高速公路路基病害及處治分析

田 峻 巍

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

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高速公路路基病害及處治分析

田 峻 巍

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了高速公路路基病害的形式和特征，從地基、路堤、路面、綜合治理等方面，闡述了有效處治高速公路路基病害的策略，有利于確保高速公路的施工質(zhì)量，延長其使用壽命。

高速公路，路基，路堤，路面

1 路基病害模式及特征

過去幾年間經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長，使得我國的高速公路建設(shè)如火如荼，經(jīng)過多年的運(yùn)營，高速公路在復(fù)雜路面、地形及修筑、運(yùn)營和保養(yǎng)過程中的諸多問題導(dǎo)致高速公路病害不斷呈現(xiàn)，其中路基病害是困擾廣大工程技術(shù)人員的難題之一。本文以路橋過渡段為例，認(rèn)為路基病害的主要模式和特征歸納起來主要有：

1)路基整體滑移。一方面，路基整體側(cè)向滑移，主要是路堤邊坡一旦過于陡峭或者遭到莫名破壞后，在路基上部遭到重復(fù)載荷情況下，會(huì)發(fā)生縱向裂縫或沿坡裂面整體下滑。另一方面，向橋臺(tái)方向路基整體滑移，特別是處于無側(cè)限受壓狀態(tài)的樁柱式橋臺(tái)錐坡上的臺(tái)前土體被損壞，有車輛經(jīng)過或自重的強(qiáng)受力作用下，土體就會(huì)向橋內(nèi)發(fā)生移動(dòng)，從而造成路基發(fā)生橫向裂縫或整體下滑，特別是位于橋頭部位的路基路面有大方位的縱向位移，就會(huì)發(fā)生橋頭跳車現(xiàn)象。路堤填土較高，整體性較差等特征主要存在于這兩種路基病害中，另外還有路基邊坡過陡或遭到破壞；路面豎向錯(cuò)臺(tái)或裂縫。

2)路基與橋臺(tái)間形成臺(tái)階。包括：a.當(dāng)臺(tái)背與過渡段的連接處發(fā)生局部沉降，最大沉降深度距離橋臺(tái)背很近時(shí)形成錯(cuò)臺(tái)；b.與路面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)高度相比，路基整體下沉，一旦下沉在橋臺(tái)與過渡段結(jié)合處到一定的臨界值時(shí)，就會(huì)造成橋頭跳車現(xiàn)象發(fā)生。這兩種路基病害的共同特征是靠近臺(tái)背處發(fā)生沉降差最大；發(fā)生在臺(tái)背的填土均勻或不均勻沉降較大。

3)路面凹陷。高速公路路面凹陷也是路基病害的常見類型之一，一旦路堤或地基沉降不均勻，就會(huì)嚴(yán)重破壞路面，產(chǎn)生凹凸不平的病害。主要特征表現(xiàn)為：路基沉降不均或局部沉降過大引起凹陷；沉降距離橋臺(tái)距離較大時(shí)發(fā)生。

4)搭板斷裂。搭板斷裂一般發(fā)生在預(yù)防橋頭跳車時(shí)采取搭板法的情況，是這種方法與之帶來的新病害，其特征主要有：路基局部沉降不均勻?qū)е碌拇畎宓撞棵摽眨淮畎搴穸炔蛔阋猿休d荷載；搭板在受力較大的脫空區(qū)方向斷裂；枕梁周圍路基沉降不均勻。

5)搭板與路堤形成豎向坡度差。這種路基病害也通常發(fā)生在預(yù)防橋頭跳車時(shí)采取搭板法的情況，盡管搭板預(yù)防橋頭跳車成功的技術(shù)實(shí)例很多，但也難免出錯(cuò)，一旦搭板長度不足或者臺(tái)背填土路堤發(fā)生較大程度沉降，就會(huì)使得搭板與路堤的豎向坡度差發(fā)生，一旦這種差值達(dá)到一定的臨界點(diǎn)，就會(huì)使得路堤與搭板的聯(lián)結(jié)處發(fā)生旋轉(zhuǎn)，車輛通過會(huì)有“二次跳車”現(xiàn)象發(fā)生。這種病害的特征主要是路基整體發(fā)生較大程度沉降，搭板較短或搭板一側(cè)沉降較小。

