高速公路路面局部不均勻沉陷處治方法研究

王建平

（武威公路事業(yè)發(fā)展中心高速公路養(yǎng)護(hù)所，甘肅 武威 733000）

0 引言

上層建筑的質(zhì)量是由下層的基礎(chǔ)工程決定的，如果在工程建設(shè)的過程中，沒有重視基礎(chǔ)工程的建設(shè)，則后續(xù)發(fā)生的質(zhì)量問題會(huì)進(jìn)一步影響工程的使用壽命。就高速公路工程建設(shè)而言，公路的路基施工決定了路面質(zhì)量，也是公路整體質(zhì)量安全的保障。為減少公路路面局部不均勻沉陷造成的安全問題，需要重視施工管理并及時(shí)解決存在的問題。

1 工程概況

該路面沉陷處治項(xiàng)目位于G3017 線武威至金昌高速公路段，地處沖積扇前緣泉水溢出帶以北，地區(qū)的海拔在1498～1550m 之間，屬于平坦地勢(shì)，坡度較小，在3% 以下。泉水匯集成河流，主要為北沙河、南沙河、石羊河三線。河谷雖寬但深度較淺，寬度在200～300m 之間，平均深3～5m，平原上有2～20m 的黃土狀粉質(zhì)黏土。該施工項(xiàng)目的沉陷部位主要為路堤形式，填土高度一般在2～6m。

2 形成路面沉陷的原因

路面局部不均勻沉陷形成的主要原因包括以下方面。

一是高速公路上的車流量較大。重型車、超載車輛重復(fù)碾壓，且路面沉陷多發(fā)生在橋梁或涵洞兩側(cè)，對(duì)于路面的平整度有嚴(yán)重的影響。

二是路面經(jīng)過常年重復(fù)荷載作用，部分路段路基變形沉降。

三是路基基底受降雨影響，雨水侵入路基，造成路基路面沉陷。另外，地下水也是路基沉陷的主要因素之一，在路基建設(shè)中，路基的材質(zhì)受到土體的含水量變化的影響，導(dǎo)致土體容重波動(dòng)，孔隙水壓的增長(zhǎng)以及水的潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致土體出現(xiàn)不同程度的沉陷。路堤及其地基中的地下水包括側(cè)向補(bǔ)給水、降雨和地表水三種補(bǔ)給來(lái)源，都會(huì)對(duì)土體的消應(yīng)力分布情況產(chǎn)生直接的影響，甚至對(duì)土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和特征產(chǎn)生影響。

四是受環(huán)境因素的影響。季節(jié)的變化會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接影響，如熱脹冷縮等。

五是路基結(jié)合處的施工不符合要求。在半填半挖路基建設(shè)期間，如果是填方路基施工，需要先進(jìn)行內(nèi)傾臺(tái)階的開挖，再做好填筑材料的填埋。如果沒有按照施工順序進(jìn)行，會(huì)導(dǎo)致結(jié)合處的裂縫和沉降的問題。

六是路堤地基處理不當(dāng)。在路堤施工前，需要對(duì)周圍的雜物進(jìn)行清理，將樹根、草皮等一并處理，避免出現(xiàn)沉降的問題。

七是路堤填料存在質(zhì)量問題。在施工前，需要對(duì)施工填料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，確保符合工程要求，否則會(huì)導(dǎo)致土體變形，影響整個(gè)工程或路段施工。

八是路基填土沒有壓實(shí)。在施工中，施工人員操作不當(dāng)或施工機(jī)械問題導(dǎo)致的壓實(shí)不足，在后續(xù)沒有進(jìn)行及時(shí)的處理，路基出現(xiàn)不同程度的沉降，也會(huì)影響路面質(zhì)量。如果路面長(zhǎng)時(shí)間有車輛通行，在荷載的作用下，路面會(huì)出現(xiàn)不均勻沉陷。路基土體壓實(shí)度不足的原因主要包括以下四點(diǎn)：

首先，在施工中，施工條件不足導(dǎo)致的施工質(zhì)量問題，如路基施工時(shí)，天氣干燥使一些需要壓實(shí)的黏土塊沒有達(dá)到粉碎的標(biāo)準(zhǔn)；某些加減速道與行車道的施工分開，拼接位置的處理不當(dāng)。

其次，在施工中，路堤隨著施工高度的增加，且沒有及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，則土體壓實(shí)不足，導(dǎo)致豎向的土體塌陷，使得路面出現(xiàn)側(cè)向的變形。

