公路路基路面病害成因及治理措施

李成琳

摘 要：为了提高公路工程建设水平，首先从路基边坡设计、排水、沉降等方面探讨了路基病害，并提出了确定合理的边坡形式坡度、布置完善的排水系统、铺土工格栅、采用轻质填料等方法来解决。随后探讨了路面裂缝和路面车辙的病害机理，提出了槽灌缝法、填缝法、微表处、现场热再生等处治措施，研究成果可为类似的公路路基路面处治提供一定理论指导。

关键词：公路工程;路基病害;路面病害;治理措施

0 引言

我国交通网络不断完善，公路工程的建设速度日益提高。随着交通量和运营时间的不断增长，公路路基路面由于养护不及时或养护措施选择不当，在温湿度变化、降雨、车辆反复荷载等原因作用下，容易出现一定程度的损伤，影响行车安全和舒适度[1]。同时，在未来，公路工程必然会从扩张施工慢慢转变至养护运营。故分析公路路基路面病害形式、成因及相应的处治措施具有十分重要的工程意义。

1 公路路基病害形式及治理措施

1.1 路基常见病害

1.1.1 路基边坡设计不合理

路基边坡稳定易受到地形地貌、施工技术等因素干扰，可能会遇到较大规模的高填深挖，改变原有的应力场和地质条件[2]。如果对边坡设计不合理，会使得边坡安全系数较低，从而导致边坡大变形、滑坡、坍塌等灾害。

1.1.2 路基排水不畅

水对公路路基损毁十分严重，路基大多数病害都直接或间接和水相关。这是因为水分渗进路基后，路基在外界环境变化和反复车辆荷载的作用下抗变形能力和整体稳定性降低，从而影响路面的使用性能。

1.1.3 路基沉降过大

公路路基沉降处治不当，可能导致边坡失稳破坏、路面开裂等病害，会对路面使用性能、通行能力等产生直接的影响。路基沉降=路堤本身沉降+地基沉降，其中地基沉降基本占路基总变形75%以上。随着路基填土高度的增加，填土自重荷载越大，在地基土中产生的附加应力越大，会使得路堤本身沉降和地基沉降量不断增加。尤其是高填方路基，沉降过大的现象十分普遍。

1.2 路基病害预防措施

1.2.1 确定合理的边坡形式和坡度

公路路基边坡形式主要有直线型、折线型、台阶型，见图1。其中直线型边坡设计施工简单、从坡顶至坡脚坡度相同，适用于路基边坡高度较小（不超过10 m）的路段;折线型边坡从坡顶至坡脚坡度采用不同坡度，一般上陡下缓，变坡点通常布置在岩土性质差异较大处。同时，为了控制边坡施工质量，折线变坡点往往以2～3次最佳。台阶型边坡是每8 m～10 m布设一个平台以减小降雨对坡面冲刷，提高边坡稳定性，平台宽度不小于 2 m，并设置2%～4%横坡[3]。

土质路基边坡坡度确定时应考虑边坡高度、地下水位、用地范围等因素，岩石路基边坡应综合考虑岩性完整性、坚硬度、地质构造、水位高低等因素确定坡度，尤其对于风化严重岩石边坡，边坡坡度可适当放缓，设计人员可参考《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中对边坡坡度的建议值。

当路堑边坡高度大于20 m或填土路堤边坡高度大于20 m

或填石路堤高度边坡大于30 m，应计算路基边坡安全系数，并根据计算结果确定合适的边坡形式、边坡坡度等。

1.2.2 路基排水处理方法

路基排水设计一定要建立完整的排水系统，边沟、排水沟、截水沟等常用排水设施根据项目特征和排水需求来拟定方案。此外，还可从以下几个方面加强路基排水效果[4]：第一，中央分隔带设置地下排水设施来收集渗进中央分隔带内部的水分，且每隔100 m～200 m设置集水井与横向排水管将水排出。如果条件允许，还可在中央分隔带植草绿化;第二，路基边缘处设置纵向碎石排水盲沟，坡度与路线纵坡保持一致。纵向盲沟可用于汇集渗进老路路面结构的各种水分;第三，设置路基排水层，该结构与路面垫层类似，排水材料可选择碎石、砂砾等，其功能是阻隔地下水位或路基两侧水流以毛細水的形式上升至路基内部，降低水分对路基强度及整体稳定性的影响。

1.2.3 减小路基沉降

为了减小路基沉降，主要有以下几种措施：第一，要加强野外勘察，充分收集公路沿线地质资料，尽可能的避免高填方路堤。如果高填方路基处在填挖交界或纵坡较大路段，可开挖台阶来提高路基的整体稳定性，减小路基沉降;第二，铺土工格栅。填方路基各层之间铺土工格栅，可以形成加筋土，提高了土体的抗剪强度、抗压强度和压缩模量，降低填料的可压缩性，从而减小路基沉降变形;第三，采用轻质填料。轻质材料一般重度较小，路基填筑采用轻质材料能有效地降低作用在地基上的荷载，从而减小土体中的附加应力和沉降变形。在填筑轻质材料路段和一般路基之间要开挖台阶设置过渡段，台阶高度在0.5 m～1.0 m，坡比宜为1：1～1：2，以确保路基的整体稳定性。

