李发兴，郑少鹏，谷永云，程志豪，陈 黎

(1.普洱交通建设集团有限责任公司，云南 普洱 666500；2.云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650200；3.云南省公路科学技术研究院，云南 昆明 650051)

0 引言

山区农村公路由于地形条件的限制，其横截面多处于一面临山体、一面临山谷的结构形式(如图1所示)，其路基多为半填半挖结构形式，路面结构中一边为填方路基，一边为挖方路基(如图2所示)。山区农村公路靠近山谷一侧路基为填方路基，由于存在临空面，因此在施工过程中对压实机具与临空面的安全距离有明确要求，同时山区农村公路的临坡面易受到雨水的冲刷及浸入，影响路基的稳定性，从而对路面整体结构产生影响，进而诱发路面病害[1-3]。农村公路路面材料多采用水泥混凝土，对其强度及厚度均有严格要求，然而，由于路基稳定性引发的水泥混凝土路面病害频繁发生，尤其是在半填半挖路基结构形式上，其影响因素较为复杂[4-5]。本文针对山区半填半挖式农村公路水泥混凝土路面病害进行分析，研究其成因，探索内外环境多因素条件下病害诱发机理，进一步提出病害防治措施，为山区农村公路新建及养护提供理论支撑。

图1 山区农村公路结构形式示意图

图2 半填半挖路基示意图

1 水泥混凝土路面典型病害类型

针对云南某山区农村公路进行试验研究，所调研的农村公路路面结构型式均为“面层+调平层+土路基”，其中，路面宽度均为4 m，路面面层厚度为20 cm，均为水泥混凝土路面面层，调平层为10 cm级配碎石，路基为半填半挖式。该农村公路水泥混凝土路面铺筑完成并开放交通两年后，开始逐渐出现纵向裂缝病害，尤其是在靠近山谷一侧更为明显，路面两侧雨水易汇集，排水不畅。

在试验过程中发现，该山区农村公路水泥混凝土路面发生了较大的纵向裂缝，并逐渐向临近山谷一侧发展为较大的错台，其长度达到20 m，平均裂缝宽度为1 cm，最大裂缝宽度为2 cm，最大错台高度达到了3 cm。

该农村水泥混凝土路面在出现纵向裂缝后不断发展，并且呈“Y”字形逐渐扩展，尤其是临近山谷一侧发展更为严重。其主要裂缝宽度为1 cm，发展出的裂缝为0.5 cm，最大错台高度为3 cm。根据调研结果可以发现，该山区半填半挖农村水泥混凝土路面的典型病害为临山谷一侧纵向开裂，之后逐渐向两侧发展，尤其是向山谷一侧发展居多，并沿山谷一侧形成较大的错台病害。

2 病害成因分析

该山区农村水泥混凝土路面出现较为严重的纵向开裂病害，其成因复杂，主要可分为路面内部结构及外界环境两个部分[6]。其中，路面内部影响因素主要包括水泥混凝土面层及路基土，而外界环境则主要受雨水及车辆荷载的影响。在该农村公路水泥混凝土材料强度及厚度均满足要求的条件下，其内部影响因素主要集中在路基土方面，而在所调研路段均设置了限高架及限重标志，未发现有重载和超载车辆大量通行。因此，分析认为影响该农村水泥混凝土路面病害形成的主要因素为路面结构内部路基土的稳定性及外界雨水的冲刷和侵蚀影响，具体表现为局部路段路基强度不足、排水不畅而局部水毁，从而诱发路基不均匀沉降以及承载力不足，最终发展成为水泥混凝土路面纵向开裂病害，并进一步演化。

从现场调研分析，水泥混凝土路面纵向开裂病害的产生，与外界雨水的影响有直接关系：在公路靠近山体一侧未设置排水沟等设施，因其排水不畅，雨水通过其边部渗透进入路面结构中，侵蚀土路基，导致路基承载能力下降，产生不均匀沉降；加之靠近山谷一侧属于填方型路基，其稳定性受到更严重的影响。因此，使得水泥混凝土路面板产生纵向开裂；进而在车辆荷载的反复作用条件下，纵向开裂进一步发展，并形成错台。

3 病害处治方法

针对水泥混凝土路面纵向开裂问题，主要从路面板及路基两个方面进行处治。对于破损严重的路面板采取换板处理，而对于路面板整体性较好、连续纵向开裂和不均匀沉陷的问题，则采用沥青砂AC-5恢复路面平整度，或采用聚合物改性水泥混凝土恢复路面。路基处理方式可以分为注浆和换填两种，但注浆时可能会由于土基的松散而出现跑冒现象[7-9]。因此，分析认为，对于路基损坏特别严重的路段，最佳的处治方案为路基换填。同时，为了改善公路排水性能，应在其靠近山体一侧修复排水沟，减少雨水对路基的侵蚀，增强路基的承载能力。

