公路路基路面病害成因及处治措施

邓超

摘要 为了提升公路工程管养水平，文章总结了公路路基路面的病害检测技术，从路基沉陷、边坡滑塌、排水设施冲毁成因、桥头跳车等方面分析了路基的病害成因及治理措施，从沥青路面裂缝、车辙、水泥路面的错台和断板等方面分析了路面的病害成因及治理措施。

关键词 公路；路基路面；病害检测；病害成因；处治措施

中图分类号 U418文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0138-03

0 引言

随着我国经济的快速发展，公路工程作为重要的基础交通设施，其建设里程逐年增加，对建设质量的要求也越来越高。公路在运营期间，路基路面会受到车辆荷载的反复作用，从而出现路基沉陷、边坡滑塌、沥青路面裂缝、车辙等病害，影响行车安全性和舒适度，严重地会造成交通安全事故。如果对路基路面病害处治不当，病害可能进一步恶化。然而，大多数公路管养人员在处理路基路面病害时，盲目套用其他项目的图纸，对病害机理了解不够深入，使得处治方案适用性差[1]。因此，探究公路路基路面病害成因和处治措施具有重要的工程意义。

1 公路路基路面病害检测

在分析公路路基路面病害成因之前，要先对路基路面病害进行检测。只有病害检测结果准确，才能有针对性地选择处治措施[2]。

1.1 路面病害检测

根据《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018），公路路面的病害检测内容涉及弯沉、平整度、摩擦系数、破损状况、裂缝等，具体检测方法的总结见表1。

1.2 路基病害检测

探地雷达技术作为一种新型路基病害检测技术，开始在越来越多的项目中应用。由电磁波传播理论可知，探地雷达配置的发射天线发出的电磁波能穿过层状介质，并在不同介质交界处会产生波的折射与反射。反射波会被接收天线接收，折射波会继续向下层岩土介质中传播。影响探地雷达检测效果的关键因素是电导率和介电常数，电导率越高，介电常数越大，探地雷达穿透深度越低。路基病害检测结束后，要对检测数据进行处理，其流程如下：导出检测数据→文件预处理→数据处理（滤波、偏移、变换等）→图像编辑→输出处理结果。

2 路基病害成因及处治措施

2.1 路基病害成因

2.1.1 路基沉陷成因

公路路基沉陷是指路基在纵向产生大面积不均匀沉降，使得局部路段破坏，造成沥青路面网裂、坑槽、破损等，严重的会导致交通中断。路基沉陷的原因包括：①局部路段路堤填料的CBR、最大粒径等指标不满足要求或压实质量控制不当，导致路基在运营期间产生较大工后沉降；②对不良地质路段的勘测或调查不详细，选择的地基处理方法不当或处理深度不足；③路面结构层配合比设计不合理，透水性过大，使得雨水径流渗入路基内部[3]。

2.1.2 边坡滑塌成因

当公路边坡软弱结构面上的下滑力＞抗滑力，边坡就会出现滑塌破坏。以图1为例，岩体ABC是潜在滑坡体，边坡开挖后出现临空面。如果采取的加固措施不合理，滑体可能沿着BC面滑动。

导致公路边坡滑塌的因素有内部因素和外部因素。内在因素包括地质构造、地层岩性、边坡坡度和坡高、岩体强度等。外在因素包括降雨、地震、人工活动等。大量工程实践表明，90%以上的公路边坡滑塌病害都与地层岩性或降雨有关，故该文针对这两个原因展开分析。地层岩性直接影响边坡岩土体强度，从而影响边坡稳定性。边坡岩土体性能越差（比如板岩、千枚岩等软弱围岩），边坡安全系数越小。同时，在连续降雨条件下，雨水会通过边坡缝隙渗入到坡体内部，增加边坡岩土体重度（增加下滑力），减小其抗剪强度（减小抗滑力），从而减小边坡安全系数[4]。

图1 公路边坡滑塌破坏

2.1.3 排水设施冲毁成因

公路路基排水设施损毁一般出现在路基或桥涵跨越冲沟位置，一方面是因为排水设施的基底压实度不足，存在大量“虚土”，在雨水作用下被淘蚀，使得排水设施悬空或断裂；另一方面是因为排水沟、急流槽等排水设施的圬工砌筑质量差或砌筑厚度不满足设计文件要求，水流量大时容易被损毁。