6)搭板末端出現(xiàn)差異沉降。為了盡量降低路橋過渡段問題的發(fā)生，一般會(huì)在設(shè)置橋頭搭板的時(shí)候注漿處理搭板路基，以降低過渡段的沉降程度，但是搭板以外的路基的壓實(shí)處理一旦忽視，就會(huì)在使用一段時(shí)間后產(chǎn)生差異沉降，橋頭跳車現(xiàn)象會(huì)再次發(fā)生。這種模式的特征主要是搭板末端或靠近搭板的地方路基沉降較大或者搭板處路基沉降量不大時(shí)發(fā)生。

2 有效處治高速公路路基病害的策略

以上以路橋過渡段為例所述的高速公路路基病害模式及特征在我國高速公路建設(shè)中時(shí)有發(fā)生，給公路的正常運(yùn)營帶來了諸多不便和高昂的維修費(fèi)用，在目前的設(shè)計(jì)和施工水平下，運(yùn)營期臺(tái)背填土出現(xiàn)少量沉降不可避免，但采取措施后仍舊發(fā)生跳車就需采取合理的方法加以處治，針對(duì)以上情形本文給出以下相應(yīng)的處治策略。

2.1 地基處治策略

對(duì)地基加以處治，作用是通過提高地基性能穩(wěn)定性，進(jìn)而提高地基的載荷能力和抗災(zāi)害能力，減少不均勻沉降或降低沉降差。通常做法是要快速增強(qiáng)土層顆粒間的有效應(yīng)力，因此常采取迅速消散軟弱土層的超靜水壓力，并二次固結(jié)土體的直接做法。而可以采取的較早的提前預(yù)防方法有排水固結(jié)法、深層攪拌法、振動(dòng)碎石樁法、高壓噴射注漿法等，但各種方法都各有利弊，如采用拋填塊石法，一旦在擠淤過程中碾壓不夠結(jié)實(shí)，換填軟土的高度不夠，就會(huì)造成軟土固結(jié)沉降，塊石排列松動(dòng)，從而造成路基的各種病害。目前，高速公路橋臺(tái)類型大致有U形臺(tái)的重力式、樁柱式和肋板式臺(tái)的輕型，其中，載荷能力較大的基巖地基多用重力式，不良地基如沖填土、膨脹土、軟粘土等多用輕型。又如靜壓注漿法因其施工方便、材料造價(jià)低且施工操作時(shí)間靈活，在路橋過渡段地基病害處治中被經(jīng)常使用，主要是采用氣液壓等化學(xué)原理在路基介質(zhì)的孔隙或裂縫處注入固體漿液，以防路基結(jié)構(gòu)物傾斜或滲漏等，從而改善地基的物理力學(xué)性質(zhì)。再如針對(duì)上部路堤較矮，下部土層軟弱較薄的情況可以采用換填法，即將路基底部的軟弱土層挖去填筑壓實(shí)一些抗腐蝕、質(zhì)地堅(jiān)硬的素土、煤渣、碎石、卵石等，以加固地基。

2.2 路堤處治策略

路堤是承載汽車、傳遞上部結(jié)構(gòu)的載體，一旦路堤發(fā)生沉降或變形將會(huì)對(duì)高速公路的施工運(yùn)營產(chǎn)生直接影響，一般對(duì)路堤采用大型的壓實(shí)器械進(jìn)行壓實(shí)工作，但排除橋臺(tái)背部位置，這是因?yàn)閴簩?shí)過程中大噸位機(jī)械振動(dòng)力太大，容易產(chǎn)生連帶損傷，這就難以保障臺(tái)背部位的回填土壓實(shí)，加之路堤施工時(shí)間較晚，固結(jié)沉降時(shí)間不夠，自重作用力較大的情況下，路橋過渡段的路堤部分發(fā)生不均勻沉降的可能性較大，處治目的就是要讓橋臺(tái)和路基間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，減少對(duì)周圍其他結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞，不得已絕不大開大挖，常用處治方法有注漿法，由于注漿法簡單效果好因此無論在地基處治還是路堤處治中都被廣泛使用，經(jīng)過碾壓或換填的路堤壓實(shí)程度高，含水分少，常采用塊石填料注漿法、劈裂注漿法和壓密注漿法等方法；換填法對(duì)于路堤，主要是換掉施工中選用的不當(dāng)填料，或者換掉給路基帶來病害的部分土體；土工織物在路堤病害處治中也常使用，一般有土工格柵、土工格室，一般將填土路線方向分層平鋪土工格柵，格柵層一端連接臺(tái)背，另一端固定于橋臺(tái)，利用土工格柵的彈性強(qiáng)度高、變形特征大將車輛的載荷力傳遞于橋臺(tái)，改善局部荷載的土體內(nèi)部壓力狀態(tài)，降低土體的壓縮沉降，從而使得填土交界部位和臺(tái)背的階梯沉降變?yōu)闈u變連續(xù)的沉降，同時(shí)，加鋪土工織物也能夠增加土體抗滑力，降低路基滑移或裂隙的病害。

