高速公路的路基病害類型及原因分析

王 帥

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引 言

路基是公路結(jié)構(gòu)中承受荷載的重要載體，在建成之后的運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，由于車輛的通行，隨著時(shí)間的推移，會(huì)對(duì)路基的穩(wěn)定性以及承載力產(chǎn)生一定的影響，加之受到自然環(huán)境的影響，就會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)一系列的病害，對(duì)高速公路的穩(wěn)定性以及安全性產(chǎn)生影響，降低通行能力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致高速公路發(fā)生破壞，引起交通中斷的嚴(yán)重后果。因此，對(duì)高速公路路基的病害進(jìn)行相應(yīng)的研究并制定科學(xué)的防治措施具有重要的工程實(shí)際意義。

1 高速公路路基病害分類

1.1 路基病害

(1)沉降變形

沉降變形出現(xiàn)在填方路段以及半填半挖路段，這種路基病害出現(xiàn)高速公路運(yùn)營(yíng)通車之后，主要表現(xiàn)為地基沉降和路堤沉降兩種類型。當(dāng)路基發(fā)生變形之后最終會(huì)導(dǎo)致路面發(fā)生破壞，如圖1所示，嚴(yán)重影響車輛的正常通行。

圖1 路基沉陷

(2)差異沉降

路基差異沉降通常出現(xiàn)在新老路基搭接的地方，是改擴(kuò)建的高速公路常見的一種路基病害。由于差異沉降會(huì)導(dǎo)致新老路基結(jié)合面處發(fā)生滑移，路基的穩(wěn)定性降低，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果，通常會(huì)表現(xiàn)為路面結(jié)構(gòu)的破壞，如路面出現(xiàn)大量的縱向裂縫，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

1.2 邊坡病害

(1)崩塌

路基邊坡在受到自然因素的影響，如降雨、凍融、風(fēng)化作用以及地震作用的影響下會(huì)發(fā)生崩塌現(xiàn)象。崩塌主要發(fā)生在路塹邊坡較陡的挖方路段，崩塌具有突發(fā)性，病害從開始到結(jié)束的時(shí)間很短，其對(duì)路基的破壞程度取決于坍塌的規(guī)模，規(guī)模越大對(duì)路基產(chǎn)生的沖擊越大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯訉?dǎo)致道路完全被破壞而中斷，如圖2所示。

圖2 路塹邊坡崩塌

(2)滑坡

滑坡是高速公路路基常見的一種病害，在建設(shè)期與運(yùn)營(yíng)期內(nèi)均會(huì)出現(xiàn)，會(huì)直接破壞公路的道路結(jié)構(gòu)，造成整體失穩(wěn)。通常情況下滑坡的滑動(dòng)速度都不會(huì)很快，是一個(gè)緩慢發(fā)展的過程，因此對(duì)滑坡的治理有著充足的時(shí)間?；赂鶕?jù)形成機(jī)理的不同可分為牽引式滑坡與推移式滑坡。其中牽引式滑坡是坡腳失穩(wěn)導(dǎo)致的，邊坡最下邊的巖土體先發(fā)生破壞，導(dǎo)致上部失穩(wěn)進(jìn)而形成滑坡；推移式滑坡是上部巖土體先發(fā)生破壞，最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)形成滑坡。

(3)剝落

邊坡坡面剝落是一種在黃土地區(qū)常見的病害，是路基邊坡坡面發(fā)生的一種局部變形破壞現(xiàn)象，會(huì)危害路塹邊溝，甚至?xí)?dǎo)致邊坡嚴(yán)重變形，治理難度大。常見的剝落形態(tài)有4種：魚鱗狀剝落、片狀剝落、層狀剝落、混合狀剝落。

