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高速公路病害成因的研究與防治

時(shí)間 : 2023年2月15日分類(lèi) :工程百科

河北省高速公路截至2003年通車(chē)?yán)锍桃堰_(dá)1500余km，基本構(gòu)成了我省大的公路網(wǎng)架，成為我省遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)闹黧w，在促進(jìn)我省經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面發(fā)揮了巨大作用。然而，較早完工投入運(yùn)行的京石、京津塘、石太、石安高速公路在通車(chē)六年后，雖然基本上保持了高速公路的特征。但是近二、三年也出現(xiàn)了一些程度不同的病害，主要有：①跨經(jīng)16m以下空心板小橋（通道）出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象，危及橋梁安全；②橋頭搭板脫空后造成斷裂，形成路面破壞；③橋梁伸縮縫損壞；④橋面大面積出現(xiàn)多個(gè)坑槽；⑤橋頭沉降；⑥路面裂縫唧漿，路面破損；⑦路面出現(xiàn)嚴(yán)重車(chē)轍、泛油；⑧路面龜裂與縱向開(kāi)裂等。經(jīng)筆者多年對(duì)這些病害進(jìn)行的觀察、實(shí)地挖驗(yàn)、檢驗(yàn)、采樣分析，認(rèn)為雖然每條路出現(xiàn)病害的原因多種多樣，但分析歸納主要有：設(shè)計(jì)；施工質(zhì)量；道路使用與管理；養(yǎng)護(hù)以及其他一些方面。

一、高速公路病害成因扼述

1、設(shè)計(jì)方面：通過(guò)對(duì)高速公路病害的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)有很多病害與設(shè)計(jì)有關(guān)。如在路面其他結(jié)構(gòu)相同的情況下，底基層用灰土的段落，橫向裂縫平均距離10m左右，且部分裂縫有唧漿現(xiàn)象，造成路面破損；而用二灰砂、二灰碎石做底基層的段落，橫向裂縫平均在70m左右，且沒(méi)有唧漿現(xiàn)象?？梢?jiàn)路面各層的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。近年來(lái)我們發(fā)現(xiàn)，16m以下空心板出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象，橋面出現(xiàn)大面積坑槽等病害，不但在早期完工的高速公路上普通出現(xiàn)，而且在近期完工的高速公路上也屢見(jiàn)不鮮。普遍問(wèn)題必然偶于個(gè)物之中，必然有共性的東西存在。檢查單板受力現(xiàn)象的橋梁外觀，從橋下觀察大型車(chē)碾壓梁板，發(fā)現(xiàn)受力梁板與其他鄰板下沉達(dá)5cm左右，鑿開(kāi)路面、橋面的混凝土，又發(fā)現(xiàn)橋面砼鋪裝厚度8-10cm，使用的是20cm×20cm直徑為φ8的普通鋼筋，此設(shè)計(jì)沒(méi)有過(guò)多關(guān)注高速公路渠道化運(yùn)行的特征和超重車(chē)輛的碾壓。經(jīng)設(shè)計(jì)單位對(duì)有單板受力現(xiàn)象的橋梁進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對(duì)原有橋面的砼進(jìn)行徹底清除，包括絞縫鋼筋采用φ16mm螺紋鋼，橋面砼的厚度10cm以?xún)?nèi)用一層，14cm以?xún)?nèi)用二層，橋面砼采用35#鋼纖維場(chǎng)拌砼。石安高速公路從2002年維10月開(kāi)始按此設(shè)計(jì)進(jìn)行維修，目前已完成40座，尚未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題?？磥?lái)。用設(shè)計(jì)的方法來(lái)解決未來(lái)可能出現(xiàn)的問(wèn)題是最科學(xué)、最快速、最經(jīng)濟(jì)、最安全的方法。

設(shè)計(jì)不但要考慮通過(guò)科學(xué)驗(yàn)算，同時(shí)必須考慮我國(guó)當(dāng)前的施工水平、設(shè)備材料質(zhì)量狀況及社會(huì)實(shí)際使用狀況，不能把這些因素的設(shè)定過(guò)于理想化。一項(xiàng)設(shè)計(jì)雖然可能能夠通過(guò)理論驗(yàn)算，但如果給的余地范圍過(guò)窄，施工技術(shù)要求過(guò)高，多數(shù)施工單位做不到，則會(huì)出現(xiàn)大面積的質(zhì)量問(wèn)題。如石安高速公路開(kāi)通不久，除個(gè)別施工段行車(chē)道泛油較輕外，80%路段行車(chē)道出現(xiàn)了泛油現(xiàn)象。因此，我們必須重視設(shè)計(jì)工作，使之與施工水平、設(shè)備材料及今后使用狀況相呼應(yīng)、相匹配。