2.1.4 桥头跳车成因

路基填料为粉质黏土、粉土、砂性土、碎石等，刚度较小，抗变形能力小，在车辆荷载反复作用下工后沉降大。而桥台建造是使用钢筋混凝土材料，刚度大，抗变形能力大，且在桥台基础下用桩基础加固，导致其工后沉降较小。公路经过多年运营，其路基和桥头间会产生较大的沉降差。

2.2 路基病害处治措施

2.2.1 路基沉陷处治

为了防止公路路基沉陷，路基填料的CBR、最大粒径等参数要满足《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）及设计文件的要求，并在路基压实时严格控制填料的含水量。当填料含水率小于最佳含水率，压实前可通过补水来增加填料含水率；反之，需对路基填料进行晾晒或掺入水泥、石灰等无机结合料。同时，要加强不良地质勘察，查明软弱土地基的分布范围及深度，准确测定土体的物理力學参数，为软土地基加固方案设计提供依据[5]。在选择地基处理方案时，对强夯、水泥搅拌桩、CFG桩、预应力混凝土管桩等方案进行技术和经济性比选。

2.2.2 边坡滑塌处治

公路边坡滑塌后，应及时清理路面落石，以免影响车辆通行，危害司乘人员的安全。如果边坡滑塌严重，应封闭交通。边坡滑塌处治方法应结合边坡破坏情况及岩土体条件选择，具体如下：①对于坡面浅层滑塌，可将坡面清理干净后，施工护面墙，防止雨水冲刷；②对于滑坡滑塌严重的路段，应进行刷方、减载，采用预应力锚（杆）索框架梁。预应力锚（杆）索的长度、间距、倾角等参数应结合边坡稳定性计算结果确定。边坡使用预应力锚（杆）索框架梁加固后安全系数仍不满足规范要求的，可用抗滑桩来加固边坡。

2.2.3 排水设施冲毁处治

公路路基排水设施冲毁处治首先要合理计算水文水力参数，随后要选择合理的排水设施。

根据《公路排水设计规范》（JTGT D33—2012），公路路基各种排水设施的设计径流量Q计算见式（1）：

（1）

式中，qp、t——平均降雨强度（mm/min）；——径流系数，具体取值见表2；F——汇流面积（km2）。

表2 径流系数参考值

计算区域 径流系数 计算区域 径流系数

沥青路面 0.95 粗粒土坡面 0.10～0.30

水泥路面 0.9 软质岩石坡面 0.50～0.75

细粒土坡面 0.40～0.65 硬岩石坡面 0.70～0.85

公路路基排水时最常用的构造物是边沟和急流槽。为了防止排水设施冲毁，边沟的排水长度不宜过长，并在出水口设置消能设施。在条件允许时，边沟尽量采用混凝土预制块铺砌，以提高其抗冲刷能力。此外，急流槽是用于沟通路基上、下线排水的，其水流速度快、冲刷力大，必须做好急流槽底部消能设施的安装。该文结合《公路排水设计手册》，计算了消力池、跌水、加粗槽身、消力坎等措施对水流能力的消减效果，见图2。

图2 不同底部消能措施的效果

图2计算结果表明：消力池对急流槽内水流的消能效果最好，可削减83%的冲刷能量。而加粗槽身对水流的消能效果最差，只削减了30%的冲刷能量，不建议该方案单独用于排水设施冲毁处治中。

2.2.4 桥头跳车处治

公路桥头跳车处理常用高压喷射注浆法，即利用高压设备将水泥浆液喷射到与桥台相接的路基土内部，浆液与土体发生化学反应，改善土体受力，提高土体强度和抗变形能力。根据流体力学理论，高压喷射的速度v和流量Q可按式（2）（3）计算：

（2）

Q=vF （3）

式中，φ——喷嘴流速系数；g——重力加速度，取9.81 m/s2；p——喷嘴压力（kPa）；γ——水的重度，取1 000 kN/m3；F——喷嘴出口面积（m2）。

