湖南省高速公路粗粒土路基填料使用及其病害情况

严春华

摘 要:本文结合“高速公路路基沉降及其对路面的影响”科研课题,对湖南省境内粗粒土路堤填料使用情况和粗粒土路堤段路面结构的病害情况进行了调研。调研结果发现,由于粗粒土路堤填料具有良好的工程性质以及取材广泛,湖南省高速公路路堤填土材料以粗粒土为主,研究粗粒土路堤填料流变工程性质以及粗粒土高填路堤的长期流变变形具有重要的工程意义和理论价值。

关键词:土石混填路堤;里面病害;调研;高速公路

中图分类号:U416.211

文献标识码:B

文章编号:1008-0422(2009)03-0122-03

1引言

路基是路面结构的支承物,车辆荷载通过路面结构传至路基,坚实而稳定的路基与良好的路面结构是安全、舒畅行车的基本保障。然而“水能载舟,亦可覆舟”,路基的稳定和变形直接影响着路面结构的寿命,路基稳定则路面结构的寿命长,行车顺畅,反之则不然。

近年来,湖南省高速公路建设犹如雨后春笋般发展迅猛,高速公路网拟建设成横贯东西、纵通南北、覆盖全省、连接周边、密度适当、高效便捷的高速公路网络。大致形成5条南北纵线和7条东西横线组成的格局,总建设规模约为5300km,其中纵向主线2510km,横向主线2620km。湖南省高速公路建设的任务艰巨,所遇到的难题颇多,其中粗粒土高填路堤的长期流变变形问题尤为普遍和突出。为了研究粗粒土路堤填料长期流变变形性质,有效指导粗粒土路堤设计和施工,成立“高速公路路基沉降及其对路面的影响”科研课题。该课题研究粗粒土路堤填料流变工程性质,以及粗粒土高填路堤的长期流变变形,提供粗粒土高填路堤流变变形计算工具,为高速公路建设和养护提供参考。

2粗粒土路堤填料应用情况

粗粒土路堤填料在高速公路建设中的应用日益广泛。结合本研究课题,为了解湖南省境内高速公路粗粒土路堤填料的使用情况,对湖南省境内的临长、潭耒、耒宜、常张、衡大、邵怀和怀新高速公路粗粒土路堤填料应用情况进行了调研,调研采用现场踏勘和资料收集的方法进行。调查了湖南省内高速公路粗粒土路基填料的种类和不同粗粒土路堤填料公路在营运期间的路面破损状况,各高速公路路段粗粒土路堤填料使用情况见表1。

调研结果发现,由于粗粒土路堤填料具有良好的工程性质以及取材广泛,在高速公路路堤工程中得到广泛应用,粗粒土是一种普遍、经济、具有良好工程性质的路基填料。湖南省高速公路路堤填土材料以粗粒土为主。

3红砂岩粗粒土路基段病害

据地质调查得知红砂岩是分布广泛的一种岩石,在湖南、福建、广东、江西、四川、贵州及云南等省均有分布,尤其是在湖南省的湘南、湘中、湘西地区分布广泛[14]。根据试验研究表明风化程度较高的红砂岩抗压强度一般小于5MPa,属极软岩,但是自由膨胀率一般小于80%、CBR值大于8、室内回弹模量大于30MPa,它能满足《公路路基施工技术规范》的要求,因此,红砂岩粗粒土可以作为高速公路路堤填料[15]。根据前面调研可知在实际建设中,红砂岩粗粒土是山区公路建设最常用的路堤填料。但是,有试验表明红砂岩具有渐进崩解特性,受水的影响红砂岩结构容易逐步退化,红砂岩粗粒土填筑的路堤的长期变形问题有待进一步研究和解决。在公路的运营过程中发现,红砂岩粗粒土填筑的路堤路段路面结构病害问题比较多。根据湖南省现有公路路堤工况调查,湖南地区已运营路的红砂岩粗粒土路堤出现了一些长期沉降病害,造成了路面结构的破坏。例如,320国道K1143-K1180路段,107国道K1922+950、K1980+200及湘江二桥桥头南接线路段,以及京珠高速公路长沙至湘潭K18-K19路段的红砂岩粗粒土路堤均出现了不同程度长期变形导致的路面结构破坏问题。

本文对已运营的高速公路红砂岩粗粒土填土路堤段路面结构存在的病害情况进行了调查。对耒宜高速公路、潭耒高速公路和临长高速公路三条高速公路红砂岩粗粒土路基路段的路面病害状况进行了调研。调研发现红砂岩粗粒土填土路基路段存在较多与流变变形有关的路面结构破坏病害。典型的路面结构破损主要表现为路面出现纵向及交叉裂缝、坑凹、起拱、波浪和路面横向裂缝等。其中,耒宜高速公路、潭耒高速公路和临长高速公路红砂岩粗粒土路堤段的典型病害情况见表2。

4耒宜高速公路病害

其中对红砂岩粗粒土路堤分布比较广泛,并且交通流量较大,雨水充沛,营运时间较长的耒宜高速公路其中5km段长的路面结构破损病害进行了详细的调查和检测。耒宜高速公路地处湘南地区,是红砂岩广泛分布和雨水充沛地区,该高速公路建设过程中大量使用了红砂岩粗粒土填料。自2000年底建成通车以来,随着沿线经济的发展,耒宜高速公路交通量和交通轴载不断增大,路基发生不同程度的长期沉降,使水泥混凝土路面出现了多种类型、不同程度的破损和病害,给行车舒适性造成了极不利的影响。进入2005年以后,受交通量逐渐增大、超载和水灾等因素的影响,耒宜高速公路目前已进入路基和路面病害高发期,路面脱空现象严重,导致整个路面病害发展迅速,甚至部分路段路面严重破损。至2005年11月底,耒宜高速公路其中红砂岩粗粒土路基分布广泛的5km段长主要路面病害统计见表3。

表3数据显示耒宜高速公路红砂岩粗粒土路基段路面结构破损严重,许多地方出现了明显的路面破损,还有相当大一部分路面结构面板处于脱空状态。在日益繁重的交通荷载作用下,路面结构破坏将迅速发展。

5调研结论

调查研究表明红砂岩粗粒土路基段存在较严重的路面结构病害。分析表明红砂岩粗粒土路基段的路面结构破损情况如此严重大多数是路堤长期流变变形造成的,尤其是路堤的不均匀变形。路面结构施工完成后,红砂岩粗粒土路堤的流变变形历时长,致使高速公路运行多年后路堤沉降依然没有结束。在交通荷载和环境因素影响下,粗粒土路堤的流变变形继续发展并且不均匀,使路面结构多处形成架空,导致路面结构破坏。粗粒土路堤的长期流变变形是路面结构破损的主要原因之一,研究粗粒土填土路堤的流变变形。

经过调研发现,湖南省高速公路路堤填料大部分是粗粒土,其中风化红砂岩粗粒土路堤占有很大比例,粗粒土路堤的长期流变变形是路面结构破损的主要原因之一。但是,道路工程领域内有关土石混合粗颗粒土的理论研究滞后,尤其是粗粒土流变研究落后,加上研究试验条件的限制,尤其是室内试验设备的缺乏,致使对土石混填粗颗粒土的工程特性了解甚少,粗颗粒土填土路堤的长期变形设计计算理论过于简化和不符合实际,沉降计算结果与实测沉降相差甚远。随着高速公路建设步伐的加快,有必要针对粗粒土路堤填料的流变性质和粗粒土路堤的长期流变变形开展深入研究。

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