2 高速公路路基病害原因

2.1 路基病害原因

(1)沉降變形原因

沉降變形的直接原因是運(yùn)營(yíng)期間受到的車輛荷載作用，但究其根本原因是路基的強(qiáng)度不足或者是地基承載力不足所導(dǎo)致的。當(dāng)路基強(qiáng)度不足時(shí)，在外荷載的作用下路基會(huì)發(fā)生變形，從而導(dǎo)致了沉降的發(fā)生；當(dāng)?shù)鼗休d力不足時(shí)，地基受到路基傳遞來的外荷載作用發(fā)生變形，導(dǎo)致路基發(fā)生整體沉降。

(2)差異沉降原因

差異沉降是新老路基的之間的不均勻沉降導(dǎo)致的。高速公路在建成之后經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，老路基及老路基下臥地基的沉降變形已基本趨于穩(wěn)定，而進(jìn)行改擴(kuò)建之后的新建路基及其下臥地基在運(yùn)營(yíng)期間還會(huì)發(fā)生沉降變形，因此新老路基之間就會(huì)出現(xiàn)沉降變形不同步的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致搭接處的路面出現(xiàn)裂縫，遇到降雨時(shí)，雨水會(huì)順著裂縫滲入路基導(dǎo)致了沉降進(jìn)一步加劇。

2.2 邊坡病害原因

(1)崩塌原因

崩塌形成的原因有內(nèi)因與外因兩種。其中內(nèi)因包括邊坡巖土體構(gòu)造方面的原因，如臨空面陡、節(jié)理面多等。外因有降雨、溫度以及地震作用等。其中降雨是主要因素，雨水滲入巖土體內(nèi)部之后會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)作用降低其內(nèi)部的粘結(jié)力，滲入節(jié)理面之后還會(huì)產(chǎn)生靜水壓力，軟化節(jié)理面內(nèi)部填充的強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性大幅度降低，因此大多數(shù)崩塌都是發(fā)生在雨季的。溫度變化導(dǎo)致巖土體發(fā)生膨脹與收縮的循環(huán)過程，導(dǎo)致原本就存在的裂隙進(jìn)一步的擴(kuò)展甚至是貫通，加快巖土體的破壞，降低其強(qiáng)度，與此同時(shí)，巖土體內(nèi)部的水隨著溫度的變化發(fā)生凍融循環(huán)也會(huì)對(duì)其造成很大的破壞。邊坡植被可防治坡面被雨水過度的沖刷，但是植被生長(zhǎng)過程中其根系對(duì)巖土體會(huì)有一定的劈裂作用，在一定程度上導(dǎo)致裂隙的發(fā)育，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有一定的不利作用。地震作用也是誘發(fā)崩塌的一個(gè)重要因素，不僅會(huì)導(dǎo)致坡體中的裂縫發(fā)育，而且會(huì)導(dǎo)致破碎的巖土體沿著結(jié)構(gòu)面移動(dòng)變得松散，降低其抗剪強(qiáng)度，加劇了崩塌的發(fā)生。

(2)滑坡原因

滑坡與地表水以及地下水的活動(dòng)有著直接關(guān)系，由于路塹邊坡存在軟弱巖體，在高速公路的運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，路塹邊坡表面受到風(fēng)化作用以及地表水的沖刷會(huì)逐漸出現(xiàn)縫隙，隨著時(shí)間的推移，這些縫隙會(huì)不斷的變大逐漸形成裂縫，地表水順著這些裂縫滲入邊坡內(nèi)部之后會(huì)導(dǎo)致邊坡的巖土體自重增大、強(qiáng)度降低，尤其是軟弱巖體的強(qiáng)度大幅度降低，與此同時(shí)裂縫會(huì)進(jìn)一步的變大，最終在自重以及水的雙重作用下導(dǎo)致了滑坡的發(fā)生。地質(zhì)構(gòu)造在一定程度上也會(huì)對(duì)滑坡的形成產(chǎn)生一定的影響，如反傾向邊坡相對(duì)而言不容易發(fā)生滑坡，但傾角過大時(shí)容易發(fā)生崩塌。

