部多山地區(qū)。山區(qū)高速公路普遍出現(xiàn)高填深挖、半挖半填路基，造成高速公路路基穩(wěn)定性不足[1]。由于路基的不均勻沉降，造成山區(qū)公路路面出現(xiàn)大量裂縫及變形[2]。山區(qū)公路病害的出現(xiàn)與普通公路相比，要提前2～3年，主要與公路等級(jí)及施工技術(shù)有關(guān)[3]。因此，為了滿足山區(qū)公路的使用要求，必須對(duì)山區(qū)公路病害產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)措施[4]。該文以浙江省某山區(qū)公路為例，對(duì)該公路路基路面病害進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析病害產(chǎn)生機(jī)理，并提出處置措施。

1 山區(qū)公路病害調(diào)查

1.1 工程概況

浙江省某山區(qū)公路位于山嶺重丘區(qū)，公路段全長(zhǎng)25.756 km，公路路面基層選用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)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(xiàn)大面積軟弱地基，為硬質(zhì)基巖地基與軟質(zhì)基巖地基，在進(jìn)行路基施工時(shí)，需要對(duì)軟質(zhì)基巖地基進(jìn)行處理[5]。

1.2 山區(qū)公路路面病害及產(chǎn)生機(jī)理

1.2.1 山區(qū)路面病害調(diào)查

通過(guò)對(duì)浙江省某山區(qū)公路路面病害進(jìn)行調(diào)查，得到該山區(qū)高速公路路面存在的典型病害。調(diào)查結(jié)果如表1所示。

由表1可得，該公路段橫向裂縫與修補(bǔ)病害最為嚴(yán)重，占到總體病害的85%左右。由于山區(qū)高速公路段重載交通量大，車轍病害占到調(diào)查總病害的10%。該山區(qū)高速公路段龜裂病害較輕，基本無(wú)龜裂病害。由此可以得出該高速公路路面病害屬于發(fā)展早期，有進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的必要。

表1 浙江省某山區(qū)公路路面病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

1.2.2 山區(qū)公路路面病害產(chǎn)生機(jī)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(xiàn)大量橫向裂縫。該病害出現(xiàn)是由于重載交通與環(huán)境因素的影響造成瀝青路面產(chǎn)生疲勞損害，出現(xiàn)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(dāng)氣溫升高時(shí)，路面溫度可以達(dá)到70 ℃以上，瀝青由彈性向黏性轉(zhuǎn)變，在重載交通的作用下瀝青混合料發(fā)生永久性變形，產(chǎn)生了車轍病害，導(dǎo)致瀝青路面的抗剪切能力下降。

（3）修補(bǔ)類病害。修補(bǔ)類病害是該公路段占比最高的病害。修補(bǔ)是傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式，對(duì)裂縫、坑槽以及車轍病害進(jìn)行修補(bǔ)。大量的修補(bǔ)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(qū)公路路基病害及產(chǎn)生機(jī)理

1.3.1 山區(qū)公路路基病害調(diào)查

對(duì)該山區(qū)公路路基進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示，檢測(cè)結(jié)果顯示該公路段路基出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。山區(qū)公路路基為高填方路基，路基高度在8～20 m范圍內(nèi)，路基填料包括土質(zhì)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(zhì)有關(guān)，需要對(duì)山區(qū)公路路基的不均勻沉降進(jìn)行處置。

表2 浙江省某山區(qū)公路路基工程概況

1.3.2 山區(qū)公路路基病害產(chǎn)生機(jī)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(chǎn)生的固結(jié)壓縮變形，一方面是路基結(jié)構(gòu)本身的固結(jié)壓縮變形。公路路基壓實(shí)采用分層壓實(shí)法，在分層壓實(shí)過(guò)程中路基土承受的輪載最大，產(chǎn)生的土體變形最大，而地基土的壓實(shí)效果不明顯。當(dāng)路基分層壓實(shí)完成后，沉降量主要由地基土的固結(jié)壓縮變形造成。對(duì)于山區(qū)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(guò)程中由于施工器械的壓實(shí)作用，從施工開(kāi)始至施工結(jié)束產(chǎn)生的沉降。施工后沉降是指在路基施工結(jié)束后，在一段時(shí)間內(nèi)，在土體自主和車輛荷載的共同作用下導(dǎo)致地基土出現(xiàn)產(chǎn)生沉降的過(guò)程。

引起公路路基差異性沉降的因素有很多，根據(jù)浙江省某山區(qū)公路情況，路基差異性沉降出現(xiàn)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(jìn)行路基修筑時(shí)，會(huì)對(duì)地基整體結(jié)構(gòu)造成影響，路堤填土相當(dāng)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(zhì)以及填土高度影響。根據(jù)該高速公路項(xiàng)目可知，項(xiàng)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(yīng)該對(duì)高填方路基自重引起的差異沉降進(jìn)行研究。

（2）壓實(shí)度不足引起的差異性沉降。路基壓實(shí)度不足引起的路基沉降是高速公路中最常見(jiàn)的沉降，當(dāng)路基壓實(shí)度不足時(shí)，由于路基兩側(cè)的壓實(shí)度小于路基中央的壓實(shí)度，因此路基沉降的位置靠近于邊坡位置。在環(huán)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(xiàn)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(jìn)入路面基層結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在行車荷載反復(fù)作用下，造成路面結(jié)構(gòu)整體斷裂。

