公路路面開裂成因分析及處治方案的探討

彭松林

摘要:文章根據(jù)公路部分路段路面出不同程度的開裂現(xiàn)象及局部出現(xiàn)了沉陷現(xiàn)象,對這些公路病害的成因進(jìn)行分析,并提出了相應(yīng)的處治方案。

關(guān)鍵詞:公路路面;病害成因分析;處治方案

中圖分類號:U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號:1006-8937(2009)10-0115-02

隨著國家對公路建設(shè)投資力度的加大,我國的公路工程建設(shè)發(fā)展十分迅速。但隨著公路的建成并投入運(yùn)營后,公路部分路段的路面出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象,局部路面還出現(xiàn)了沉陷現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了這些路段的行車舒適感,甚至危及行車安全,對路基的穩(wěn)定性也構(gòu)成了威脅。文章針對這些公路病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,并結(jié)合實(shí)際提出相應(yīng)的處治方案。

1路面開裂成因公析

1.1存在的問題

經(jīng)對幾個(gè)典型路段巖土工程勘察結(jié)果表明,主要存在以下四方面的問題:

①填土壓實(shí)度欠佳,甚至不達(dá)標(biāo)。在部分路段進(jìn)行的槽探中,采用灌沙法對上路床、下路床及上路堤進(jìn)行了壓實(shí)度測試,試驗(yàn)結(jié)果表明,每個(gè)槽探點(diǎn)均不同程度地存在壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象,達(dá)標(biāo)率僅為12%。

②路基填料質(zhì)量欠佳。在抽檢的幾個(gè)探槽中采集上路床、下路床、上路堤填土進(jìn)行室內(nèi)承載比(CBR)試驗(yàn),結(jié)果表明,某些路段填土的承載比值偏低,達(dá)標(biāo)率為50%,由此可見,填料的承載比值偏低具有普遍性。另外,室內(nèi)土工試驗(yàn)成果表明,路基土均屬于或接近“雙高”細(xì)粒土,即“高液限、高塑性指數(shù)”,勘察發(fā)現(xiàn),勘察期間路基填土的含水量普遍高于最佳含水量。

③路堤坡面排水、防滲水、保持水功能不足?？辈彀l(fā)現(xiàn),部分土路肩培土高于硬路肩,導(dǎo)致路面散排水無法順利排除,易于沿交接處下滲;另外,部分路段的棱形骨架破損嚴(yán)重,大多數(shù)路堤邊坡的培土多屬粗粒土或含粗粒粘土,不適宜植物生長,防護(hù)植物成活率低,長勢普遍不良,造成大部分邊坡的路基填土裸露,沖刷嚴(yán)重。由此造成路堤坡面排水、防滲水、保持水功能不足。

④天然地基中局部存在較軟弱土層?？辈彀l(fā)現(xiàn),個(gè)別路段的天然地基中,局部存在較軟弱土層,地基土性質(zhì)欠均勻。

1.2路面開裂成因分析

造成路面開裂的原因是復(fù)雜的,涉及到的因素包括地基承載力、填土高度、填土性質(zhì)、填土壓實(shí)度、路面質(zhì)量、氣候環(huán)境、運(yùn)營管理等等。

①地基承載力與填土高度。填土高度不同,對地基承載力的要求是不同的,填土容重以20 kn/m3計(jì)算,每10m填土對地基的附加壓力為200 kPa,一般未經(jīng)加固處理的非軟土地基承載力為150～250 kPa,對于高填路堤的地基,一般需進(jìn)行夯實(shí)、碾壓或其它加固處理,否則地基將產(chǎn)生過大壓縮變形,甚至失穩(wěn)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn),填土高度大于9m的路段路面開裂現(xiàn)象很普遍,面且,填土越高,路面越容易出現(xiàn)開裂,而且越嚴(yán)重。一方面,高填路堤給地基施加較大的附加壓力,造成地基上產(chǎn)生較大的壓縮變形;另一方面,由于填土高度大,反映到路面的路基累積變形量就大于矮路堤。由此可見,路面開裂與填土高度有關(guān),當(dāng)填土壓實(shí)度等欠佳時(shí),問題就更為突出了。