再次，土體材料的含量配比沒有達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)。

最后，受到施工進(jìn)度的影響，壓實(shí)時(shí)間縮短。

九是施工中沒有做好路基排水。路基排水工程質(zhì)量存在問題，使得排水出現(xiàn)堵塞和緩慢等問題，長(zhǎng)時(shí)間的水質(zhì)軟化，使得路基變形，造成路面沉陷。

十是基層不平穩(wěn)?；鶎颖砻娲嬖谄秸葐栴}，會(huì)對(duì)瀝青的鋪設(shè)厚度產(chǎn)生直接的影響，不同厚度的瀝青經(jīng)過碾壓后會(huì)出現(xiàn)沉降深度不同。當(dāng)平整度的誤差不太大時(shí)，可以利用面層施工進(jìn)行找平。相反如果誤差較大，則需要直接調(diào)整，不可以利用面層調(diào)整，防止出現(xiàn)更大的誤差，影響整體施工質(zhì)量。

十一是超限。通過高速公路路面沉陷問題的調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)，車輛荷載是路面沉陷的重要因素之一。當(dāng)一輛車的載重從10t 上調(diào)到15t 后，會(huì)產(chǎn)生高于原來(lái)2 倍的結(jié)構(gòu)破壞力，這表示，車輛荷載將嚴(yán)重影響路面結(jié)構(gòu)，也會(huì)對(duì)后續(xù)車輛行駛的安全性和舒適性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，加大了后期的養(yǎng)護(hù)工作成本。

十二是路基剛度影響。路基的剛度是在路基受到車輛荷載時(shí)出現(xiàn)的變形抵抗能力。高速公路的路基剛度不足，會(huì)在車輛荷載的作用下出現(xiàn)變形和沉降問題，路面結(jié)構(gòu)遭到破壞。如果養(yǎng)護(hù)和維修工作不及時(shí)，會(huì)造成更嚴(yán)重的路面損壞，最終產(chǎn)生路面沉陷，影響交通安全[1]。

3 路面沉陷處治的工藝流程

施工流程：劃線（標(biāo)定病害）—病害銑刨—路面清理—切縫—黏層油灑布—粘貼立面貼和抗裂貼—瀝青混合料攤鋪—碾壓—開放交通。

施工技術(shù)要求：

其一，用皮尺標(biāo)定路面病害位置，充分考慮病害長(zhǎng)度及徹底處治病害的范圍。確定路面沉陷的位置決定了在沉陷處治后是否與原路面順接平整，是否有連接錯(cuò)臺(tái)。一般路面沉陷都是全幅路面沉陷，路面沉陷的范圍隨著沉陷起始位置會(huì)有橫向裂縫。在確定位置時(shí)，要把路面沉陷裂縫包括在沉陷范圍內(nèi)。在確定需要處治的位置后，利用水準(zhǔn)儀對(duì)路面的沉陷長(zhǎng)度和深度進(jìn)行測(cè)量，為清理路面病害提供準(zhǔn)確詳細(xì)的數(shù)據(jù)，及計(jì)算處治路面沉陷所需要的熱拌瀝青混合料的數(shù)量。

其二，根據(jù)抄平放樣結(jié)果，用粉筆標(biāo)記沉陷銑刨深度及銑刨寬度。G3017 線武威至金昌高速公路路面的結(jié)構(gòu)層是上面層4cm+中面層5cm+下面層6cm。用銑刨機(jī)對(duì)路面病害進(jìn)行銑刨時(shí)，要在原路面與沉陷接頭處保證銑刨厚度為4cm。

其三，銑刨作業(yè)結(jié)束后，利用小型機(jī)械配合人工對(duì)銑刨后的路面下承層進(jìn)行清掃，要求徹底不留死角。對(duì)不易清理的邊角位置，采用人工鋼刷進(jìn)行清洗，用吹風(fēng)機(jī)將散落的石子及灰土吹離路面。把層間清掃檢查作為質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)，有效保證路面新舊連接部位緊密。

其四，對(duì)新舊路面連接部位進(jìn)行切縫處理，切縫的目的主要是保證新舊路面能夠連接密實(shí)。如果切縫不夠整齊，新舊路面連接部位就會(huì)出現(xiàn)填補(bǔ)不密實(shí)的現(xiàn)象，路面流動(dòng)水隨著車輛的碾壓進(jìn)入接縫處，造成路面的損壞。

