公路路面开裂成因分析及处治方案的探讨

公路路面开裂成因分析及处治方案的探讨

摘要:文章根据公路部分路段路面出不同程度的开裂现象及局部出现了沉陷现象,对这些公路病害的成因进行分析,并提出了相应的处治方案。

关键词:公路路面;病害成因分析;处治方案

随着国家对公路建设投资力度的加大,我国的公路工程建设发展十分迅速。但随着公路的建成并投入运营后,公路部分路段的路面出现不同程度的开裂现象,局部路面还出现了沉陷现象,严重影响了这些路段的行车舒适感,甚至危及行车安全,对路基的稳定性也构成了威胁。文章针对这些公路病害产生的原因进行分析,并结合实际提出相应的处治方案。

1路面开裂成因公析

1.1存在的问题

经对几个典型路段岩土工程勘察结果表明,主要存在以下四方面的问题:

①填土压实度欠佳,甚至不达标。在部分路段进行的槽探中,采用灌沙法对上路床、下路床及上路堤进行了压实度测试,试验结果表明,每个槽探点均不同程度地存在压实度不达标现象,达标率仅为12%。

②路基填料质量欠佳。在抽检的几个探槽中采集上路床、下路床、上路堤填土进行室内承载比(CBR)试验,结果表明,某些路段填土的承载比值偏低,达标率为50%,由此可见,填料的承载比值偏低具有普遍性。另外,室内土工试验成果表明,路基土均属于或接近“双高”细粒土,即“高液限、高塑性指数”,勘察发现,勘察期间路基填土的含水量普遍高于最佳含水量。

③路堤坡面排水、防渗水、保持水功能不足。勘察发现,部分土路肩培土高于硬路肩,导致路面散排水无法顺利排除,易于沿交接处下渗;另外,部分路段的棱形骨架破损严重,大多数路堤边坡的培土多属粗粒土或含粗粒粘土,不适宜植物生长,防护植物成活率低,长势普遍不良,造成大部分边坡的路基填土裸露,冲刷严重。由此造成路堤坡面排水、防渗水、保持水功能不足。

④天然地基中局部存在较软弱土层。勘察发现,个别路段的天然地基中,局部存在较软弱土层,地基土性质欠均匀。

1.2路面开裂成因分析

造成路面开裂的原因是复杂的,涉及到的因素包括地基承载力、填土高度、填土性质、填土压实度、路面质量、气候环境、运营管理等等。

①地基承载力与填土高度。填土高度不同,对地基承载力的要求是不同的,填土容重以20 kn/m3计算,每10m填土对地基的附加压力为200 kPa,一般未经加固处理的非软土地基承载力为150～250 kPa,对于高填路堤的地基,一般需进行夯实、碾压或其它加固处理,否则地基将产生过大压缩变形,甚至失稳。

调查发现,填土高度大于9m的路段路面开裂现象很普遍,面且,填土越高,路面越容易出现开裂,而且越严重。一方面,高填路堤给地基施加较大的附加压力,造成地基上产生较大的压缩变形;另一方面,由于填土高度大,反映到路面的路基累积变形量就大于矮路堤。由此可见,路面开裂与填土高度有关,当填土压实度等欠佳时,问题就更为突出了。

②填土性质。前面提到的“双高土”具有以下几种特征:

第一,具有“橡皮土”的特征,不易压实,造成压实度不达标。

第二,具有较强的亲水性,容易吸收下渗的雨水,含水量增加,造成强度降低;而失水时,产生较大的收缩变形,由于纵向收缩受到的约束较大,路基在持久干旱季节容易产生横向裂缝。

第三,具有明显的流变性,在外界气候环境变化(特别是干湿交替)的影响下,会出现持续、反复的变形,不易稳定。

另外,承载比CBR值是路基上的强度指标,使用CBR值不达标的土料填筑的路基抵抗破坏的能力较差。但是,据了解,由于条件所限,公路全线大量使用高液限、高塑指粘性土作为路基填料,但路面开裂仅集中出现在基中几个标段,说明填土性质不良与路面开裂没有必然关系。勘察结果也表明,进委岩土勘察的8个路段中,有5个路段的填土并非“双高土”,但同样出现了较为严重的路面开裂现象。由此可见,填土性质不良使得路基抵抗变形、破坏的能力降低,但不是路面开裂的主因。

③填土压实度。填土压实度不达标的直接表现就是路基承载力不足,在自重及车载作用下,路基产生过大夺缩变形。由于路线方向的变形约束大于侧向的变形约束,变形向侧向发展,进而导致路基土产生纵向裂缝,而路面结构层的容许变形量要小于路基土,路基上过大的侧向变形或纵向开裂导致路面结构层产生过大应力,最终导致路面产生纵向裂缝。由此认为,填土压实度不达标路段,容易产生纵向裂缝。

