小议高速路维护工程中的水损害处治

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摘要:水损害是沥青路面的一种主要病害形式,如何防止水损坏是公路建设者所关心的一个重点。文中通过江西昌樟(南昌—樟树)高速公路养护维修工程的实践,阐述了昌樟高速公路水损害调查情况以及处治方法设计。

关键词:公路;沥青路面;水损害

江西省昌樟(南昌—樟树)高速公路自1997年底通车后,因行车荷载作用、外界环境影响及设计、施工中存在的不足,尤其是水对路面结构的作用,沥青路面逐步出现多种病害,如裂缝、唧浆、松散、龟裂、坑洞、拥包推移及路面下陷等。路面一旦出现病害,如不及时采取有效措施进行处治,不仅会降低道路的使用性能,影响行车安全、舒适、快捷和畅通,且可能导致路面进一步破坏。因此,路面的维修养护是已建成高速公路目前所面临的最主要问题。

1昌樟高速公路概况

昌樟高速公路是交通部和江西“九五”规划的交通重点建设项目,属北京至福州和上海至瑞丽的国道主干线公路的交织段,起点在南昌市新建县省庄,与昌九(南昌—九江)高速公路相连,止于昌傅,全长103.3km。自1997年底建成通车后,经过多年的满负荷运营,沥青路面损坏(主要是由水损坏引起),路用性能呈逐年恶化之势,因此,对昌樟路进行全线的养护维修已经势在必行,而面对由于水所引起的各种病害,展开对昌樟路水损害的讨论及研究很有必要。

2路况调查

选择比较典型的K55+500～K57+500路段进行了仔细调查。调查内容包括沥青路面表观损坏情况、开挖(修补)处路面结构情况、中央分隔带开挖情况和集水井内状况。

2.1沥青路面表观损坏情况

通过调查发现,沥青路面损坏比较严重,主要表现为横向裂缝、纵向裂缝、唧浆、龟裂、坑洞、拥包推移及路面下陷等现象(见图1.图2)。

图1路面横向裂缝

图2硬路肩纵向裂缝

2.2开挖(修补)处路面结构情况

对已开挖修补路段的调查发现,路面结构中的水无法排出,碎石垫层与土基相互混合,形成了泥结碎石,已经基本失去了排水功能(见图3、图4)。

图3K55+600路面结构中的积水

图4路面结构中的积水

2.3中央分隔带开挖情况

经过对中央分隔带开挖情况的调查,发现当开挖至70～80cm时开始有水渗出。

2.4集水井内状况

通过对中央分隔带中所设置的集水井的观察,发现集水井中积水非常多,其中K56+570处集水井中水位距路面标高约为50cm。

3水损害原因分析

3.1大交通量和超载车辆的影响

发生水损害的路段无一不是在交通量非常大和超载严重的路段上。超重交通使路面承受的荷载远远超过设计要求,降低了路面使用性能,同时使路面结构内部的水或水气产生较大的作用力,对路面结构进行冲刷和剥蚀。研究表明,孔隙水压力随轮胎接地压力的增大而增大,尤其是上面层与中面层之间的孔隙水压力受荷载影响显著。超载是造成高孔隙水压力,导致沥青路面损坏的重要原因之一。

3.2中央分隔带存水

由于没有采用一定的排水设施,且中央分隔带中的填土凹凸不平,降水在中央分隔带中无法向两侧的路面汇流,雨水必然从中央分隔带渗入并滞留在路面结构中而造成水损害。从现场开挖的情况来看,中央分隔带中的积水标高基本上位于级配碎石层处,开挖3h左右,坑中的积水深度大约10cm,并与中央分隔带检查井的水面标高基本一致。该路面结构的未筛分碎石与中央分隔带是连通的,因此汇集于中央分隔带中的水分必然渗入路面结构的未筛分碎石底基层中,且采用的槽式断面使水分无法横向排除,长期积存于路面结构中,在行车荷载作用下,必然导致路面出现水损害。