其五，黏層油需要均勻?yàn)⒉?。將乳化瀝青均勻撒布，撒布后的下承層不能撒花漏空成條狀，也不能有堆積。對(duì)于不能利用車輛進(jìn)行撒布的位置，需要采取人工撒布的方式，對(duì)于撒布過量的位置進(jìn)行及時(shí)的刮除處理。在黏層油完全破乳后，進(jìn)行下一道工序。為有效防止路面下承層裂縫反射到路面表層，對(duì)寬度小于0.5cm 的路面縱向及橫向裂縫用抗裂貼進(jìn)行貼縫處治。抗裂貼需要控制寬度在30cm，并沿著裂縫進(jìn)行攤鋪，裁剪出需要的長(zhǎng)度。在攤鋪的兩端做好標(biāo)記，防止遺忘。將撕去貼膜的抗裂貼人工拉平，沿著標(biāo)記的位置攤鋪，并進(jìn)行人工碾壓，保證貼實(shí)緊密。最后，在貼好抗裂貼的位置進(jìn)行乳化瀝青的補(bǔ)刷。對(duì)新舊路面接茬處，采用寬4cm 厚3mm 的雙膜立面貼粘貼。在黏層油灑布完成后，即可安放立面貼。將瀝青路面立面貼應(yīng)用于攤鋪瀝青混合料前的洗刨垂直面上，用鋼絲刷將瀝青混合料立面清掃干凈，揭開一段瀝青路面立面貼一面的隔離膜，沿立面用力將瀝青路面立面貼按在立面上，并用橡皮榔頭捶打，之后邊揭隔離膜邊用力捶打，使瀝青路面立面貼完全粘貼在立面上。攤鋪瀝青混合料前，撕去外層的隔離膜[2]。

根據(jù)路面沉陷抄平深度確定使用熱拌瀝青混合料的種類。G3017 線從武威地區(qū)至金昌高速路面，結(jié)構(gòu)層的上面層采用了4cm 厚度的SUP-13 改性瀝青混合料，中面層和下面層使用了ATB-25 改性瀝青混合料。攤鋪沉陷路面的中面層和下面層，掛線找平，保證上面層瀝青路面的厚度，碾壓要密實(shí)。在上面層混凝土拌料、瀝青攤鋪過程中，必須做到連續(xù)平穩(wěn)的行進(jìn)，這是保證路面平整度的最主要的方法。對(duì)路面縱橫向坡度、縱橫向接茬、路面的平整度，隨時(shí)進(jìn)行控制檢測(cè)。在完成攤鋪工作后，需要對(duì)攤鋪部位采用雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，并選擇膠輪壓路機(jī)反復(fù)碾壓。初壓時(shí)，壓路機(jī)以緩慢而均勻的速度側(cè)向45o對(duì)路面橫斷面接縫進(jìn)行碾壓，靜壓一遍后，再對(duì)路面縱向接縫接茬部位靜壓一遍，然后壓路機(jī)開始順路面縱向依次由高處向低處碾壓。碾壓次序?yàn)槌鯄骸獜?fù)壓—終壓。

為避免在碾壓過程中材料堆積形成擁包，需要嚴(yán)格控制機(jī)械操作，不可以隨意改變傳動(dòng)輪方向，壓路機(jī)啟動(dòng)、停車時(shí)都要減速慢行，不采用剎車制動(dòng)力。隨時(shí)檢查松鋪厚度、碾壓夯實(shí)方法、碾壓夯實(shí)遍數(shù)、碾壓夯實(shí)速度和碾壓夯實(shí)溫度，使基層達(dá)到既不漏壓力又不超壓力。如在一些角部位碾壓夯實(shí)不足，也可以用夯機(jī)碾壓夯實(shí)[3]。

當(dāng)路面鋪筑完成后，要等到路表溫度冷卻至低于50℃時(shí)，方可轉(zhuǎn)移施工場(chǎng)地，并開放交通。對(duì)路面沉陷路段的附屬安全設(shè)施進(jìn)行維修，對(duì)下沉的波形護(hù)欄板、防眩設(shè)施進(jìn)行掛線調(diào)平，對(duì)下沉的路緣石重新安裝，對(duì)混凝土路肩帶下沉重新澆筑，與原路順接。

4 高速公路瀝青路面沉陷的養(yǎng)護(hù)方法

在瀝青路面的日常檢查中，對(duì)發(fā)生沉陷的地點(diǎn)做好標(biāo)記，并針對(duì)破壞現(xiàn)象制定措施。對(duì)于瀝青路面沉陷的養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)，一般采取開挖的修復(fù)方法，可以短暫防止公路的沉陷收縮。但用久后，在公路沉陷收縮的位置，病害會(huì)更加嚴(yán)重。所以根據(jù)上述因素，在養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)時(shí)，需要對(duì)公路沉陷收縮的病因進(jìn)行詳細(xì)分析，有針對(duì)性地制訂養(yǎng)護(hù)方案，以改善處治效果。

在日常養(yǎng)護(hù)工作中，對(duì)完好的瀝青路面應(yīng)用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，能顯著延長(zhǎng)瀝青路面的使用時(shí)間，降低維護(hù)費(fèi)用。另外，采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工藝能有效降低瀝青路面病害，防止公路沉降[4]。