②填土性質(zhì)。前面提到的“雙高土”具有以下幾種特征:

第一,具有“橡皮土”的特征,不易壓實(shí),造成壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)。

第二,具有較強(qiáng)的親水性,容易吸收下滲的雨水,含水量增加,造成強(qiáng)度降低;而失水時(shí),產(chǎn)生較大的收縮變形,由于縱向收縮受到的約束較大,路基在持久干旱季節(jié)容易產(chǎn)生橫向裂縫。

第三,具有明顯的流變性,在外界氣候環(huán)境變化(特別是干濕交替)的影響下,會(huì)出現(xiàn)持續(xù)、反復(fù)的變形,不易穩(wěn)定。

另外,承載比CBR值是路基上的強(qiáng)度指標(biāo),使用CBR值不達(dá)標(biāo)的土料填筑的路基抵抗破壞的能力較差。但是,據(jù)了解,由于條件所限,公路全線大量使用高液限、高塑指粘性土作為路基填料,但路面開裂僅集中出現(xiàn)在基中幾個(gè)標(biāo)段,說明填土性質(zhì)不良與路面開裂沒有必然關(guān)系。勘察結(jié)果也表明,進(jìn)委巖土勘察的8個(gè)路段中,有5個(gè)路段的填土并非“雙高土”,但同樣出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的路面開裂現(xiàn)象。由此可見,填土性質(zhì)不良使得路基抵抗變形、破壞的能力降低,但不是路面開裂的主因。

③填土壓實(shí)度。填土壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的直接表現(xiàn)就是路基承載力不足,在自重及車載作用下,路基產(chǎn)生過大奪縮變形。由于路線方向的變形約束大于側(cè)向的變形約束,變形向側(cè)向發(fā)展,進(jìn)而導(dǎo)致路基土產(chǎn)生縱向裂縫,而路面結(jié)構(gòu)層的容許變形量要小于路基土,路基上過大的側(cè)向變形或縱向開裂導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生過大應(yīng)力,最終導(dǎo)致路面產(chǎn)生縱向裂縫。由此認(rèn)為,填土壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)路段,容易產(chǎn)生縱向裂縫。

勘察結(jié)果表明,路面開裂路段的填土壓實(shí)度不足具有普遍性,而且路面以縱向開裂為主。因此認(rèn)為,填土壓實(shí)度不足是造成路面開裂的重要原因。

④路面質(zhì)量。路面結(jié)構(gòu)層直接承受車輛荷載,質(zhì)量好壞將直接影響其壽命。勘察結(jié)果表明,路面結(jié)構(gòu)層質(zhì)量普遍尚好,而且路面開裂幾乎都發(fā)生在填方路段,可以認(rèn)為,路面質(zhì)量不是造成路面開裂的主要原因。

⑤氣候環(huán)境。由于路堤坡面排水、防滲水、保折水功能不足,導(dǎo)致降雨及干旱對路基產(chǎn)生不良影響主要表現(xiàn)為:

第一,雨水大量下滲,使得路基土含水量增加,強(qiáng)度降低。

第二,雨水沿路基中已有裂縫滲入,產(chǎn)生水力劈裂作用,使得裂縫進(jìn)一步延伸、擴(kuò)大。

第三,雨水沖刷作用不斷帶走松散、細(xì)小顆粒,使得裂縫不斷擴(kuò)大,加速了路基、路面變形破壞;第四,在干燥季節(jié),路基土水分通過坡面大量蒸發(fā),引起路基土收縮變形,產(chǎn)生裂縫。

由此認(rèn)為,路堤坡面防護(hù)及綠化效果不佳對路面開裂起到加速作用。

⑥運(yùn)營管理。主要體現(xiàn)在對車輛超載及道路養(yǎng)護(hù)的管理上。超載車輛對路面及路基的破壞是顯而易見的;而已破損路面、路基如果得不到及時(shí)修復(fù),在裂縫末端將產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,加速裂縫擴(kuò)展。

