科技论文：公路基病害成因分析及防治措施

公路路基病害成因分析及防治措施［摘要］公路工程是交通工程的骨干工程，是公路网不断延伸和持续扩展的基础。在公路工程建设中复杂的地理条件和地质悄况会产生对公路工程的施工与后期使用的影响，直接或间接地导致各类公路工程问题的发生。公路路基的稳定性和强度对公路的使用寿命有决定性影响，因此路基病害是工程建设中应高度重视和积极治理的重要问题。本文对于公路路基产生的病害的原因做了分析，并提出了有效地防范策略。［关键词］公路工程；路基；病害；成因；措施［中图分类号］［文献标识码］A［文章编号］0引言在经济发展的大背景下，我国的交通运输业在不断地进步，公路工程的技术要求也越来越尚，同时大型超重超载车辆的逐步增加也对公路等级及公路质量需求也更为迫切，这也就对公路的路基的稳定性和强度有了更加严格要求，因为公路路基是公路的承重主体它是路面的基础，还承受着土体本身的口重和路面结构的重力及由路面传递下来的行车荷载。路面在承受各种反复荷载及自然因素的作用下，使地基的土质结构发生着不同程度的变化，从而导致一系列的路基病害的发生，例如路基的失稳沉陷、边坡的滑塌、碎落和崩塌、路基的变形等严重影响着人们的出行舒适性和生命安全，因此，加强刈•公路工程路基路面病害问题的研究，具有非常重大的现实意义。路基病害产生的原因也是多种多样的，其中最主要影响的来自两方面：一是自然因素和地质条件，例如不同地区湿度和温度影响；二是人为因素，涉及工程设计、施工以及公路后期的养护和管理等方而，例如工程设计不能严格按照地区资料设计，施工过程中监控不严，施工和养护中对于路基路面的排水处理不当等。当然，把路基的病害彻底杜绝和治理，这是不现实的，只能尽量找出病害原因，采取切实可行的措施，将路基病害产生的可能性降到最低，从而为我国的公路事业的发展提供有利条件，下面介绍公路路基病害成因分析及防治措施。1路基的病害类型1」路基的失稳、沉陷在公路使用过程中，路基表面有时会在垂直方向产生较大的沉落，即路基沉陷（如图1-la）所示）。路基的沉陷有两种情况，一是路基本身的压缩沉降；二是由于路基下部天然地 面承载能力不足，在路基口重的作用下引起沉陷或向两侧挤出而造成的下沉。在路基填料选择不当、填筑方法不合理、在路基堤身内部形成过湿的夹层等情况情况下，外加荷载和水温综合作用之下，易产生路基沉缩，（如图l・lb））。地基的沉陷因原天然地面有软土，泥沼或不密实的松土存在，承载力低，路基修筑前未经处理，在路基自重作用下，地基发生下沉或向两侧挤出的现象，（如图1-lc））o(d图bl路基沉陷“）路基沉陷；b）路棊沉缩；C）路基沉陷在较陡的山坡填筑路基，若路基底部被水浸湿，形成滑动面，坡脚乂未进行必要的支撑,在路基自重和行车荷载作用下，整个路基沿倾斜的原地面向下滑动，路基整体失去稳定。1.2边坡滑塌路基边坡滑塌是最常见的路基病害，根据边坡土质类别、破坏原因和规模的不同，可分为溜方和滑坡两种情况。溜方是rh丁•少量土体沿土质边坡向卞移动所形成的，通常是指边坡上表面薄层土体下溜，（如图l-2a）＞b））；滑坡是一部分土体在重力作用下沿某一滑动面滑b)图1-2路基的边坡破坏动，这主要是由于土体的稳定性不足所引起的，（如图1-2c））oPMa）＞b）溜方；c）滑坡1・3路基的变形由于在施工过程中，对于路基密实度把控不严以及填土材料压缩系数相对过大或使用高塑性直属的黏土等原因，导致高填、深填及半填半挖的路基在正常营运之后，局部路基或多或少的出现不同程度的下沉问题。使路基路面出现变形、开裂甚至下陷，这在一定程度上影响着人们的行车舒适性和生命、财产安全。2病害成因分析2.1施工质量把控不严对路基的影响 公路的总体设计对一个公路建设项目设计的合理性与经济性、总体布局有着决定性的导向作用。