2.3 路面處治策略

高速公路的路面是其非常重要的組成部分，路面表層遭到破壞不僅直接影響車輛運(yùn)行，還可以加深路基病害，本文主要談的路面處治是位于路橋過渡段，通過特殊設(shè)計(jì)路面層來預(yù)防路基病害?？梢圆扇〉奶幹尾呗园ǎ簶蝾^搭板。即根據(jù)橋臺(tái)和路堤的載荷量、交通量和道路登記及預(yù)期沉降量等搭建一厚度約為30 cm的簡支梁，將不均勻沉降量分散于搭板長度內(nèi)，使得路堤的較大沉降被引申到橋臺(tái)上，從而勻順縱坡，利用搭板處治病害時(shí)應(yīng)該先對(duì)路基和路面破壞部分清除，經(jīng)過填土壓實(shí)后搭建橋頭搭板，從而在搭板范圍內(nèi)使得過量沉降得以分散，減少車輛跳躍現(xiàn)象的發(fā)生，缺點(diǎn)是易在路面結(jié)合處產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)或開裂。設(shè)置變剛度路面結(jié)構(gòu)即為實(shí)現(xiàn)順坡，設(shè)置一特殊的梯形搭板并在其路面上鋪設(shè)柔性路面材料。在可能發(fā)生過量沉降的臺(tái)背填土部位還可以采取由瀝青過渡層或水泥混凝土六棱塊等組成的過渡性路面，其中，瀝青過渡層路面的優(yōu)點(diǎn)是一旦有過量沉降，就可以及時(shí)補(bǔ)充瀝青砂或鋪設(shè)瀝青混凝土層，從而保障車輛通行順暢，避免跳車現(xiàn)象。還可以在路橋過渡段施工進(jìn)度較快的部分利用可起吊的活動(dòng)搭板，若運(yùn)行一段時(shí)間出現(xiàn)跳車，就可將搭板吊起，調(diào)整基層和枕梁高度，再放回搭板原位，這種方法簡單快捷。

2.4 綜合處治策略

道路整體的結(jié)構(gòu)完整包括路面、路基和地基，其中，地基是道路的基礎(chǔ)，路堤產(chǎn)生不均勻沉降也會(huì)引起道路結(jié)構(gòu)的凹陷，路面受到破壞，雨水則可能滲入破壞路基，因此，在高速公路路基病害的處治中要綜合應(yīng)對(duì)，多方法結(jié)合，一旦路基產(chǎn)生整體滑移或縱向開裂，就要加強(qiáng)邊坡防護(hù)，防止雨水滲透，同時(shí)將邊坡和裂縫加以封閉，再加之要改變填土性質(zhì)和強(qiáng)度硬度，因此可以使用類似治理滑坡的處置方法來增強(qiáng)路基的抗滑移能力，用樁體和其他方法相結(jié)合進(jìn)行綜合處治，常用處治方法有：抗滑樁+注漿法；密集弧形高壓旋噴注漿+抗滑樁+注漿；擋土墻+注漿等。與路基沉降有關(guān)的路橋過渡段病害，可以采用路基處治與設(shè)置搭板相結(jié)合的方法，常用的有：鉆孔樁+搭板；樹根樁托換+搭板；旋噴樁+搭板；壓力注漿+搭板等。

3 結(jié)語

高速公路路基病害的表現(xiàn)復(fù)雜，形成原因及機(jī)理也很復(fù)雜，在高速公路建設(shè)中，對(duì)于路基病害的處治還應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的地質(zhì)、氣象和施工單位的施工技術(shù)水平等，采取不同的技術(shù)措施加以反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在考量經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的前提下，選取最佳的施工和處治方案。

Analysis on highway subgrade diseases and treatment

Tian Junwei

(ShanxiJinzhongHighway&BridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the highway subgrade diseases forms and characteristics. Starting from aspects of subgrade, embankment, pavement and comprehensive treatment, it describes effective highway subgrade disease processing strategies, which will be good for guaranteeing highway construction quality and prolonging its service life.

highway, subgrade, embankment, pavement

1009-6825(2016)16-0144-02

2016-03-25

田峻巍(1984- )，男，工程師

U416.1

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