5 高速公路瀝青路面沉陷的防治措施

5.1 提高路基施工質(zhì)量

在公路養(yǎng)護(hù)過程中，首先要合理選用路基填料，并從嚴(yán)控制工程質(zhì)量。從嚴(yán)把握路基填料的最大含水率，并確保地基打壓后的最大干密度，同時(shí)在施工中隨時(shí)檢查和管理。在施工過程中，要遵循分級(jí)回填、分級(jí)夯實(shí)的工藝原理，并實(shí)施嚴(yán)密的分層壓實(shí)質(zhì)量檢查，合格才能進(jìn)行下層鋪筑。對(duì)軟土地基，需要實(shí)施嚴(yán)密的密封措施，同時(shí)做好沉降監(jiān)測(cè)，檢查符合要求后方可開展下一次施工。

5.2 提高路面基層的平整度

在一般公路瀝青路面的半剛性基礎(chǔ)澆筑過程中，應(yīng)選用廠拌法澆筑，以提高基礎(chǔ)的平整度和澆筑質(zhì)量。采取廠拌法施工，及時(shí)調(diào)節(jié)混合料攤鋪的施工參數(shù)，提高半剛性基礎(chǔ)混合料攤鋪工程的質(zhì)量，能有效改善基礎(chǔ)表面的平順性，并防止基礎(chǔ)表面的平順性能差引起的路基沉降。

5.3 嚴(yán)格控制超載

對(duì)進(jìn)入高速公路的機(jī)動(dòng)車輛實(shí)施嚴(yán)格檢查，禁止超負(fù)荷機(jī)動(dòng)車進(jìn)入，可有效地減輕超限機(jī)動(dòng)車對(duì)高速公路的損害。嚴(yán)格執(zhí)法，嚴(yán)查超負(fù)荷機(jī)動(dòng)車，并按照法律規(guī)定從嚴(yán)控制超負(fù)荷機(jī)動(dòng)車進(jìn)入高速公路。此外，通過水泥路基與半剛性基礎(chǔ)結(jié)合的新技術(shù)，可有效地增強(qiáng)公路結(jié)構(gòu)的硬度與安全性，降低重超機(jī)動(dòng)車對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的損害程度。

5.4 優(yōu)化公路排水設(shè)施

對(duì)瀝青路面的公路排水設(shè)施實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)對(duì)瀝青路面的公路排水能力。水是導(dǎo)致公路橋涵與路基結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的主要原因之一。長(zhǎng)時(shí)期公路積水也會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的持久性水損壞，使瀝青路面的結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。水如果進(jìn)入基層或公路內(nèi)部，會(huì)損傷基層以及公路的承載能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形損傷，進(jìn)而降低瀝青路面的耐久性。經(jīng)過優(yōu)化的排水設(shè)計(jì)，有效地降低水分對(duì)高速公路地基和路面結(jié)構(gòu)的損傷，增強(qiáng)路基路面結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

G3017 線武威至金昌高速公路經(jīng)路面沉陷處治后，對(duì)路面沉陷路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)：其一，路面表面平整，平整度的間隙距離不超過0.5mm，確保路面表面不存在積水和松散的情況，局部有集料離析的現(xiàn)象，但不影響路面整體外觀質(zhì)量。其二，處治后的路面與原路面在接茬處略高于原路面，無(wú)明顯錯(cuò)臺(tái)，不會(huì)影響車輛正常行駛。其三，整體外觀質(zhì)量較好，新舊路面接縫處密實(shí)，無(wú)明顯縫隙。

6 結(jié)語(yǔ)

高速公路路基下沉屬高速公路工程病害，會(huì)對(duì)高等級(jí)公路的施工質(zhì)量及其正常運(yùn)行能力造成直接的危害。在公路路基下沉病害中，高速公路橋梁、涵洞兩側(cè)臺(tái)背下沉現(xiàn)象非常普遍，對(duì)車輛行駛的安全性造成了相當(dāng)大的危險(xiǎn)隱患。如果通過挖掘?qū)Ω咚俟窐蛄?、涵洞臺(tái)背再一次施工、填土、夯實(shí)，不但施工期限長(zhǎng)，且投資也相當(dāng)大，同時(shí)還會(huì)對(duì)高速公路的正常通過能力帶來(lái)直接的危害。沉陷處治技術(shù)能夠在合理減少上述因素發(fā)生的前提條件下，有效地處治高速公路橋梁、涵洞臺(tái)背存在的沉降問題，從而保障高速公路暢通安全高效的運(yùn)行。