而在道路的施工过程屮，施工单位为了赶工期、抢进度，对道路的总体设计视而不见，施工、监理不严格，不能很好的把握设计资料，严格按设计资料来进行工程施工，例如有时为了保障总体设计合理性和经济性，一味的追求路线的线型设计，而忽视施工地区的地质资料、水文、气候等条件的限制，盲目的进行路基前期处理，选择路基填土类型，外加施工工序不接连、工艺不合理、施工不规范，导致工程质量无法保证，从而使公路工程的抗灾害能力和使用功能减弱，容易诱发地质灾害等工程隐患。又如在《公路路基路面设计规范》中要求在斜坡进行填筑路基时，必须先廿挖台阶、碾压基底后再进行分层填筑碾压路基，但是在某些山区斜坡路基填筑工程中，施工单位为了方便通常都是在斜坡上直接堆填路基，从而埋下工程隐患，随着时间的推移，雨季來临时，出现路基滑坍等情况。也有些施工部门的监理体系不完善，监理制度责任不分明；有些工程监理责任心差、素质低，不能很好的落实工程质量保证体系。2.2水对路基稳固性的的影响2.2.1施工时期水对路基的影响在施工期间，保持地基填土含水量稳定是非常重要的，尤其是在多雨潮湿的地区，对于路基填土类型的选择也是非常严谨的，如若采用过湿土填筑路基，碾压也难以达到路基要求的密度，将会对公路的路基路面的稳定和强度产生直接的影响，而且对路基压实度的规范要求难以满足。所以在施工时为确保路基路面在运营过程中的强度和稳定性，对公路的设计与施工规范要求的满足，施工时必须对过湿土路基底层进行有效的综合处理。在地下水位高，填土又低的路段，大部分路堤、路槽底至地下水位的高度不能满足使地基保持屮湿状态的领结高度要求时，路基建成后，毛细水容易上升至路基工作区，在行车荷载作用下，容易产生液化、沉陷变形，导致路面开裂、翻浆冒泥、断块等病害⑵。2.2.2营运时期排水失效对路基的影响道路的排水分为地面排水和地下排水，排水不合理对路面的行车安全、路面的稳定性、路面质量及平整度等有一定的影响，而II对路基有着更严重的破坏，例如造成路基失陷、滑坡、冻胀、变形等现象，如若使地基在水中长期浸泡，就会使地基内部的土体出现软化，从而发生翻浆塌落现象，除此之外可能还会出现路基失陷、滑坡、冻胀、变形等现象，进而使路基土层的土质湿度、受力情况发生改变，路基的稳定性彻底破坏。 积水会使土壤屮的矿物颗粒持续保持运动状态，这也就意味着土壤的内层结构排列在不断的进行更新，造成土壤的粘结强度削弱，地基内部的土壤连接作用变弱，路基的负载能力降低；在积水和地下水的双重作用之下，地下水的渗透压力增大，土层的含水量达到饱和,土壤的抗剪强度降低，路基的稳泄性也会受到一足的影响；随着季节的交替变化，地基内部的水分出现冻结和融化的交替变化，使得地基内部土壤变得湿润和软化，在地下水的共同作用下，致使路基深层出现胀浆，从而导致路基稳定性的下降。2.3公路养护不当对路基的影响公路的养护是公路运营的一项重要工作，对于公路的维护、管理措施不当和不及时等都会造成公路的损坏，对公路路基也会产生影响，减少公路的使用寿命，例如，如果公路在运营期间，不能及时清理排水沟中的杂物，致使公路的截水沟、边沟等排水设施发牛堵塞；不能及时修复路基填土构造物发生的损坏及不能及时对松动的边坡进行加固，使其松动，变形等都会造成路基的损坏和变形，使路基的强度和稳定性降低。3路基病害的防治措施3」边坡的防护与加固路基边坡防护是为保护坡而免受雨水冲刷，减缓温差及温度变化的影响，防止和延缓由于软弱岩土表面的风化、破裂、剥蚀导致的路基边坡失稳的发生。公路边坡的防护措施在一定程度上可以兼顾路基美化和口然环境相协调。常见的公路的边坡防护与加固分为植物防护和工程防护。植物防护可以美化路容，协调环境，调节边坡上土的湿度与温度，起到固结和稳定边坡的作用。