(3)剝落原因

邊坡剝落的原因有內(nèi)在因素、外界因素以及人為因素三種。內(nèi)在因素是黃土的一些特性，如黃土結(jié)構(gòu)中的孔隙以及節(jié)理直接影響了邊坡坡體的完整與穩(wěn)定，節(jié)理面對(duì)坡體有切割作用，為剝落創(chuàng)造了條件，與此同時(shí)，雨水能夠順著孔隙與節(jié)理滲入坡體內(nèi)部，軟化土體，進(jìn)一步促進(jìn)剝落的發(fā)生；外在因素有氣溫變化、凍融循環(huán)以及降雨；人為因素有施工影響、植被破壞等。在高速公路建設(shè)期間，黃土邊坡經(jīng)開挖之后，打破了原本的力學(xué)平衡狀態(tài)，隨著新的平衡體系的構(gòu)建，應(yīng)力分布以及位移都會(huì)發(fā)生改變，在這個(gè)過程中坡體不同位置都會(huì)產(chǎn)生不同的位移。由于黃土中的節(jié)理大多為垂直發(fā)育，因此在新平衡體系構(gòu)建的過程中節(jié)理裂隙會(huì)逐漸張開，破壞了坡體的完整性。與此同時(shí)，在受到降雨以及凍融等因素的影響之下就會(huì)在坡體表面出現(xiàn)剝落病害。

2.3 路基病害防治

對(duì)路基病害防治的總體思路分為建設(shè)期間的防治與運(yùn)營(yíng)期間的防治兩項(xiàng)工作。其中建設(shè)期間的防治主要是在施工期間做好質(zhì)量控制：(1)提高地基承載力，原地面開挖清表之后要進(jìn)行重型壓實(shí)，確保壓實(shí)度，對(duì)于地基承載力不足的要采取措施提高承載力，如進(jìn)行強(qiáng)夯、換填等；(2)確保新老路基以及半填半挖路基之間的搭接質(zhì)量，采取開挖臺(tái)階增加搭接面積，鋪設(shè)土工格柵提高搭接質(zhì)量；(3)確保路基強(qiáng)度以及壓實(shí)度等，嚴(yán)控路基填料質(zhì)量，按照試驗(yàn)段確定的壓實(shí)參數(shù)嚴(yán)格進(jìn)行路基壓實(shí)；(4)重視邊坡防護(hù)工作，減小路基開挖對(duì)邊坡的擾動(dòng)，做好邊坡的防護(hù)，做好防排水設(shè)施，以及進(jìn)行植草防護(hù)來減小坡面沖刷。運(yùn)營(yíng)期間的防治主要是做好巡查與養(yǎng)護(hù)工作，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的病害及時(shí)的進(jìn)行處理，將病害消滅在萌芽狀態(tài)，防止其進(jìn)一步的加重從而造成嚴(yán)重的后果。

3 結(jié) 語(yǔ)

高速公路作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾d體，其使用功能是不容忽視的。而路基作為高速公路的重要結(jié)構(gòu)，其在使用過程中出現(xiàn)病害會(huì)導(dǎo)致高速公路的使用功能大打折扣，不僅僅導(dǎo)致了后期維修養(yǎng)護(hù)投入的加大，甚至?xí)斐筛咚俟钒l(fā)生嚴(yán)重的破壞，因此對(duì)高速公路的病害進(jìn)行研究是一項(xiàng)有實(shí)際意義的課題。高速公路路基病害分為路基病害與邊坡病害兩種，其產(chǎn)生原因是多種多樣的，主要有內(nèi)在因素與外界因素兩種，內(nèi)在因素的存在導(dǎo)致路基容易發(fā)生病害，而外界因素的影響則進(jìn)一步加快了病害的產(chǎn)生并且加劇了病害的破壞程度。在進(jìn)行路基病害防治時(shí)首先要做好施工期間的質(zhì)量控制，控制內(nèi)在因素的影響；同時(shí)在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)做好巡查與維護(hù)工作，對(duì)病害及時(shí)進(jìn)行處理，消除外界因素的影響。