基于工程施工角度的道路病害預(yù)防與處理策略研究

彭亞強(qiáng)

（中鐵十二局集團(tuán)國際工程有限公司，天津 300000）

1 引言

從結(jié)構(gòu)上看，道路主要由路基和路面兩大部分組成，路基為路面提供承載力，需要具備足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而路面直接與外界環(huán)境接觸，受到的影響因素更多，需要具備良好的承重能力和擴(kuò)散荷載能力，所以，道路病害的預(yù)防與處理應(yīng)該從這兩個(gè)方面著手，找到問題產(chǎn)生的原因，保證設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)工作的持續(xù)性和有效性，提高道路運(yùn)行質(zhì)量和效率。

2 基于工程施工角度的路基病害預(yù)防與處理

2.1 病害表現(xiàn)及成因

路基病害常見的表現(xiàn)形式有變形塌陷、邊坡滑動(dòng)、路基開裂等，產(chǎn)生這些病害的原因有很多，其中包括工程地質(zhì)條件不良、惡劣氣候影響、交通通行壓力增大、地表水與地下水活動(dòng)等，有的可以通過前期施工進(jìn)行改良，有的則會(huì)隨著時(shí)間的推移影響逐漸加大。 根據(jù)相關(guān)研究表明，容易產(chǎn)生路基病害的路段土顆粒組成特征明顯，土、粉粒、石黏粒的含量比較高，在水的影響下，路基強(qiáng)度遭到明顯破壞，再加上溫度變化產(chǎn)生的不均勻凍脹和溶解，路基土狀態(tài)發(fā)生了變化，而車輛荷載增加會(huì)加劇路基病害的發(fā)展，使路基弱點(diǎn)充分暴露，影響行車的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)路基形式

路基病害的預(yù)防和處理需要從前期的勘察、 設(shè)計(jì)階段著手，針對(duì)填方路基產(chǎn)生的不均勻沉降問題，必須根據(jù)地勢(shì)和地質(zhì)條件科學(xué)設(shè)計(jì)，尤其要在陡坡路段設(shè)置好填方坡度和角度。比如，當(dāng)填方路基有沿斜坡下滑的傾向時(shí)，需要利用護(hù)腳路基進(jìn)行保護(hù)，護(hù)腳的斷面應(yīng)該為梯形，頂寬不能小于1 m，內(nèi)外側(cè)坡坡度控制在1∶0.5～1∶0.75，高度不能超過5 m，在地面自然橫坡度超過1∶5 的斜坡上修建路堤時(shí)， 路堤基底應(yīng)該挖成臺(tái)階狀，臺(tái)階的寬度不能低于1 m，而且要設(shè)置2%～4%向內(nèi)傾斜的角度[1]。

2.3 做好路基基底處理

路基基底處理效果直接決定著路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 在一般路堤填筑前，需要根據(jù)基底條件采取相應(yīng)的處理措施。 對(duì)于松土和耕地，應(yīng)該首先將其清除到設(shè)計(jì)要求深度，通常不能低于15 cm，然后再按規(guī)定要求平整、壓實(shí)，如果基底土質(zhì)濕軟而深厚，那么就需要按照軟土地基進(jìn)行處理。 對(duì)于密實(shí)而穩(wěn)定的基底，當(dāng)坡度小于1∶10 時(shí)，基底可不做處理，清除表面雜草即可； 當(dāng)坡度在1∶10～1∶5 時(shí)， 應(yīng)該清除表面雜物草皮后再填筑，當(dāng)坡度大于1∶5 時(shí)，應(yīng)該按要求挖臺(tái)階，這樣才能夠有效預(yù)防滑坡、沉降問題。

軟土地基是產(chǎn)生路基病害的重災(zāi)區(qū)， 需要根據(jù)實(shí)際情況著重處理。 沙墊層、反壓護(hù)道、土工聚合物處治是常見的表層處理法。 換填法適用于地表下0.5～3 m 的軟土處治，在某濕陷性黃土路段就采用了上述兩種方法。 對(duì)于沉陷量過大路段，將濕陷性黃土挖出，換成改性土，經(jīng)過填筑壓實(shí)后能夠獲得不錯(cuò)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；在部分路段采用了黃土加筋土加固方法，使用土工格柵作為加筋材料，填料為改性黃土，同樣獲得了不錯(cuò)的處理效果。 另外，重壓法能夠促使地基土固結(jié)、沉降、壓密，有效減小路堤施工完成后的沉降量。 垂直排水固結(jié)法經(jīng)常用于解決軟土地基沉降問題。 穩(wěn)定劑處置法通過添加穩(wěn)定材料能夠改善地基土的強(qiáng)度和壓縮性特征， 為機(jī)械作業(yè)提供有利條件。 振沖置換比較適用于軟弱黏性土地基，但在處理抗剪強(qiáng)度較低的軟黏土?xí)r需要慎重采用[2]。

