鄂西南山區(qū)道路主要病害類型及其成因分析

張建功

(湖北交投智能檢測股份有限公司,武漢 430030)

我國目前90%以上的道路均采用瀝青混凝土鋪筑，這主要是瀝青路面具有易鋪筑、行車舒適、低噪音等一系列的優(yōu)勢[1]。但瀝青路面在長期服役過程中也會出現(xiàn)多種不同形式的病害，如路面坑槽、車轍、開裂等，各種病害的產(chǎn)生嚴重威脅到道路的安全服役。尤其對于山區(qū)道路而言，其處于更復(fù)雜的氣候環(huán)境中，同時山區(qū)地勢陡峭、道路坡度較大，這些特征都使得山區(qū)道路面臨更嚴酷的服役環(huán)境和更嚴苛的安全性要求。因此充分認識山區(qū)道路的病害類型及其成因?qū)τ诳茖W(xué)改善山區(qū)道路的服役耐久性、安全性具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 項目背景

位于鄂西南的恩施、長陽、五峰等地山區(qū)很多，地勢陡峭，其道路多為盤山公路，且坡度較大。因此研究鄂西南地區(qū)道路病害對于充分認識山區(qū)道路病害具有較好的代表性。在該研究中，以位于恩施、長陽、五峰山區(qū)的3條道路為調(diào)查對象，在確定山區(qū)道路主要病害類型的基礎(chǔ)上，進一步分析了各種病害的成因。3條道路均為國道，采用半剛性基層與瀝青面層復(fù)合式結(jié)構(gòu)。道路服役時間超過5年，最大坡度超過30°。

2 試驗方法

確定山區(qū)道路主要病害類型：對于車轍、坑槽、開裂、鼓包等常見的路面病害形式，對3條道路的斜坡路段和平整路段分別進行調(diào)查，每條道路選取的斜坡路段和平整路段總長分別為10 km。所選路段在服役期未進行翻修或者養(yǎng)護處理。對于路面沉降、唧漿等不常見病害，基于整條道路的歷史突發(fā)情況處置記錄加以分析，進而確定鄂西南山區(qū)主要的路面病害類型。分析主要路面病害成因：在確定主要路面病害類型的基礎(chǔ)上，深度分析調(diào)查數(shù)據(jù)和歷史突發(fā)情況處置記錄，進一步確定鄂西南山區(qū)道路主要病害的成因。

3 結(jié)果與討論

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在鄂西南恩施、長陽、五峰3個區(qū)域，對于常見的路面病害類型，無規(guī)則的網(wǎng)狀開裂以及大大小小的坑槽最為常見。由于網(wǎng)狀裂紋往往相互交聯(lián)向周圍延伸開來，如圖1(a)所示，不方便對其進行計數(shù)。因此研究中采用網(wǎng)狀裂紋在道路縱向上的累計長度占調(diào)查路段總長度的百分比例來量化網(wǎng)狀開裂病害。網(wǎng)狀開裂病害調(diào)查結(jié)果如圖2(a)所示，可見三地區(qū)路面的無規(guī)則網(wǎng)狀開裂病害均比較嚴重，發(fā)生病害的路段長度占到調(diào)查路段總長度的20%以上?？硬圻@類病害比較容易計數(shù)，如圖1(b)所示，因而直接以坑槽的數(shù)量來反映路段坑槽病害的嚴重程度?？硬鄄『φ{(diào)查結(jié)果如圖2(b)所示，可見，雖然三地區(qū)道路上的坑槽數(shù)量各不相同，但是三者的坑槽數(shù)量均超過了250個，說明三地區(qū)路面的坑槽病害也較嚴重。而對于車轍這種非常普遍的路面病害，在三地區(qū)調(diào)查路段觀察到的數(shù)量卻比較少，這可能與當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境以及交通量大小直接相關(guān)。而對于不常見的路面病害類型，結(jié)合3條道路服役期內(nèi)的歷史突發(fā)情況處置記錄來看，路面局部沉降變形或者坍塌偶有發(fā)生。研究所選恩施、長陽、五峰三條道路在服役期均發(fā)生了十多次路面局部沉降變形或者塌陷的突發(fā)事故。

進一步分析上述3類病害的成因。圖3(a)顯示，對于恩施、長陽、五峰三個區(qū)域的道路，斜坡段的網(wǎng)狀開裂累計長度并非恒大于或者恒小于平整段的情況。具體來看，對于五峰和長陽山區(qū)的道路，平整段路面更容易發(fā)生網(wǎng)狀開裂病害；而恩施山區(qū)的道路情況正好相反，斜坡段路面的網(wǎng)狀開裂病害要比平整段嚴重的多。由此說明，網(wǎng)狀開裂病害的形成與所選取路段是否有坡度并無嚴格對應(yīng)關(guān)系，網(wǎng)狀開裂病害是隨機產(chǎn)生的。而對于平整路面和坡度路面而言，在相同交通荷載及環(huán)境因素的作用下，理論上后者產(chǎn)生病害的概率更高。而三地區(qū)道路的網(wǎng)狀開裂病害并未呈現(xiàn)出相一致的規(guī)律，表明網(wǎng)狀開裂病害的產(chǎn)生主要是瀝青自身性質(zhì)在服役過程中的改變引起的。眾所周知，瀝青路面在長期服役過程中，瀝青逐漸發(fā)生老化、疲勞，產(chǎn)生裂紋的概率也隨之大大提升。不同于網(wǎng)狀開裂病害，坑槽病害與道路是否存在坡度有非常好的關(guān)聯(lián)。從圖3(b)中可以看出，不管是五峰山區(qū)道路，還是長陽或者恩施山區(qū)道路，斜坡段對應(yīng)的坑槽數(shù)量總是大于平整段。這主要是因為鄂西南山區(qū)地勢普遍比較險要，對于坡度較大的道路，在雨水充沛季節(jié)，路面不斷受到水流的沖刷，集料與瀝青間的粘附性能被逐漸破壞，久而久之就形成了嚴重的路面坑槽病害。而對于平整路面，受到的雨水沖刷作用較弱，路面穩(wěn)定性要好，發(fā)生坑槽病害的可能性顯著降低。根據(jù)歷史突發(fā)情況處置記錄來看，路面局部沉降或者塌陷主要受地質(zhì)構(gòu)造的影響。鄂西南地區(qū)是典型的喀斯特地貌，可溶性巖石受水侵蝕而發(fā)生溶蝕。這一破壞過程如果不能盡早被發(fā)現(xiàn)，隨著巖石逐漸被侵蝕，路層下的局部區(qū)域形成巖溶地質(zhì)，給道路的穩(wěn)定性及承載力均帶來極大的損害。在交通荷載及其他外力的作用下，巖溶區(qū)很可能產(chǎn)生坍塌，造成路面的下沉或者塌陷。

4 結(jié) 論

研究針對山區(qū)道路的病害進行了調(diào)查分析，以鄂西南恩施、長陽、五峰三個區(qū)域的道路為研究對象，確定了山區(qū)道路的主要病害類型以及病害的成因。結(jié)果表明，不規(guī)則開裂、坑槽、沉降變形為鄂西南山區(qū)道路的主要病害類型；不規(guī)則開裂主要由瀝青路面的老化造成，坑槽的產(chǎn)生與山區(qū)道路坡度大、受水損害嚴重有關(guān)，路面局部沉降、塌陷則主要與山區(qū)巖溶地質(zhì)的發(fā)展有關(guān)。