湖南省高速公路粗粒土路基填料使用及其病害情況

嚴(yán)春華

摘 要:本文結(jié)合“高速公路路基沉降及其對(duì)路面的影響”科研課題,對(duì)湖南省境內(nèi)粗粒土路堤填料使用情況和粗粒土路堤段路面結(jié)構(gòu)的病害情況進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于粗粒土路堤填料具有良好的工程性質(zhì)以及取材廣泛,湖南省高速公路路堤填土材料以粗粒土為主,研究粗粒土路堤填料流變工程性質(zhì)以及粗粒土高填路堤的長(zhǎng)期流變變形具有重要的工程意義和理論價(jià)值。

關(guān)鍵詞:土石混填路堤;里面病害;調(diào)研;高速公路

中圖分類號(hào):U416.211

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)03-0122-03

1引言

路基是路面結(jié)構(gòu)的支承物,車輛荷載通過(guò)路面結(jié)構(gòu)傳至路基,堅(jiān)實(shí)而穩(wěn)定的路基與良好的路面結(jié)構(gòu)是安全、舒暢行車的基本保障。然而“水能載舟,亦可覆舟”,路基的穩(wěn)定和變形直接影響著路面結(jié)構(gòu)的壽命,路基穩(wěn)定則路面結(jié)構(gòu)的壽命長(zhǎng),行車順暢,反之則不然。

近年來(lái),湖南省高速公路建設(shè)猶如雨后春筍般發(fā)展迅猛,高速公路網(wǎng)擬建設(shè)成橫貫東西、縱通南北、覆蓋全省、連接周邊、密度適當(dāng)、高效便捷的高速公路網(wǎng)絡(luò)。大致形成5條南北縱線和7條東西橫線組成的格局,總建設(shè)規(guī)模約為5300km,其中縱向主線2510km,橫向主線2620km。湖南省高速公路建設(shè)的任務(wù)艱巨,所遇到的難題頗多,其中粗粒土高填路堤的長(zhǎng)期流變變形問(wèn)題尤為普遍和突出。為了研究粗粒土路堤填料長(zhǎng)期流變變形性質(zhì),有效指導(dǎo)粗粒土路堤設(shè)計(jì)和施工,成立“高速公路路基沉降及其對(duì)路面的影響”科研課題。該課題研究粗粒土路堤填料流變工程性質(zhì),以及粗粒土高填路堤的長(zhǎng)期流變變形,提供粗粒土高填路堤流變變形計(jì)算工具,為高速公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)提供參考。

2粗粒土路堤填料應(yīng)用情況

粗粒土路堤填料在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用日益廣泛。結(jié)合本研究課題,為了解湖南省境內(nèi)高速公路粗粒土路堤填料的使用情況,對(duì)湖南省境內(nèi)的臨長(zhǎng)、潭耒、耒宜、常張、衡大、邵懷和懷新高速公路粗粒土路堤填料應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)研,調(diào)研采用現(xiàn)場(chǎng)踏勘和資料收集的方法進(jìn)行。調(diào)查了湖南省內(nèi)高速公路粗粒土路基填料的種類和不同粗粒土路堤填料公路在營(yíng)運(yùn)期間的路面破損狀況,各高速公路路段粗粒土路堤填料使用情況見表1。

調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn),由于粗粒土路堤填料具有良好的工程性質(zhì)以及取材廣泛,在高速公路路堤工程中得到廣泛應(yīng)用,粗粒土是一種普遍、經(jīng)濟(jì)、具有良好工程性質(zhì)的路基填料。湖南省高速公路路堤填土材料以粗粒土為主。