它对于坡高不大、边坡比较平缓的土质破面是一种简易有效的防护设施，其方法就是将草、草皮、树等植物种植在边坡上，来改变径表流水的方向，以及在一定程度上减缓流水的速度，缓解流水对于边坡的冲刷。这种防护方法施工简便，成本不高，是边坡防护的首选方法。工程防护主要是当不宜使用植物防护和考虑就地取材时的土质破面，易分化、不平整的石质破面，常采用砂石、水泥、石灰等矿质材料等形式进行的破而防护，它主要有砂浆抹面、勾缝、喷涂以及石砌护坡或护面墙等形式，这些形式又都有各口的适用条件。3.2路基填土的合理选择世界各国公路用土的分类方法虽然不尽相同，但是分类的依据则大致相近。我国公路用土依据土的颗粒组成特征，土的塑性指标和土屮有机质存在的情况，分为巨粒土、粗粒土、 细粒土和特殊土四类，进一步细分为11种土，如图3-1所示图3・1土分类总体系巨粒土有很高的强度和稳定性，用以填筑路基是良好的材料，亦对用于砌筑边坡；级配良好的砾石混合料，密实程度好，强度和稳定性均能满足耍求，除了填筑路基之外，可以用于铺筑中级路面，经适当处理后，可以铺筑高级路面的基层、底基层；砂土无塑性，透水性强，毛细上升高度小，具有较大的内摩擦系数，强度和水稳定性均好，经充分压实的砂土路基，压缩变形小；砂性土是理想的路基填筑材料，遇水不黏着，不膨胀，雨天不泥泞，晴天不扬尘，便于施工。粉性土属于不良的公路用土，干吋虽有黏性，但易于破碎，浸水吋容易成为流动状态。毛细作用强烈，毛细上升高度大（可达1.5m）,在季节性冰冻地区容易造成冻胀、翻浆等病害；黏性土的内摩擦系数小而黏聚力大，透水性小而吸水能力强，毛细现象显著，有较大的可塑性，干燥时较坚硬，施工时不易破碎，浸湿后能长期保持水分，不易挥发，因而承载能力小。总之，土作为路基建筑材料，砂性土最优，黏性土次之，粉性土屈于不良材料，最容易引起路基病害。此外，还有一些特殊土类，如有特殊结构的土（黄土）、含有机质的土（腐殖土）以及含易溶盐的土（盐渍土）等，用以填筑路基时必须采取相应技术措施。3.3加强路基路面的排水防护路基路面的强度与稳定性与水的关系十分密切。水也是路基病害形成的主要因素之一, 因此路基路面设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面的排水工程，考虑施工环境和水文状况，进行排水设计优化。路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，为免水通过路面接缝、裂缝或路肩渗入路面，对路基稳定性和强度产生影响。常见的路面排水方式有路面表面排水、屮央分隔带排水、边缘排水系统、排水基层的排水系统等。例如边缘排水系统就是沿路面边缘设置的透水性材料集水沟、纵向排水沟、横向出水管和过滤织物等；基层排水系是在面层下设置透水性排水基层，在其边缘设置纵向集水沟和排水管以及横向出水管道等,组成排水基层排水系统，采用透水性材料做基层，使渗入路面机构内的水分，先通过竖向渗流进入排水层，然后横向渗流进入纵向集水和排水管,再由横向积水管排引出路基。图3-2挖方路段截水沟示意图1■截水沟;2■土台;3■边沟路基排水的任务，就是将路基范圉内的土基湿度降到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具冇足够的强度与稳定性。