2 公路路面常见病害及治理措施

2.1 公路路面常见病害

根据路面损伤原因不同，可能同时出现多种类型病害，典型的路面病害有裂缝、车辙、坑槽等。同时，各种路面病害形式随机组合，相互作用，形成复杂路面病害系统。

2.1.1 路面裂缝

路面裂缝是引起路面使用性能衰减的直接原因。路面裂缝病害根据发生机理能分为低温收缩裂缝、反射裂缝和荷载裂缝三类，其中低温收缩裂缝出现机理是沥青受温度影响大，在冬季气温较低，导致沥青应力松弛无法抵消温度应力地持续增长。当温度应力大于沥青混合料抗拉强度，路面则可能出现横线裂缝;反射裂缝主要出现在基层为半刚性材料的沥青混合料路面，这是因为沥青混合料路面所处地外界环境温度骤降时，基层材料会大幅度收缩，使得沥青面层产生较大拉应力，导致裂缝出现或增大原有裂缝。同时，反射裂缝还会受应力叠加效应的影响，加剧裂缝处应变，使裂缝宽度增加;荷载裂缝产生机理是在反复车辆荷载作用下，路面结构层产生的拉应力超过沥青混合料容许拉应力，从而使面层出现荷载裂缝。

2.1.2 路面车辙

车辙是公路沥青路面最严重病害之一，根据车辙产生原因可将其划分成失稳性、结构性（永久性）、压密性及磨耗性车辙。各类车辙的出现成因如下[5]：

失稳性车辙危害程度大，经常出现在公路上坡路段，尤其是山区公路车辙病害更加严重。失稳性车辙往往呈“W型”，其形状主要与车轮构造，车速、车轮胎行驶所受的横向应力等因素密切相关。

结构性车辙一般呈“U型”，它的出现是因为路基受荷载产生变形，并发射到沥青路路面所引起。结构性车辙地变形量小，但宽度十分明显，不易修复。

压密性和磨耗型车辙主要是因为沥青路面结构层在反复车辆荷载、自然环境等因素作用下，沥青被碾压实或侵蚀所导致。

沥青路面车辙病害发生机理主要有内因和外因两个方面，前者包括沥青混合料和路面结构类型等，后者包括氣候变化、交通条件、施工质量等因素。

沥青混合料强度由其内摩擦角和粘结力决定，可以用摩尔-库伦理论解释这一现象：

式中：—沥青混合料抗剪强度，kPa;—沥青混合料所受正应力，kPa;—沥青与填料的粘结力，kPa;—沥青混合料摩擦角，度。

2.2 公路路面病害治理措施

2.2.1 路面裂缝处治

目前针对公路路面裂缝处治主要有开槽灌缝法、填缝法等技术。开槽灌缝技术应用最为广泛，它是利用开槽机沿着原裂缝凿出宽1.2 cm～1.5 cm、深1.5 cm～1.8 cm槽，并使用灌封机把加热后的灌缝材料压入裂缝，作业效率高、使用寿命长，但前期设备费用和施工成本偏高。填缝技术通常用于裂缝宽度小于3 mm的非工作缝处治[6]。此外，修补材料选择是影响裂缝养护成效关键环节之一，修补材料应具有良好的粘弹性、抗裂性、低温稳定性等特点，不得直接采用热沥青混合料，热沥青难以渗入面层，大多残留在路表效果不佳。

2.2.2 路面车辙处治

近年来，针对沥青路面车辙处治主要有微表处、现场热再生等方法。微表处技术是以改性乳化沥青为粘接料的，在现场冷拌施工，其适用范围广、工程造价低，对环境污染较小，并能改善沥青路面的承载能力。现场热再生技术是通过对原路面加热重熔、回收旧沥青混合料，加入再生剂重新搅拌、摊铺、碾压，形成新的路面结构层。现场热再生技术对于实现道路可持续发展及节能环保具有十分重要的意义，但该方法是完全依赖再生剂性能，不掺入新沥青或集料，无法调整沥青混合料级配，对提高路面性能作用不大。

3 结语

本文详细分析了公路路基路面常见的病害形式、发生机理及相应的处治措施，主要得到了以下几个方面的结论：（1）公路路基常见问题包括路基边坡设计不合理、路基排水不畅、路基沉降过大等，可通过确定合理的边坡形式坡度、布置完善的排水系统、铺土工格栅、采用轻质填料等方法来提高路基建设质量。（2）公路路面常见病害有局部破损、裂缝、坑槽、车辙等，各种病害形式随机组合，相互作用，形成复杂路面病害体系;（3）公路路面常见病害有裂缝、车辙等，设计人员应在清楚病害机理前提下选择开槽灌缝法、填缝法、微表处、现场热再生等方法处治。

参考文献：

[1]黄开正.高速公路路基路面早期病害检测及处治[J].中华建设，2019（12）：120-121.

[2]霍立军.公路路基路面病害处治[J].交通世界，2017（22）：42-43.

[3]韦世贵.浅谈钦防高速公路路基路面病害及处治方案[J].西部交通科技，2016（3）：12-14+34.

[4]何铭，张捡.高速公路路基路面病害处治措施的研究[J].广东建材，2011，27（5）：138-140.

[5]黄睿.高速公路路基路面早期病害检测及处治技术研究[D].长安大学，2010.

[6]周立荣，向波，周德培.重庆上界高速公路路基路面病害分析及处治[J].路基工程，2006（5）：143-144.