2.4 選料、填筑、壓實(shí)

填料的選擇至關(guān)重要，應(yīng)優(yōu)先選用碎石、礫石、卵石、粗砂等強(qiáng)度較好的材料，亞黏土、亞砂土等經(jīng)過壓實(shí)后也能夠具有一定強(qiáng)度，也可選用，而粉性土的水穩(wěn)定性較差，不能作為路堤填料使用。 填土路基應(yīng)選擇級(jí)配較好的粗粒土作為填料，在填筑時(shí)要遵循同類土、分層填的基本原則；填石路基應(yīng)該選用不易風(fēng)化的開山石料填筑； 砌石路基同樣要采用不易風(fēng)化的開山石料，砌石頂寬控制在0.8 m 左右，基底面以1∶5 向內(nèi)傾斜，砌石高度控制在2～15 m，每隔15～20 m 設(shè)置一道伸縮縫，如果地質(zhì)條件變化較大，則應(yīng)分段砌筑并設(shè)置沉降縫。 路堤的填筑方法應(yīng)該根據(jù)施工條件合理確定， 水平分層填筑法是基本的路堤填筑方法；當(dāng)?shù)孛婵v坡超過12%、填筑距離較短時(shí)，可以采用縱向分層填筑法； 在深谷陡坡地段通常采用豎向填筑法施工； 當(dāng)?shù)躺磔^高或受地形限制時(shí)， 可以采用混合填筑法。 采用正確的填筑方法也是預(yù)防路基病害的有效措施之一。路基的壓實(shí)度必須滿足相關(guān)規(guī)范要求， 通常情況下， 二級(jí)公路、一級(jí)公路、高速公路路堤基底的壓實(shí)度不能小于90%，所以，要選擇合適的壓實(shí)機(jī)械提高土體密實(shí)度。 比如，中型光輪壓路機(jī)主要用于路基壓實(shí)； 重型光輪壓路機(jī)用于最終壓實(shí)路基； 輪胎壓路機(jī)在黏土性土壤和砂質(zhì)土壤中都能獲得良好的運(yùn)用效果；在一部分黏土性土和非黏土性土區(qū)域，需要使用夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)，有效作業(yè)深度能夠達(dá)到1～1.5 m。

3 基于工程施工角度的路橋過渡段病害預(yù)防與處理

3.1 病害表現(xiàn)及成因

在道路工程項(xiàng)目中，可能會(huì)存在一些橋梁和涵洞，這些路橋過渡段也是病害發(fā)生的重點(diǎn)部位。 由于地基土的壓縮變形和濕陷變形，基礎(chǔ)會(huì)出現(xiàn)沉降問題。 一般而言，壓縮變形導(dǎo)致的基礎(chǔ)沉降過程相對(duì)緩慢、危害性較??；濕陷變形而導(dǎo)致的基礎(chǔ)沉降過程變化較快、危害性較大。 在季節(jié)性暴雨的沖擊下，如果橋涵設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)出現(xiàn)洪澇現(xiàn)象，基礎(chǔ)受到嚴(yán)重沖刷甚至沖毀， 在黃土顆粒含量較大的水域， 隨著水流流速減緩，可能會(huì)在橋梁涵洞處造成淤積。 路橋過渡段沉陷會(huì)產(chǎn)生許多裂縫，當(dāng)沉降差異較大時(shí)，會(huì)引發(fā)橋頭跳車。 路基和橋涵在荷載作用下都會(huì)發(fā)生沉降， 然而， 由于橋涵結(jié)構(gòu)的整體剛度大、承載能力強(qiáng)，所以沉降量相對(duì)較小，而路基的沉降量則相對(duì)較大，因而在路橋過渡段會(huì)產(chǎn)生沉降差，尤其是填方為高壓縮性土?xí)r，這種沉降差表現(xiàn)得更為明顯。 從施工的角度看，由于大多數(shù)工程會(huì)采用先修橋、后修路的施工順序，在路橋過渡段會(huì)存在大量的高填方填土，由于施工作業(yè)面比較狹窄，壓實(shí)機(jī)械難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)， 采用人工夯實(shí)的方式可能會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)度不夠，從而造成橋頭臺(tái)階。