3.1 路基处治方法

3.1.1 路基换填

对于路基稳定性损坏特别严重的路段，建议采用路基换填方式进行处置。路基换填材料宜采用换填片石，换填深度为40～50 cm，碾压密实无明显沉降后，铺筑10 cm级配碎石调平层。试验过程中换填深度为40～50 cm，基本满足一次压实厚度，因此可以采用一次性水平填筑，石块最大厚度不得超过一次压实厚度的2/3，大面向下、小面向上，摆放平稳，紧密靠拢，所有缝隙以小石块或碎石嵌塞，用压路机碾压将片石压入软基中直到不再有下沉为止。

3.1.2 路基注浆

对于因路基强度不足造成路面开裂、错台的路段采用压力注浆进行处理。处治范围为路面对应的范围，注浆处理深度应≥80 cm。注浆孔布置排距宜为2.0 m，孔距为2.5 m，如图3所示。注浆孔路基填土及以下孔段应采用干法作业成孔，孔径为75 mm，注浆孔均为竖直钻孔。注浆时，为了保证路基与路面整体性效应，将注浆顶面保持与路面面层齐平(如图4所示)，使得混凝土路面面层板与路基在注浆的作用下形成整体结构，以提高路面结构的整体承载能力。

图3 注浆孔平面分布示意图(cm)

图4 注浆孔连结路基与面层板示意图(cm)

3.2 路面病害处治

3.2.1 换板处治

对于已经开裂成3个及以上块状，出现较为严重的裂缝的混凝土板进行换板处理；对于水泥混凝土板块破碎严重或伴有沉陷、唧浆，或连续多块板破碎的，需同时对路基进行处治。

对水泥混凝土板进行换板时，应对更换的板边缘进行全厚度整体清除，同时对路基进行注浆或者是换填处理，达到规定的压实度后方可浇筑新的混凝土板。一般采用现场浇筑的方式对破碎的混凝土板进行换板处理，接缝处应采用热沥青或环氧树脂类材料进行处理。新浇筑的混凝土板均需养护至规定强度方可开放交通[10-11]。

3.2.2 错台处治

针对高差>10 mm的严重错台，可采取沥青砂或聚合物改性水泥混凝土进行处治。采用沥青砂填补前应在下沉板面上进行密集刻槽，矩形槽深为3～4 mm，槽宽为3～5 mm，槽间距为12～25 mm，清除路面杂物和灰尘，并喷洒一层热沥青或乳化沥青，修补整个下沉板面，修补后应与原路面高度一致，恢复原路面平整度。当采用聚合物改性水泥混凝土修补时，应将错台下沉板凿除2～3 cm深，或对下沉板进行密集刻槽，矩形槽深为3～4 mm，槽宽为3～5 mm，槽间距为12～25 mm，清除路面杂物和灰尘，或将注浆孔保留路面板厚度的2/3不注浆，而用聚合物改性水泥混凝土填充注浆孔，修补后应与原路面高度一致，形成加柱式路面结构体系。

3.2.3 裂缝处治

研究过程中，路面纵向裂缝宽度最大处均>3 mm，平均宽度在1 cm左右，并伴随错台同时出现，针对该种情况，宜采用与错台同步修补的方式，并在错台修补前，先进行灌缝处理，顺着裂缝扩宽成3～4 cm的沟槽，槽深为路面板厚，采用沥青砂填补料或聚合物改性水泥混凝土填充到扩缝内。裂缝处治后在反复荷载和外界环境条件下，易造成老化和开裂，应在1～2年时间内重新灌缝。平时应注意巡检，一旦由于特殊情况出现灌缝材料开裂等损坏情况，应及时修补[12]。

综合上述分析，针对该山区半填半挖农村公路出现的纵向开裂典型病害，应从路基和面层两个层面进行分析和处置，同时应完善路面结构两侧排水措施，在靠近山体一侧设置排水沟，防止雨水汇集、浸泡路基，并且应在临近山谷一侧对土路肩进行夯实，向外设2%的坡度，以迅速排除雨水，必要时在集汇水的最不利位置设置排水圆管涵、钢管等措施，减少雨水对路面结构产生的影响，保障路面结构的稳定性和耐久性。

4 结语

通过对某山区半填半挖式农村公路水泥混凝土路面病害调研分析，揭示了其主要病害的成因及影响机理，提出了针对路面病害的处治措施，得出以下主要结论：

(1)该山区半填半挖式农村公路水泥混凝土路面病害主要表现为纵向开裂，并在靠近山谷一侧形成较大的错台。

(2)纵向开裂病害主要由路基承载力不足所导致，其直接影响因素为排水不畅导致雨水汇集、侵蚀路基，使路基不均匀沉降导致路面开裂，进而发展为错台、破碎板等病害。

(3)研究提出采用换填、注浆加固路基，采用换板、路面面层恢复措施整体修复路面结构病害，并提出加强路面两侧排水设施的具体要求，指出采用“路基换填+路面换板+改善排水措施”为路面病害最佳处治方案。