最近我們挖開(kāi)一段路面，發(fā)現(xiàn)瀝青路面下邊的水泥碎石層上面有積水，如果水泥碎石層有裂縫就會(huì)順縫隙進(jìn)入底基層，如果底基層是石灰土，表面會(huì)很快形成灰土漿，如果瀝青層、水泥碎石層的裂縫基本在一條線上，就會(huì)出現(xiàn)泵壓上涌，灰土漿液會(huì)不斷擠進(jìn)瀝青層，破壞瀝青砼顆粒之間的粘結(jié)力，使路面損壞。按目前的設(shè)計(jì)思路是瀝青面層分4cm、5cm、6cm三層，面層抗滑，中層防水，三層承重，但從上述情況可以看出水并沒(méi)有防住。2002年石安高速公路沿線遭遇高溫，大氣溫度為43℃，路面溫度達(dá)69℃，影響深度至中面層。由于該層是密級(jí)配90#瀝青，軟化點(diǎn)為42~52℃，在連續(xù)高溫情況下，瀝青軟化體積膨脹，在重車(chē)作用下出現(xiàn)泛油，向外壓擁，形成車(chē)轍，使預(yù)期目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。即使在正常情況下，夏季氣溫也在38~40℃左右，地表溫度在50℃以上，高于90#瀝青軟化點(diǎn)，上述問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)。因此，我們必須通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)改變存在的問(wèn)題，重新確定面層設(shè)計(jì)思想。應(yīng)根據(jù)我國(guó)國(guó)情和發(fā)展趨勢(shì)，考慮自然因素的影響，與時(shí)俱進(jìn)，不斷采用新的材料和技術(shù)，盡量通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)防范將來(lái)可能發(fā)生的病害。

2、施工方面的因素。通過(guò)對(duì)高速公路病害的實(shí)際檢驗(yàn)、觀測(cè)、試驗(yàn)、分析，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)一部分病害與施工質(zhì)量有關(guān)。例如，石安高速公路一部分橋面的標(biāo)高控制的不好，再加上橋面水泥砼施工質(zhì)量差，形成橋面坑槽比較嚴(yán)重；在石安高速公路元氏段路面出現(xiàn)一孤立的唧漿路面破壞現(xiàn)象，對(duì)坑槽挖開(kāi)后，發(fā)現(xiàn)水泥碎石表面有一深15cm的坑凹，由于在施工中沒(méi)有按規(guī)定進(jìn)行處理（應(yīng)徹底將松散碎石鑿除，形成方正垂直坑槽，用水泥砼灌筑或周?chē)繛r青，用瀝青砼填筑壓實(shí)壓平，上述工作完成后再正式攤鋪瀝青砼），只簡(jiǎn)單地用瀝青砼去填筑，時(shí)隔六年后的今年，則因雨水偏大滲到坑內(nèi)，形成積水泥漿坑，在重車(chē)的碾壓下向上滲透，破壞了瀝青砼顆粒之間的粘結(jié)力，造成了路面破壞；在某高速公路連接線上，一座橋上搭接鋼鈑未焊接，絞縫中間未用水泥砼澆筑，結(jié)果過(guò)早出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象。此外，一般路面坑槽相當(dāng)一部分是路面瀝青砼料離析而致，有少部分橋墩根部沙土沖走后，發(fā)現(xiàn)露筋空洞，產(chǎn)生的原因就是破樁頭沒(méi)有破到位，沒(méi)有按規(guī)范接柱，這是非常危險(xiǎn)的。類(lèi)似上述問(wèn)題的實(shí)例很多，足見(jiàn)施工期間的任何質(zhì)量問(wèn)題，都可能在后期的使用中暴露出來(lái)，只是時(shí)間早晚而已。

施工中的質(zhì)量問(wèn)題還直接影響到運(yùn)營(yíng)期的養(yǎng)護(hù)成本。在一條高速公路上有兩座長(zhǎng)度基本相等、結(jié)構(gòu)一樣的特大橋，兩個(gè)施工單位的施工質(zhì)量相差甚遠(yuǎn)，一個(gè)開(kāi)通后就出現(xiàn)大面積泛油、坑槽，施工單位自費(fèi)進(jìn)行了整修，重鋪了路面，幾年后，由于橋面水泥砼未做處理，運(yùn)行中每年坑槽不斷，每年都需投資幾十萬(wàn)、上百萬(wàn)元維護(hù)，而且形象極差；而另一座橋梁卻沒(méi)有出現(xiàn)上述問(wèn)題。施工質(zhì)量問(wèn)題存在的原因有材料、設(shè)備方面的，而主要是管理方面的，因此，必須重視施工的質(zhì)量管理。否則，出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題不僅要增大養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、破壞道路形象，而且會(huì)嚴(yán)重影響道路的安全和壽命。