3紅砂巖粗粒土路基段病害

據(jù)地質(zhì)調(diào)查得知紅砂巖是分布廣泛的一種巖石,在湖南、福建、廣東、江西、四川、貴州及云南等省均有分布,尤其是在湖南省的湘南、湘中、湘西地區(qū)分布廣泛[14]。根據(jù)試驗(yàn)研究表明風(fēng)化程度較高的紅砂巖抗壓強(qiáng)度一般小于5MPa,屬極軟巖,但是自由膨脹率一般小于80%、CBR值大于8、室內(nèi)回彈模量大于30MPa,它能滿足《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》的要求,因此,紅砂巖粗粒土可以作為高速公路路堤填料[15]。根據(jù)前面調(diào)研可知在實(shí)際建設(shè)中,紅砂巖粗粒土是山區(qū)公路建設(shè)最常用的路堤填料。但是,有試驗(yàn)表明紅砂巖具有漸進(jìn)崩解特性,受水的影響紅砂巖結(jié)構(gòu)容易逐步退化,紅砂巖粗粒土填筑的路堤的長(zhǎng)期變形問(wèn)題有待進(jìn)一步研究和解決。在公路的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),紅砂巖粗粒土填筑的路堤路段路面結(jié)構(gòu)病害問(wèn)題比較多。根據(jù)湖南省現(xiàn)有公路路堤工況調(diào)查,湖南地區(qū)已運(yùn)營(yíng)路的紅砂巖粗粒土路堤出現(xiàn)了一些長(zhǎng)期沉降病害,造成了路面結(jié)構(gòu)的破壞。例如,320國(guó)道K1143-K1180路段,107國(guó)道K1922+950、K1980+200及湘江二橋橋頭南接線路段,以及京珠高速公路長(zhǎng)沙至湘潭K18-K19路段的紅砂巖粗粒土路堤均出現(xiàn)了不同程度長(zhǎng)期變形導(dǎo)致的路面結(jié)構(gòu)破壞問(wèn)題。

本文對(duì)已運(yùn)營(yíng)的高速公路紅砂巖粗粒土填土路堤段路面結(jié)構(gòu)存在的病害情況進(jìn)行了調(diào)查。對(duì)耒宜高速公路、潭耒高速公路和臨長(zhǎng)高速公路三條高速公路紅砂巖粗粒土路基路段的路面病害狀況進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)紅砂巖粗粒土填土路基路段存在較多與流變變形有關(guān)的路面結(jié)構(gòu)破壞病害。典型的路面結(jié)構(gòu)破損主要表現(xiàn)為路面出現(xiàn)縱向及交叉裂縫、坑凹、起拱、波浪和路面橫向裂縫等。其中,耒宜高速公路、潭耒高速公路和臨長(zhǎng)高速公路紅砂巖粗粒土路堤段的典型病害情況見表2。

4耒宜高速公路病害

其中對(duì)紅砂巖粗粒土路堤分布比較廣泛,并且交通流量較大,雨水充沛,營(yíng)運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)的耒宜高速公路其中5km段長(zhǎng)的路面結(jié)構(gòu)破損病害進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和檢測(cè)。耒宜高速公路地處湘南地區(qū),是紅砂巖廣泛分布和雨水充沛地區(qū),該高速公路建設(shè)過(guò)程中大量使用了紅砂巖粗粒土填料。自2000年底建成通車以來(lái),隨著沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,耒宜高速公路交通量和交通軸載不斷增大,路基發(fā)生不同程度的長(zhǎng)期沉降,使水泥混凝土路面出現(xiàn)了多種類型、不同程度的破損和病害,給行車舒適性造成了極不利的影響。進(jìn)入2005年以后,受交通量逐漸增大、超載和水災(zāi)等因素的影響,耒宜高速公路目前已進(jìn)入路基和路面病害高發(fā)期,路面脫空現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致整個(gè)路面病害發(fā)展迅速,甚至部分路段路面嚴(yán)重破損。至2005年11月底,耒宜高速公路其中紅砂巖粗粒土路基分布廣泛的5km段長(zhǎng)主要路面病害統(tǒng)計(jì)見表3。

表3數(shù)據(jù)顯示耒宜高速公路紅砂巖粗粒土路基段路面結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重,許多地方出現(xiàn)了明顯的路面破損,還有相當(dāng)大一部分路面結(jié)構(gòu)面板處于脫空狀態(tài)。在日益繁重的交通荷載作用下,路面結(jié)構(gòu)破壞將迅速發(fā)展。