⑦綜合因素。造成路面開裂的因素是多樣的,而且不是孤立的,當(dāng)其中某種因素導(dǎo)致細(xì)微裂縫出現(xiàn)后,其它不利因素會(huì)對裂縫的擴(kuò)展起到推波助瀾的作用,加劇路面的開裂。因此認(rèn)為,路面開裂是多種因素綜合作用的結(jié)果。

2處治方案說明

2.1治理路面開裂的對策

基于以上路面開裂成因分析,可以得出這樣的認(rèn)識(shí):路面開裂主要是由于路基變形或地基變形或兩者同時(shí)變形引起的。變形可分為垂直變形和側(cè)向變形,一般認(rèn)為,目前路基及地基的垂直變形已趨于穩(wěn)定,變形主要體現(xiàn)為側(cè)向變形。要防止路面進(jìn)一步開裂,最有效的辦法就是約束側(cè)向變形。約束側(cè)向變形可通過兩面三刀的手段來實(shí)現(xiàn):

①主動(dòng)約束,通過改良填土、地基土的性質(zhì),增強(qiáng)其抵抗變形的能力;

②被動(dòng)約束,通過在路基、地基外側(cè)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)體限制側(cè)向變形。

2.2處治方案及可行性分析

考慮到項(xiàng)目的特殊性,處治方案必須具備以下條件:

①不能陰斷或嚴(yán)重影響交通現(xiàn)狀。

②不能大面積破壞現(xiàn)有路面、路基。

③滿足“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、快速”原則。

通過多方案比選,提出了以高壓旋噴灌漿、路面大導(dǎo)管垂直灌漿和設(shè)置固腳墻為主的綜合處治方案。

①高壓旋噴灌漿。采用三管法,在土路肩及路堤邊坡設(shè)置兩排高壓旋噴樁,嵌入地基土或反壓護(hù)道頂面以下2～3 m,約束路基側(cè)向變形。高壓旋噴灌漿的設(shè)備相對簡單,便于在狹小空間施工,對高速公路行車影響相對較小;另外,三管法高壓旋噴形成的樁徑較大,一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為樁徑可達(dá)1.3～1.5 m,具有較大的鋼度,抵抗側(cè)向變形的能力更強(qiáng);其性價(jià)比優(yōu)于水泥土深層攪拌樁,具有較好的可行性。

②路面垂直灌漿。在開裂的路面上以2.5 m的孔距垂直灌漿,灌漿深度3 m。灌漿在一定程度上對填土起到改良作用,最重要的是對裂縫起到封堵作用。但是,在以粘性土為主的壓實(shí)填土中灌漿,其可灌漿需經(jīng)試驗(yàn)方能確定,灌漿效果有待驗(yàn)證。因此認(rèn)為,路面垂直灌漿的可行性一般,可先進(jìn)行試驗(yàn)性施工,根據(jù)試驗(yàn)效果指導(dǎo)后續(xù)施工。

③設(shè)置固腳墻。在高填路堤邊坡坡底設(shè)置固腳墻,目的是約束地基土側(cè)向變形。對于填方高于9.0 m的路段,特別是地基土相對較弱的高填方路段,約束地基土側(cè)仙變形是很有必要的。固腳墻采用片石干砌,一般規(guī)格為5m×3m(寬×高),在不新征土地的情況下,具有較好的可行性。

在具體路面開裂路段,根據(jù)具體巖土條件及路面破壞情況選擇以上措施的一種或多種進(jìn)行處治,除采取以上三種措施外,尚應(yīng)對裂縫進(jìn)行一般性注漿封堵(對于未進(jìn)行路面垂直灌漿的路段),對破損路面進(jìn)行罩面處理,對邊

坡破損骨架進(jìn)行修復(fù),對沖刷嚴(yán)重、植物長勢不良的坡面進(jìn)行重新培土綠化等。

3結(jié) 語

總之,在施工過程中應(yīng)該加強(qiáng)施工管理,提高現(xiàn)場施工質(zhì)量,規(guī)范施工,盡量提高公路的使用性能,延長其使用壽命,提高投資效益。

參考文獻(xiàn):

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[2] JTG F10-2006,公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].