3、道路使用方面。目前，我省高速公路的使用有如下特點(diǎn)：①行車(chē)渠道化，大量的車(chē)死軋一條車(chē)道，使道路過(guò)度疲勞，尤其在高溫季節(jié)，一輛接一輛的車(chē)壓在路上，對(duì)公路的破壞力很大，特別是對(duì)四車(chē)道的高速公路危害更大。②交通量提高過(guò)快且貨車(chē)占的比重較大，占總車(chē)數(shù)的60%－70%。③超重車(chē)過(guò)多，占大型車(chē)輛的60%-70%，車(chē)輛載重遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)指標(biāo)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，超重車(chē)分三類(lèi)：第一類(lèi)是核定噸位為8t的單后軸普通化運(yùn)車(chē)，這類(lèi)車(chē)輛實(shí)際裝載25t以上，后軸軸載達(dá)到23.4t，超限13.4t；第二類(lèi)為核定噸位10-15t的雙聯(lián)軸一般重型汽車(chē)，而實(shí)際裝載40多t，后軸軸載達(dá)到了41.9t，軸載超限23.9t，車(chē)貨總重達(dá)50t以上，超限15t以上；第三類(lèi)為核定噸位20-40t的三聯(lián)軸大型運(yùn)輸車(chē)，實(shí)際裝載在60-80t，后軸軸載達(dá)到54t，軸載超限32t左右，車(chē)貨總重達(dá)80-100t，超限45t以上。以上這三類(lèi)車(chē)輛軸載質(zhì)量均超過(guò)現(xiàn)行國(guó)家《公路工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的公路和公路橋涵設(shè)計(jì)最大允許值1.5-3倍，對(duì)公路和公路橋涵有嚴(yán)重的破壞作用。輕者使路面出現(xiàn)車(chē)轍、擁包、沉陷、破損，使橋涵基礎(chǔ)深陷、梁板裂縫，重者會(huì)發(fā)生橋斷涵塌事故。

超載車(chē)加上渠道化運(yùn)行，是造成高速公路許多病害的重要原因，而這種趨勢(shì)還在發(fā)展，短期內(nèi)是很難解決的，因?yàn)檫@涉及到公安、交通、機(jī)械、運(yùn)輸?shù)戎T多部門(mén)的利益。只有加大治理超限力度，根據(jù)目前狀況改變收費(fèi)形式，按當(dāng)前實(shí)際情況設(shè)計(jì)道路結(jié)構(gòu)，才是解決問(wèn)題的辦法。

4、養(yǎng)護(hù)方面。高速公路的養(yǎng)護(hù)是一門(mén)新的科學(xué)，用傳統(tǒng)的觀念、方式來(lái)養(yǎng)護(hù)高速公路已遠(yuǎn)不能適應(yīng)需要了。因?yàn)?，目前在高速公路的養(yǎng)護(hù)中具備如下特點(diǎn)：①高速公路的行車(chē)密度大，車(chē)速快，一般大型車(chē)在70-90km/h，小型車(chē)為120-200km/h，34-56m/s，在此情況下進(jìn)行道路養(yǎng)護(hù)具有較大的危險(xiǎn)性；②高速公路的維修占用車(chē)道較長(zhǎng)，按規(guī)范要從維修點(diǎn)前一公里處進(jìn)行封閉，防止車(chē)輛闖入維修區(qū)，這樣過(guò)長(zhǎng)的封閉一個(gè)車(chē)道，尤其是四車(chē)道高速公路，會(huì)給行車(chē)速度帶來(lái)影響；③高速公路是收費(fèi)公路，一旦因病害而造成車(chē)損等問(wèn)題會(huì)遭遇許多麻煩。根據(jù)上述特點(diǎn)，要求對(duì)高速公路的道路病害要及時(shí)維修；維修要達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及道路維修要快。然而，目前在高速公路維修中恰恰存在很多不適應(yīng)的地方：一是缺少快速有效的維修設(shè)備；二是缺乏高水平的維修工人和技術(shù)干部；三是缺乏對(duì)道路常見(jiàn)病害治理的研究；四是維修質(zhì)量不理想，如對(duì)裂縫的處理還存在問(wèn)題；五是養(yǎng)護(hù)體制及費(fèi)用問(wèn)題制約養(yǎng)護(hù)工作，日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用偏少，沒(méi)有考慮道路的使用年限、車(chē)輛通行數(shù)量及設(shè)計(jì)施工狀況，專(zhuān)項(xiàng)工程審批周期過(guò)長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)單位沒(méi)有備用資金，對(duì)出現(xiàn)的病害不能及時(shí)進(jìn)行治理；六是養(yǎng)護(hù)缺乏預(yù)防性，沒(méi)有建立科學(xué)的預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)單位缺乏養(yǎng)護(hù)的主動(dòng)性。上述問(wèn)題應(yīng)引起各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視，逐條加以解決。