3.2 病害預(yù)防與處理

路橋過渡段病害預(yù)防和處理應(yīng)該從多方面綜合考量，將過渡段與橋涵等重要構(gòu)造物同步設(shè)計(jì)、施工，防止過渡段路基因施工工期緊張而存在工程質(zhì)量問題。應(yīng)充分重視水文地質(zhì)勘查工作，準(zhǔn)確計(jì)算防洪設(shè)計(jì)流量，盡可能避開水流紊亂的區(qū)域；分析水流方向?qū)蚝Y(jié)構(gòu)的影響，選擇合適的橋涵形式，既要達(dá)到防洪排瘀的目的，又要減少對(duì)道路橋涵的不良作用。 如果遇到軟弱土層，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用合適的加固處理方法，提升地基的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，比如，在濕陷性黃土區(qū)域，可以通過復(fù)合地基或石灰穩(wěn)定砂礫土來改善黃土性質(zhì)。在填入臺(tái)背填土?xí)r，應(yīng)根據(jù)填筑材料和作業(yè)空間選擇合適的壓實(shí)機(jī)械，嚴(yán)格遵循分層填筑、分層壓實(shí)的基本原則，合理確定鋪筑厚度和碾壓遍數(shù)，通常情況下，松鋪厚度不能超過20 cm。 另外，加強(qiáng)路橋過渡段養(yǎng)護(hù)管理，充分重視橋涵兩側(cè)路基排水情況，如果發(fā)現(xiàn)隱患要及時(shí)采取有效措施，防止基礎(chǔ)的進(jìn)一步滑移和沉降。

4 基于施工角度的路面病害預(yù)防與處理策略

4.1 典型路面病害及成因

路面是道路的上部結(jié)構(gòu)，包括面層、基層、墊層，三者共同承擔(dān)荷載、擴(kuò)散荷載，為道路行車提供良好的路況。 根據(jù)路面等級(jí)劃分，常見路面有低級(jí)路面、中級(jí)路面、次高級(jí)路面、高級(jí)路面；根據(jù)路面面層劃分，常見路面又包括瀝青路面和水泥混凝土路面兩大類。 本文以這兩類路面作為典型研究對(duì)象，分析路面病害表現(xiàn)及形成原因[3]。

4.1.1 瀝青路面病害分析

瀝青路面病害主要有車轍、裂縫、坑槽、沉陷、泛油、鼓包等。 車轍中最為嚴(yán)重的一種是失穩(wěn)性車轍，瀝青集料的密實(shí)度不達(dá)標(biāo)是造成該病害的主要原因之一。當(dāng)水分進(jìn)入瀝青混凝土內(nèi)部后，在車輛荷載的作用下，粗集料會(huì)向輪跡兩側(cè)隆起，從而形成車轍。 同時(shí)，荷載過大、溫度較高也會(huì)增加瀝青路面的流變性，尤其是在縱坡坡度較大的路段，不但容易產(chǎn)生車轍，甚至?xí)l(fā)事故。 裂縫也是瀝青路面的主要病害表現(xiàn)，常見的形式有縱向裂縫、橫向裂縫、網(wǎng)狀裂縫。 基于瀝青的工程特性，在環(huán)境溫度的反復(fù)作用下很容易出現(xiàn)橫向裂縫；縱向裂縫不但受溫度影響，而且當(dāng)壓實(shí)度不夠、材料不達(dá)標(biāo)、濕度過大時(shí)都會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫，并且還會(huì)不斷加寬；網(wǎng)狀裂縫同樣與施工材料、壓實(shí)程度、環(huán)境條件等因素密切相關(guān)；產(chǎn)生坑槽病害的原因也比較多，比如凍融破壞、水損害、施工影響、交通荷載影響等。