3.3环境条件的影响

水损害主要发生在连续降雨的季节,连续降雨造成路面结构中积存大量水分,在重载、超载交通作用下,导致路面结构出现水损坏。另外,对一些特殊路段(如互通道路),未根据地质、地貌、水文状态严格按照公路路基排水设计要求设计,全线的排水沟、管道、桥涵未构成完整的排水系统,地下水和部分地表径流水危害路基、路面强度和稳定性。部分路面标高设计偏低,未进行特殊处理,导致路基处于潮湿和过潮湿状态,在行车荷载作用下,产生水损坏。

3.4排水设计不完善

该公路设计过程中,存在路基排水系统不畅通、路面结构层内排水设计欠缺、中央分隔带排水设计不完备等问题和不足,使水损害的根源得不到治理。另外,该路的整个路面结构采用的是一种槽式断面,土路肩采用透水性很小的土进行回填,导致路面结构中的未筛分碎石底基层排水不畅。从开挖的现场来看,由于路面结构中的水无法排出,在行车荷载和水分的综合作用下,碎石垫层与土基相互混合,形成了泥结碎石,导致该结构层的水稳定性降低。该层在水分作用下(水分来源主要是中央分隔带长时间汇集的水),强度下降,使路面结构的总体刚度降低,导致路面的破坏。

4处治方案设计

4.1中央分隔带水的排除

对于中央分隔带中的水,可采取在中央分隔带内设置纵向管式(带孔的HDPE管)渗沟将水汇集,渗沟两侧及沟底设置土工织物之类的隔离层,将渗沟中的水尽量汇集到中央分隔带的检查井中。同时可每隔30m设置一个渗井,采用顶管的方式埋置横向排水管,将渗井中的水排出路基以外。

4.2路面结构中水的排除

对于路面结构内部的水,由于采用了槽式断面,水汇集于硬路肩与行车道的边缘附近,进行开挖修补时,可在硬路肩开挖的位置设置横向渗沟。而对于未开挖修补处的路面结构中的水,仍可考虑采用顶管施工法,顶进位置位于级配碎石垫层与路基连接处,顶进深度在硬路肩与行车道之间,然后设置横向排水管道,将路面结构中的水排出路基外。

4.3集水井中水的排除

考虑到集水井中的水较多,若在开槽后再敷设管道,会影响公路的正常运营,而且施工难度较大,工程量也较大,因此采用顶管施工法施工。顶管施工法无需隔断交通,而且噪音以及振动都很小,对周围环境的影响较小。顶管时,可采用钻机预先钻孔,然后将管子插进去,也可采用边挖土边顶入的施工工艺,顶入的管子周围应包裹透水土工布。

4.4挖方路段地下水位的降低

对于挖方路段两侧边沟的处理,采用加深边沟和在边沟下设置渗沟的方法来降低地下水位。

5结论

综上所述,由于昌樟高速公路水损害情况非常严重,故本次水损害处治设计从多个方面对水进行排除。调查结果发现,大部分路段由于纵、横向管道已经贯通,整个路面结构中的积水通过纵向管道汇集,再通过横向管道排出了路界外,排水效果比较明显。而其它路段因为暂时还没全部贯通,还未完全体现出排水效果,因此还有待继续观察。对已加深边沟的调查发现,还有很大一部分的排水效果不太好,究其原因可能是施工过程中边沟的开挖深度控制不到位,应尽早查出原因并进行整改。但从总体来说,针对昌樟高速公路水损害所采取的处治措施的排水效果比较显著,其处治方法不仅为下一步的罩面工作打下了良好基础,同时也为国内同类型高速公路水损害处治提供了参考依据。

参考文献:

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防

[M]北京:人民交通出版社,2001.

[2]JTGH12-2003,公路养护技术规范[S].

[3]JTJ018-97,公路排水设计规范[S]