二、高速公路病害特點(diǎn)

1、高速公路病害產(chǎn)生比較普遍。橫向看同期完成的道路大都有同類(lèi)病害。如早期完工的京石、石安高速公路都不同程度地存在單板受力現(xiàn)象。后期完工的也相繼出現(xiàn)相同病害，如宣大、京秦等路，而且都有發(fā)展趨勢(shì)。

2、大部分病害與超限車(chē)輛有關(guān)。

3、病害的成因往往是多種因素的聚合作用，如車(chē)轍現(xiàn)象涉及高溫氣候、低標(biāo)號(hào)瀝青、施工質(zhì)量、超限車(chē)輛等諸多問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，由于我們?nèi)鄙賹?duì)病害成因的及時(shí)分析和及時(shí)提出預(yù)防措施而重蹈覆轍，使可以在設(shè)計(jì)、施工階段就能輕易解決的問(wèn)題遺留下來(lái)，給后來(lái)的養(yǎng)護(hù)工作帶來(lái)了很多麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須重視對(duì)高速公路病害成因的分析和研究，及時(shí)提出預(yù)防措施，做到能在設(shè)計(jì)階段解決的問(wèn)題不在施工階段去解決，能在施工階段解決的問(wèn)題不要留給養(yǎng)護(hù)階段。

1、要加強(qiáng)對(duì)道路病害產(chǎn)生原因的研究。各養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)及時(shí)對(duì)出現(xiàn)的病害進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析、查找原因，形成書(shū)面分析報(bào)告，報(bào)法人和省廳主管單位，法人特別是省廳主管單位對(duì)上報(bào)的材料要進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)匯總，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)有共性的東西，提出在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)方面應(yīng)解決的措施。應(yīng)改變?cè)O(shè)計(jì)理念，能在設(shè)計(jì)上預(yù)防的應(yīng)在設(shè)計(jì)上預(yù)防，這是最經(jīng)濟(jì)的辦法。在施工方面的預(yù)防措施應(yīng)在工程施工技術(shù)規(guī)范上加以明確，并在施工過(guò)程中加以嚴(yán)格控制，任何微小的質(zhì)量問(wèn)題都要認(rèn)真對(duì)待，特別是對(duì)路面工程、橋面工作更要嚴(yán)格控制。

2、加大養(yǎng)護(hù)資金的投入。養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)有一定的機(jī)動(dòng)資金，以便對(duì)突發(fā)病害進(jìn)行及時(shí)治理。為便于資金控制，可以要求各養(yǎng)護(hù)單位在年底向上級(jí)單位遞交工程決算報(bào)告書(shū)，上級(jí)單位可據(jù)此進(jìn)行審計(jì)和核銷(xiāo)。日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)預(yù)算應(yīng)考慮路面的技術(shù)狀況，使養(yǎng)護(hù)有充分的資金。

3、購(gòu)置快速維修設(shè)備。在高速公路上維修作業(yè)是十分危險(xiǎn)的，除應(yīng)按規(guī)范設(shè)置安全標(biāo)志外，應(yīng)盡量縮短在路上的作業(yè)時(shí)間，因此必須有足夠的、有效的快速搶修設(shè)備。

4、綜合防治。應(yīng)改變超重車(chē)輛占高速公路總通行車(chē)比例較大的問(wèn)題，加大治理力度，這在短期內(nèi)可能會(huì)引起收費(fèi)額的下降，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看必將增加通行費(fèi)的收入。因此，在治理過(guò)程中省廳應(yīng)加大協(xié)調(diào)力度，綜合考慮各部門(mén)的利益關(guān)系。

總之，要重視高速公路病害成因的調(diào)查與研究，從各方面予以防治，不積小患變大患，以保證道路的使用年限與安全運(yùn)行。

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