山区公路路基拓宽主要病害及病害机理

2018-04-02

福建质量管理 2018年20期

(重庆市市政设计研究院重庆 400021)

一、绪论

随着山区公路工作得到了高度的重视，我国山区公路的建设逐步发展，基本已经形成了较高服务水平的公路网。经济逐步提高的同时，人们的出行需求增多，现有的公路建设逐渐无法满足日益增大的交通需求，一些道路已经出现了交通饱和的态势[1]。

早期的山区公路建设因经济及技术水平等原因，受到了一定的限制，原有部分道路已经无法满足现有的交通需求。在此基础上，许多旧路拓宽改建项目如雨后春笋般兴起。山区公路拓宽改建的工程也逐渐增多，这在某种程度上极大的缓解了当地的交通压力，促进了经济的增长。而且，在满足交通需求、提高道路通行能力的同时，旧路改建也有许多的优势。相比新建道路，旧路拓宽可以大幅度的降低工程造价、节约建设经费，相应的人力物力也会减少[2]。同时，对道路的占有率也会降低，不用重新规划土地用于道路的建设。在此基础上，旧路也不会被浪费，得到了充分的利用[3]。

但是由于各种原因，在实际应用过程中，拓宽道路路面经常出现纵、横向裂缝等病害，新老路基拼接部位由于施工时间的不同，路堤的压缩程度和固结程度不同，新旧路基产生不协调变形，路面也出现了不同程度的损坏现象，严重的影响了道路的使用质量，造成了大量的维修费用[4-5]。

二、公路加宽主要病害

调查研究表明，与新老路基结合不良有关的相关病害主要有四类，即：路基损坏、支挡结构损坏、路面损坏、路面整体性能下降。其中，路面损坏是新老路基结合最常见的病害，路基损坏和支挡结构损坏是稳定性不足在拓宽工程中的表现，而路面整体性能下降是伴随着以上各种病害的发展而产生。

这种病害表现为拓宽路基沿新老路基结合面发生滑移，严重时甚至发生整体坍塌。这种病害在山区陡坡地形、软弱地基、高填方路堤等拓宽路段较容易发生。当拓宽路基沿结合面滑移量较小时，新老路基结合面会产生错台，导致新老路基结合部位的路面开裂，雨水由裂缝进入，结合面强度急剧降低，给路基稳定性留下更大的隐患;当滑移量较大或整体坍塌时，造成拓宽路面整体破坏，甚至使原有路基相继出现失稳，并导致原有路面也发生结构损坏和使用功能的下降。

路基的差异变形会通过路面结构反映到路表上，导致路面结构的损坏。沥青路面会在结合部产生纵向裂缝、面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等。水泥混凝土路面会在结合面附近出现扩展的纵缝或横缝、错台，进一步发展会引起板底卿泥、脱空，裂缝处板块断裂以及裂缝进一步扩展等现象。

随着路面病害的产生和道路纵横坡的变化，道路结构性能和服务性能也随之下降，当路面状况指数(PCI)、结构承载力、平整度等下降到一定程度时，还将影响行车安全。

同时，路基的差异变形也会对支挡结构造成一定的破坏，支挡结构损坏是路基损坏的特殊形式。表现为挡墙墙面开裂、墙体整体滑移、倾覆等。挡墙一般设置在原地面边坡较陡处，以平衡新填路堤的下滑力。一旦支挡结构发生损坏，给拓宽路面的正常使用带来隐患。

经过较长时间的实际路段的跟踪调查发现，大部分的拓宽公路病害具有以下的特点：

(1)裂缝均集中在高路基拓宽路段；

(2)出现裂缝的拓宽部位地质情况较差，一般均存在软土层、水塘、低注地；

(3)裂缝所在位置均发生在老路上；

(4)根据施工记录及工后记录，路基工程一般工期均在3个月左右，裂缝产生时间一般在工后3个月，裂缝稳定时间不一。

三、路基拓宽病害机理

拓宽公路出现的各种病害，其产生的原因是多方面的，如地质勘测不细致、设计未充分重视、施工质量未达到要求等。按照病害的类型，可以从两个主要方面分析其产生机理，即新路基稳定性不足和新老路基不协调变形。

(一)新路基稳定性不足

新路基稳定性不足是指拓宽路基自身稳定性不能充分满足稳定要求，其产生的原因包括拓宽部位地基过陡和拓宽部位地基软弱。

当地基存在软弱下卧层，如压缩系数大、流变性显著的软土，新老路基结合部结合强度不足，从而发生自结合面至软弱层底面的滑动面。另外，软弱下卧层具有流变性，侧向变形非常大，软弱地基土向路堤外侧挤出，拓宽路基坡脚出现起拱现象，并伴随塑性区域的开展，最终导致边坡失稳。

(二)新老路基不协调变形

若地基下卧层土质条件较差，土体压缩性大、固结时间长，地基在新路基荷载作用下，施工结束后仍然发生较大的固结沉降;而老路基作用下的地基在老路堤自重荷载作用下固结变形已完成或基本完成。故在新路堤自重荷载作用下地表发生不协调变形，并最终反映到路堤顶面，造成路面结构的损坏。

路堤在自身荷载作用下会发生压缩变形，老路基已经通车运行一段时间，老路基在荷载作用下的压缩变形己经完成，而新填路堤在施工结束后仍发生部分压缩变形。另外，由于山区公路拓宽改建通常受地形限制，拓宽幅度多则3～4米，少则1～2米，陡峭地形外侧拓宽的路段，填方高度可达加宽宽度的数倍；而路基填方施工时大型压实机具很难发挥作用，压实难度较大，而较低的压实度会使路基塑性累积变形大大增加。