3 路面病害成因及处治措施

3.1 路面病害成因

3.1.1 沥青路面裂缝病害

裂缝是公路沥青路面最常见的病害，不仅影响公路的美观性，还容易扩展，导致路面结构损毁。沥青路面裂缝有横向裂缝、纵向裂缝及不规则裂缝等形式。不同类型的裂缝成因如下：①横向裂缝与路基中心线垂直，大多是因为沥青混合料面层或半刚性基层内的拉应力超过材料的极限抗拉强度所致；②纵向裂缝走向与行车方向相同，且长度较长。路基填筑时压实度控制不均匀或沥青路面的纵向接缝处理不当，都会形成纵向裂缝；③不规则裂缝多呈“网格状”，长度较小，一般出现在行车道上，受车辆荷载（尤其是超载或重载车辆）的影响较大。

3.1.2 沥青路面车辙病害

公路沥青路面车辙是指路面在车辆荷载循环作用下所产生的凹凸变形，有结构性车辙、失稳性车辙、磨损型车辙等。无论哪种车辙，其变形都会经历压密→流动→骨架破坏3个阶段。大量工程实践表明，公路沥青路面车辙病害与温度和沥青混合料配合比密切相关。如果公路所在区域的夏季高温时间长，沥青路面更容易出现车辙。此外，沥青混合料在配合比设计时，如果油石比过大，会导致矿料级配嵌挤能力不足，在车辆荷载作用下也容易产生车辙。

3.1.3 水泥路面错台、断板病害

当水泥混凝土路面裂缝没能及时处理，裂缝进一步扩展容易导致路面断板。水泥混凝土路面的基层顶面受水流冲刷后，细集料流失，导致面板底部脱空，相邻面板在接缝两侧存在一定的高差而导致错台。

3.2 路面病害处治措施

3.2.1 沥青路面裂缝处治

对于横向裂缝或纵向裂縫，可采用开槽灌浆技术。开槽使用开槽机，槽宽1.5～2.0 cm、槽深2～3 cm，并用气枪将槽内灰尘清理干净。而密封胶应加热至设计温度后方可灌入槽内，灌注结束后至少冷却养护15 min再开放交通；对于不规则裂缝，一般使用稀浆封层技术处理。稀浆封层中的沥青宜选用改性乳化沥青，石料级配可与老沥青路面保持一致。

3.2.2 沥青路面车辙处治

公路沥青路面车辙病害可用厚1.5～2.5 cm的超薄磨耗层处理。超薄磨耗层的施工技术与稀浆封层技术相似，但需要在超薄磨耗层与旧沥青路面之间喷洒一层黏层油。由于车辙处“凹型”，需给摊铺机配“V形”摊铺槽，以保证摊铺厚度。

3.2.3 水泥路面错台、断板处治

水泥路面断板可采用植筋补强+灌缝的处理方案，见图3。在实际施工时，需注意钢筋的打入角度和长度，不可打穿混凝土面板。

图3 水泥路面断板处理示意

水泥路面错台应根据高差选择处理措施。当错台高差＜5 mm，对行车安全影响不大，可不处理；当错台高差在5～10 mm之间，可采用磨平机磨平；当错台高差＞10 mm时，可用水泥混凝土填补。

4 结语

该文主要分析了公路路基路面常见病害的原因及处治措施，研究成果表明：在分析公路路基路面病害成因及处治措施之前，需对病害进行精确检测。路基常见病害有沉陷、边坡滑塌、排水设施冲毁、桥头跳车等病害，沥青路面常见病害有横向裂缝、纵向裂缝、不规则裂缝、车辙等，水泥路面常见病害有错台、断板等。一旦发生上述病害，公路管养人员要及时查明原因，并有针对性地选择处治措施，希望该研究成果可为公路路基路面病害处理提供科学的理论指导。

参考文献

[1]吴英胜. 公路养护工程病害成因分析及对策[J]. 运输经理世界， 2021（30）： 145-147.

[2]高海燕. 路基路面病害成因分析及整治措施研究[J]. 工程技术研究， 2021（13）： 135-136.

[3]李莉. 高速公路路基路面常见病害预防与维修加固技术[J]. 科学技术创新， 2021（10）： 126-127.

[4]靳青. 西北地区公路水毁成因及防治措施浅析[J]. 公路， 2014（12）： 222-225.

[5]郑晶. 高速公路路基路面早期病害治理措施[J]. 交通标准化， 2013（12）： 31-33.