5調(diào)研結(jié)論

調(diào)查研究表明紅砂巖粗粒土路基段存在較嚴(yán)重的路面結(jié)構(gòu)病害。分析表明紅砂巖粗粒土路基段的路面結(jié)構(gòu)破損情況如此嚴(yán)重大多數(shù)是路堤長(zhǎng)期流變變形造成的,尤其是路堤的不均勻變形。路面結(jié)構(gòu)施工完成后,紅砂巖粗粒土路堤的流變變形歷時(shí)長(zhǎng),致使高速公路運(yùn)行多年后路堤沉降依然沒有結(jié)束。在交通荷載和環(huán)境因素影響下,粗粒土路堤的流變變形繼續(xù)發(fā)展并且不均勻,使路面結(jié)構(gòu)多處形成架空,導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞。粗粒土路堤的長(zhǎng)期流變變形是路面結(jié)構(gòu)破損的主要原因之一,研究粗粒土填土路堤的流變變形。

經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn),湖南省高速公路路堤填料大部分是粗粒土,其中風(fēng)化紅砂巖粗粒土路堤占有很大比例,粗粒土路堤的長(zhǎng)期流變變形是路面結(jié)構(gòu)破損的主要原因之一。但是,道路工程領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)土石混合粗顆粒土的理論研究滯后,尤其是粗粒土流變研究落后,加上研究試驗(yàn)條件的限制,尤其是室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備的缺乏,致使對(duì)土石混填粗顆粒土的工程特性了解甚少,粗顆粒土填土路堤的長(zhǎng)期變形設(shè)計(jì)計(jì)算理論過(guò)于簡(jiǎn)化和不符合實(shí)際,沉降計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)沉降相差甚遠(yuǎn)。隨著高速公路建設(shè)步伐的加快,有必要針對(duì)粗粒土路堤填料的流變性質(zhì)和粗粒土路堤的長(zhǎng)期流變變形開展深入研究。

參考文獻(xiàn):

[1] 張嘉凡,張慧梅.軟土地基路基不均勻沉降引起路面結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力[J]. 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003-05,Vol(23)3:21-26.

[2] 曹東偉,胡長(zhǎng)順. 多年凍土區(qū)路基融沉變形的附加應(yīng)力[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2001,20(3):57-61.

[3] 汪雙杰. 多年凍土區(qū)路基路面變形及應(yīng)力的數(shù)值分析[J]. 冰川凍土,2006(02),19(2):22-27.

[4] 鄧衛(wèi)東等. 路基不均勻沉降對(duì)瀝青路面受力變形影響的有限元分析[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2004-01,Vol17(1):12-15.

[5] 郭慶國(guó)著. 粗粒土的工程特性及應(yīng)用[M]. 北京:黃河水利出版社, 1999.

[6] 王龍,馮德成. 提高級(jí)配碎石基層使用性能的方法[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào),2006-04,Vol19(4),40-45.

[7] 楊建國(guó). 土石混填路堤壓力灌漿試驗(yàn)研究[J].公路,2002-04,Vol6(2),32-35.

[8] 董云,柴賀軍. 土石混合料振動(dòng)壓實(shí)特性的試驗(yàn)研究[J]. 路基工程, 2006-05,Vol2(2),23-35.

[9] 袁海清. 土石混和料大型擊實(shí)試驗(yàn)研究[J].中南公路工程.2006-05,Vol12(6),15-18.

[10] 劉麗萍. 土石混合料壓實(shí)特性試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2006,01.Vol125(1),206-210.

[11] 油新華.土石混合體野外水平推剪試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2002-10, Vol125(1),1637- 1540-210.

[12] 馬松林.土石混合料室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)研究[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2001-01, Vol114(1),5-8.

[13] 鄧覲宇. 紅砂巖的崩解特性研究[J].中南公路工程. 2003-10,Vol28(3):32-35.

[14] 董澤福,劉多文.紅砂巖的路堤用工程性質(zhì)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003-06Vo1.30.No.3,p90-93.

[15] 劉多文,熊承仁. 紅砂巖路用性質(zhì)的試驗(yàn)研究[J].中南公路工程. 2003-12, Vol28(4):27-31.

[16] 董明星.湘耒路紅砂巖路塹邊坡破壞機(jī)制分析[J].湖南交通科技,Vol28(1):20-21.

[17] 周明安,湘耒公路紅砂巖路基石料的爆破開采[J].爆破,1999-06,Vol16(2):46-51.

[18] 曾更新.潭邵高速公路紅砂巖路基填筑技術(shù)[J].中外公路,2002-10,Vol2(5):117-118.