勘察结果表明,路面开裂路段的填土压实度不足具有普遍性,而且路面以纵向开裂为主。因此认为,填土压实度不足是造成路面开裂的重要原因。

④路面质量。路面结构层直接承受车辆荷载,质量好坏将直接影响其寿命。勘察结果表明,路面结构层质量普遍尚好,而且路面开裂几乎都发生在填方路段,可以认为,路面质量不是造成路面开裂的主要原因。

⑤气候环境。由于路堤坡面排水、防渗水、保折水功能不足,导致降雨及干旱对路基产生不良影响主要表现为:

第一,雨水大量下渗,使得路基土含水量增加,强度降低。

第二,雨水沿路基中已有裂缝渗入,产生水力劈裂作用,使得裂缝进一步延伸、扩大。

第三,雨水冲刷作用不断带走松散、细小颗粒,使得裂缝不断扩大,加速了路基、路面变形破坏;第四,在干燥季节,路基土水分通过坡面大量蒸发,引起路基土收缩变形,产生裂缝。

由此认为,路堤坡面防护及绿化效果不佳对路面开裂起到加速作用。

⑥运营管理。主要体现在对车辆超载及道路养护的管理上。超载车辆对路面及路基的破坏是显而易见的;而已破损路面、路基如果得不到及时修复,在裂缝末端将产生应力集中现象,加速裂缝扩展。

⑦综合因素。造成路面开裂的因素是多样的,而且不是孤立的,当其中某种因素导致细微裂缝出现后,其它不利因素会对裂缝的扩展起到推波助澜的作用,加剧路面的开裂。因此认为,路面开裂是多种因素综合作用的结果。

2处治方案说明

2.1治理路面开裂的对策

基于以上路面开裂成因分析,可以得出这样的认识:路面开裂主要是由于路基变形或地基变形或两者同时变形引起的。变形可分为垂直变形和侧向变形,一般认为,目前路基及地基的垂直变形已趋于稳定,变形主要体现为侧向变形。要防止路面进一步开裂,最有效的办法就是约束侧向变形。约束侧向变形可通过两面三刀的手段来实现:

①主动约束,通过改良填土、地基土的性质,增强其抵抗变形的能力;

②被动约束,通过在路基、地基外侧设置支挡结构体限制侧向变形。

2.2处治方案及可行性分析

考虑到项目的特殊性,处治方案必须具备以下条件:

①不能阴断或严重影响交通现状。

②不能大面积破坏现有路面、路基。

③满足“安全、实用、经济、快速”原则。

通过多方案比选,提出了以高压旋喷灌浆、路面大导管垂直灌浆和设置固脚墙为主的综合处治方案。

①高压旋喷灌浆。采用三管法,在土路肩及路堤边坡设置两排高压旋喷桩,嵌入地基土或反压护道顶面以下2～3 m,约束路基侧向变形。高压旋喷灌浆的设备相对简单,便于在狭小空间施工,对高速公路行车影响相对较小;另外,三管法高压旋喷形成的桩径较大,一般经验认为桩径可达1.3～1.5 m,具有较大的钢度,抵抗侧向变形的能力更强;其性价比优于水泥土深层搅拌桩,具有较好的可行性。

②路面垂直灌浆。在开裂的路面上以2.5 m的孔距垂直灌浆,灌浆深度3 m。灌浆在一定程度上对填土起到改良作用,最重要的是对裂缝起到封堵作用。但是,在以粘性土为主的压实填土中灌浆,其可灌浆需经试验方能确定,灌浆效果有待验证。因此认为,路面垂直灌浆的可行性一般,可先进行试验性施工,根据试验效果指导后续施工。

③设置固脚墙。在高填路堤边坡坡底设置固脚墙,目的是约束地基土侧向变形。对于填方高于9.0 m的路段,特别是地基土相对较弱的高填方路段,约束地基土侧仙变形是很有必要的。固脚墙采用片石干砌,一般规格为5m×3m(宽×高),在不新征土地的情况下,具有较好的可行性。

在具体路面开裂路段,根据具体岩土条件及路面破坏情况选择以上措施的一种或多种进行处治,除采取以上三种措施外,尚应对裂缝进行一般性注浆封堵(对于未进行路面垂直灌浆的路段),对破损路面进行罩面处理,对边

坡破损骨架进行修复,对冲刷严重、植物长势不良的坡面进行重新培土绿化等。

3结 语

总之,在施工过程中应该加强施工管理,提高现场施工质量,规范施工,尽量提高公路的使用性能,延长其使用寿命,提高投资效益。

参考文献:

[1] JTG F80/1-2004,公路工程质量检验评定标准(土建工程)[S].

[2] JTG F10-2006,公路路基施工技术规范[S].