（3）軟土地基引起的沉降差異。山區(qū)高速公路中存在大量的軟土地基，按照規(guī)范要求，進(jìn)行路基施工前需要對(duì)軟弱地基進(jìn)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(jià)，有一部分施工方，選擇直接在軟弱土地基上進(jìn)行路基修筑，未對(duì)軟弱土地基進(jìn)行處理。公路施工驗(yàn)收時(shí)，也只檢測(cè)路基頂面與基層層底拉應(yīng)力，在環(huán)境因素與行車荷載的反復(fù)作用下，公路路基出現(xiàn)路堤沉降、路面斷裂以及橋頭跳車等病害。該公路段，通過(guò)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(zhì)，土體為塑性材料，在土體整體被破壞后，經(jīng)過(guò)二次壓實(shí)，不論壓實(shí)效果有多好，施工完成后也會(huì)產(chǎn)生沉降。并且對(duì)路基施工器械分析，壓實(shí)設(shè)備的壓實(shí)功也是有限的。該公路段為典型的山區(qū)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(guò)后，會(huì)出現(xiàn)由于自重變化所引起的地基不均勻沉降，但是對(duì)高填方路基進(jìn)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(gè)持續(xù)的過(guò)程，不可能在施工過(guò)程中達(dá)到完全沉降。路基施工時(shí)間是路基自然沉降的一個(gè)關(guān)鍵因素，如今高速公路的建設(shè)講究施工效率，要求工程在短時(shí)間內(nèi)完工，路基的施工基本上在10～16個(gè)月內(nèi)完工，在施工時(shí)間內(nèi)，高填方路基并沒(méi)有達(dá)到完全沉降，沉降量只達(dá)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(jìn)行面層與基層施工時(shí)，路基并未完全沉降，這樣會(huì)造成路基施工后出現(xiàn)過(guò)大的差異沉降，對(duì)新鋪筑的面層與基層造成嚴(yán)重破壞。

2 山區(qū)公路病害防治措施

2.1 山區(qū)公路路面病害防治措施

根據(jù)該高速公路路面病害調(diào)查結(jié)果，得到路面病害中裂縫類病害占比最大，同時(shí)還存在車轍病害，但是原路面修補(bǔ)病害較多，達(dá)到50%，造成瀝青路面抗滑性能不足。因此，選用超薄罩面法對(duì)該瀝青路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

超薄罩面法：根據(jù)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，選擇熱超薄罩面技術(shù)，超薄抗滑層材料選用間斷級(jí)配骨架空隙結(jié)構(gòu)瀝青混合料，瀝青采用改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)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(yīng)選用表面粗糙、棱角分明且壓碎值符合要求的堿性集料。細(xì)集料類型應(yīng)選擇機(jī)制砂，選擇壓碎值與含泥量滿足規(guī)范要求的機(jī)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(chǎn)生化學(xué)吸附提高材料強(qiáng)度，用量通常在3%左右。

表3 改性瀝青膠結(jié)料技術(shù)要求

（1）混合料拌和及運(yùn)輸。該公路段超薄罩面施工過(guò)程中嚴(yán)格控制拌和及運(yùn)輸溫度。在進(jìn)行混合料拌和時(shí)，必須保證改性瀝青在穩(wěn)定期內(nèi)，并且改性瀝青具有一定的溫度敏感性，拌和溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)造成改性瀝青不穩(wěn)定，使瀝青失效。

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

（3）碾壓?；旌狭先霾紨備佂瓿珊螅M(jìn)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(fù)壓以及終壓，壓實(shí)方法采用振動(dòng)壓實(shí)。初壓時(shí)壓路機(jī)碾壓速度控制在4～5 km/h。復(fù)壓時(shí)速度應(yīng)在5～6 km/h內(nèi)，進(jìn)行4遍碾壓。終壓時(shí)對(duì)路面進(jìn)行靜壓施工，靜壓次數(shù)在3次左右。

2.2 路基沉降防治措施

根據(jù)浙江省某山區(qū)公路路基病害調(diào)查結(jié)果，得到主要病害為路基的不均勻沉降，根據(jù)沉降差異分級(jí)表（如表4所示）。該路基沉降差異等級(jí)為“中”級(jí)，需要對(duì)路基進(jìn)行沉降差異處理。由于該公路段內(nèi)地基存在不良地質(zhì)，因此需要首先對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行處置，采用強(qiáng)夯法對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行處置。處置完畢后采用設(shè)置分隔墻法對(duì)高填方路堤處進(jìn)行處置。

表4 差異沉降分級(jí)表

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

（1）新舊路基處或地基承載力不能滿足要求處設(shè)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(kuò)寬路基出現(xiàn)豎向差異性沉降，出現(xiàn)一高一低的現(xiàn)象。

（2）設(shè)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(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)于工后沉降原因引起的高填方路基差異沉降，分隔墻的設(shè)置能夠使道路中線11.5 m半徑內(nèi)差異沉降減少40%左右。

（3）設(shè)置分隔墻能夠控制道路橫坡的變化。結(jié)合工程實(shí)踐，高填方路基加寬過(guò)程中，會(huì)對(duì)原有道路橫坡坡度產(chǎn)生影響，使道路橫坡坡度增加，降低行車安全性。設(shè)置分隔墻能夠明顯降低道路橫坡變化。

3 結(jié)論

綜上所述，山區(qū)公路由于地形復(fù)雜，在施工過(guò)后出現(xiàn)較多病害，需要對(duì)山區(qū)公路病害進(jìn)行及時(shí)處置。該文以浙江省某山區(qū)公路為例，通過(guò)對(duì)該山區(qū)公路進(jìn)行檢測(cè)，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(qū)公路路基的填方高度在8～20 m，造成該公路段路基出現(xiàn)不均勻沉降。針對(duì)該公路段路基、路面出現(xiàn)的病害，提出薄層罩面的處置方法對(duì)路面進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，采用強(qiáng)夯法+設(shè)置分隔墻措施對(duì)山區(qū)公路路基不均勻沉降進(jìn)行處置。