在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧设置边沟，使其多与路屮线平行，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水；在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点设置截水沟（如图3-2所示）,用以拦截并排除路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷；当受多段沟渠或水道影响的路段可以设置排水沟或改移渠道，以调节水流，整治水道（如图3-3所示），将路基范围内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近的积水），引至桥涵或路基范围以外的指定地点。 在受地下水影响的路段应设置暗沟、渗沟和检查井等地下排水设施。暗沟是相对于明沟而言的，分层填以大小的不同的颗粒材料，利用渗水材料透水性经地下水汇集于沟内并沿沟排泄至指定地点；渗沟是采用渗透方式将地下水汇集于沟内，并通过沟底通道将水排至指定地点，它可以降低地下水位或拦截地下水，渗沟有三种结构形式（如图3・4所示）。457图3・4渗沟结构图式（单位：cm）a）口沟式；b）渗洞；c）渗水隧洞1■黏土夯实;2•双层反铺草皮;3•粗砂;4■石屑;5•碎石;6-浆砌片石沟洞；7■预制混凝土管在地下存在多层含水层的路段，通常设置渗井（如图3-5所示），它是一种立式排水设备，可以穿过不透水层，将路基范围内的上层地下水，引入更深的含水层中去，以降低上层的地下水位或全部予以排除，从而保证路基的稳定性与强度。图3・5渗井结构与布置图例3.4软土地基的加固 对软土地基的适当加固处理，可以增加其稳定性、减少沉降量或加速沉降。通过加载预压、竖向排水（砂井或塑料排水板排水）和挤实砂桩等方法进行加速固结沉降，有助于促进软土层强度的增长。采用挤实砂桩、石灰桩、换填好土等方法来减少总沉降量，增强地基的强度和稳定性。例如换填法，可分为开挖和强制挤出，两种施工方法。开挖换填是将路堤全宽范围内的软土层挖除,并置换成排水性能好，处于地下水位一下仍能保持足够承载力的砂、砂砾及其他粗粒料；强制挤出是利用路基填土重力将软土从路堤下挤出或用炸药装入软土层内，通过爆破将软土从路堤下挤出。在渗透性小而厚的软土层，需要在软土层内引入竖向排水单元，即竖向排水井，从而缩短排水距离，加速固结排水，提高路基的承载力。4结语长期以来，公路路基路面的病害一直是影响道路建设的重耍因素，为了更好的防范此类病害发生，我们针对路基失稳、沉陷、变形以及边坡滑塌三种病害进行了成因分析。分析显示主要由施工质量把控不严对路基的影响、水对路基稳固性的的影响以及公路养护不当对路基的影响三种原因，而水对路基稳固性的的影响则有施工时期水对路基的影响、营运时期排水失效对路基的彫响两种。因此在防治病害的措施上我们采用了边坡的防护与加固、路基填土的合理选择、加强路基路面的排水防护和软土地基的加固四种解决方法。随着交通运输业的不断地进步，公路中路基路面病害不仅严重影响公路的质量，还会危害人民群众的生命财产安全，为国家带来的经济损失，因此实际施工过程屮应做好路基路面施工的质量控制，做好病害的预防与治理工作，使我国公路建设的明天更美好。 参考文献［1］中朝军，刘丽.路基病害的产生原因及防治措施卩］.赤峰学院学报(自然科学版)，2009,64(2):139-141.⑵唐向冲.浅析路基土的水温状况及工程性质［J］.民营科技,2012,12(6):238-240.［3］孟宪宝.路基土的分类及工程性质［J］.民营科技,2012,12(4):185—187.⑷彭越.云南高等级公路路基路面排水研究［D］.重庆：重庆交通大学,2013.⑸张丽冰.基于弹塑性有限元方法的陡坡高路堤稳定性分析及优化设计［D］.四川：西南交通大学,2009.［6］陶確华.公路路基路面施工技术研究［J］.黑龙江交通科技72010,41(8):52-53.⑺韩柳.六盘山地区公路综合排水系统研究［D］.沈阳：东北大学,2007.