4.1.2 水泥混凝土路面病害分析

水泥混凝土路面病害主要包括接縫處破壞和混凝土面板內(nèi)損壞。 接縫處是應(yīng)力分布比較集中的部位，非常容易產(chǎn)生病害。 接縫處破壞主要表現(xiàn)為拱起、錯(cuò)臺(tái)、板塊活動(dòng)、填縫料失效等。 路面板內(nèi)損壞主要表現(xiàn)為裂縫， 包括表面裂縫和貫穿裂縫。 表面裂縫主要是水泥混凝土的收縮導(dǎo)致的；貫穿裂縫的形成相對(duì)復(fù)雜，混凝土施工初期受到的拉應(yīng)力過大、混凝土板塊尺寸過大、車載過大和應(yīng)力集中都是病害產(chǎn)生的重要原因。

4.2 路面病害預(yù)防與處理

4.2.1 瀝青路面病害預(yù)防與處理

路面包括面層、基層、墊層3 個(gè)基本組成部分。 為了發(fā)揮路面的整體作用，必須保證設(shè)計(jì)和施工的科學(xué)合理性。 通常情況下，下一層應(yīng)該比上一層每邊寬出0.25 m，這樣能夠保證荷載的傳遞和擴(kuò)散效果。 做好路面排水設(shè)計(jì)，在嚴(yán)寒積雪、透水路面，道路橫坡應(yīng)該控制在1.0%～1.5%左右；在快速路或降雨量較大的路段，道路橫坡應(yīng)控制在1.5%～2.0%左右，同時(shí)，一般路肩橫坡度要比路面橫坡度大1.0%。 路面基層起主要的承重作用，應(yīng)該滿足強(qiáng)度、擴(kuò)散荷載、抗凍性、水穩(wěn)定性等要求。嚴(yán)格按照規(guī)范要求選擇基層材料，保證級(jí)配科學(xué)、拌和均勻、含水量適宜，能夠達(dá)到壓實(shí)度要求。 熱拌瀝青混合料路面施工比較常見，對(duì)混合料的拌制、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。 必須在拌和廠采用拌和機(jī)械拌制。 在運(yùn)輸過程中，如果瀝青混合料已經(jīng)成團(tuán)塊或者溫度不符合要求、遭受雨淋都不能使用。 大多數(shù)路面病害都與壓實(shí)度有關(guān)，在壓實(shí)施工時(shí)，瀝青混合料的分層厚度不能超過10 cm，嚴(yán)格按照初壓、復(fù)壓、終壓3 個(gè)階段進(jìn)行。 選用合適的壓實(shí)機(jī)械，一般情況下，初壓采用輕型鋼筒壓路機(jī)碾壓2 遍； 復(fù)壓采用重型輪胎式壓路機(jī)碾壓4～6 遍；終壓采用雙輪鋼筒式壓路機(jī)碾壓不少于2 遍。在狹窄路段，可以使用手扶振動(dòng)壓路機(jī)，必須保證最終的壓實(shí)成型效果能夠滿足要求。

4.2.2 水泥混凝土路面病害預(yù)防與處理

水泥混凝土路面同樣要滿足排水需求。 在路面施工時(shí)，為了保證攤鋪效果，可以采用滑模式攤鋪機(jī)進(jìn)行施工。 這是一種自動(dòng)化水平較高的施工方式， 能夠達(dá)到較好的路面平整度要求， 尤其是整段路的宏觀平整度， 是其他施工方式無法做到的。做好混凝土路面養(yǎng)護(hù)管理工作，防止發(fā)生早期裂縫。另外，加強(qiáng)維護(hù)處理工作，在填縫料老化后要及時(shí)進(jìn)行更換，防止水沿著縫隙滲入侵蝕基層。 采用高分子材料對(duì)裂縫進(jìn)行修復(fù)，通過直接灌漿、擴(kuò)縫灌漿、條帶罩面補(bǔ)縫、全深度補(bǔ)塊等多種方式，保證裂縫修復(fù)效果。 當(dāng)混凝土路面錯(cuò)臺(tái)較小時(shí)，可以通過切削修補(bǔ)法進(jìn)行處理，如果錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重，那么就應(yīng)該采用鑿低補(bǔ)平法補(bǔ)齊[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，道路病害不但會(huì)影響交通運(yùn)行效率，而且可能會(huì)誘發(fā)重大安全事故，所以必須引起足夠的重視。應(yīng)從勘察、設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)，加強(qiáng)病害預(yù)防與處理，保證路基具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，使路面能夠有效傳遞荷載，并為行車提供良好路況。 同時(shí)，要樹立全過程管理理念，當(dāng)發(fā)生病害隱患時(shí)，要及時(shí)采取針對(duì)性的處理措施，防止損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。