高速公路運營中病害的成因及對策
2011-12-30 來源：建設(shè)工程教育網(wǎng)
隨著我國經(jīng)濟實力的逐步增強，高速公路的發(fā)展更是日新月異。高速公路的設(shè)計現(xiàn)多采用高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的設(shè)計方案，主要表現(xiàn)在車道數(shù)的增加；彎道半徑的取值趨于增大；連續(xù)縱坡坡度的減緩；橋梁、隧道的大量采用等諸多方面，行車舒適性也相應(yīng)明顯提高。與之相對的就是早期修建的高速公路存在由于經(jīng)濟和認識局限性等原因，采用了低標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計方案，造成修好后部分路段先天不足的現(xiàn)象，加上通車后車流量的迅猛增加和超載車輛的不斷增多，出現(xiàn)了路面、路基、橋涵等的嚴(yán)重病害，主要有：路面結(jié)構(gòu)強度降低，部分路段出現(xiàn)大面積的龜網(wǎng)裂、松散、車轍，甚至是坑槽、冒白漿等；路基塌陷、淘空，以致發(fā)生整個路段滑塌；橋梁承載力下降、出現(xiàn)大量超限裂縫；涵洞涵墻裂縫、錯位；防撞墻、護欄、立柱的損壞、變形。隨著時間的推移，這一系列的病害越來越影響高速公路的正常使用功能和行車安全。
出現(xiàn)這些病害的成因，總的說來有以下幾個方面：設(shè)計的局限性；通行量偏大、超載車輛增多；季節(jié)的變化；水的損害；地質(zhì)的變化；施工質(zhì)量差。
1、設(shè)計的局限性
早期高速公路設(shè)計采用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JT J01—88）。設(shè)計的局限性主要為原設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)偏低、設(shè)計方案不完善。
在當(dāng)時經(jīng)濟能力嚴(yán)重不足情況下，勘測設(shè)計中計算行車速度按平原微丘、重丘區(qū)、山嶺區(qū)進行分區(qū)設(shè)計，一些路段的平曲線最小半徑、最大縱坡采用了一般值的最小值，甚至是接近極限值，從而引發(fā)了高速公路運營中這些路段常出現(xiàn)急剎車、頻繁剎車現(xiàn)象，導(dǎo)致路面波浪等病害產(chǎn)生，嚴(yán)重路段常會出現(xiàn)防撞墻、護欄板和立柱的損壞，甚至發(fā)生人員傷亡?！豆珮?biāo)》（JT J01—88）改進到《公標(biāo)》（JT J001—97），現(xiàn)已于2004年3月1日起施行《公標(biāo)》（JTG B01—2003）。新《標(biāo)準(zhǔn)》充分體現(xiàn)了高速公路安全和以人為本的指導(dǎo)思想，取消了分區(qū)的計算行車速度為設(shè)計速度，路基寬度、車輛折算系數(shù)、路基壓實度、汽車荷載分級等都進行了調(diào)整。
對于已經(jīng)形成，要改變其現(xiàn)狀需付出很大代價的路線設(shè)計問題，要預(yù)防和減少病害，現(xiàn)在最有效的方法就是在急彎、陡坡和連續(xù)彎道處設(shè)置彩色震蕩標(biāo)線，增強對過往車輛的提醒，從而起到降低車速安全通過的目的。
設(shè)計方案不完善與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低相對應(yīng)的有路面的總厚度、路面所采用的材料、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題。但不對應(yīng)的另一種不完善則是當(dāng)時的設(shè)計思想局限性造成的，即未充分考慮道路的耐久性問題，例如：柔性瀝青面層加半剛性基層的路面結(jié)構(gòu)是早期高速公路路面設(shè)計的主流，但到現(xiàn)在看，除采用瀝青碎石柔性基層的京津塘和廣深珠公路外，大部分是不成功的。還有橋梁設(shè)計中的汽車荷載《公標(biāo)》（88）為汽超-20級、掛-120，《公標(biāo)》（04）為公路-I級，通過計算活載加載型式所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值雖有差異，但內(nèi)力包絡(luò)圖型式基本一致，且數(shù)值差異均在10%左右，故相互間是兼容的。但早期高速公路采用的T型、I型上部結(jié)構(gòu)起橫向聯(lián)系的橫隔板，數(shù)量上為3個，分別布置在兩端和1/2處，且1/2處橫隔板為折線形式相錯布置，雖滿足當(dāng)時設(shè)計交通量，但未充分考慮未來交通量的發(fā)展，造成橋梁出現(xiàn)承載力下降，主梁與1/2處橫隔板連接處被拉裂，裂縫超限，部分梁體混凝土脫落，橫隔板處梁體裂縫已經(jīng)貫通至翼緣板底部等病害。
對于此類設(shè)計不完善造成的問題，若還未出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)安全，但有可能出現(xiàn)病害的情況，要先對其進行預(yù)防性加固改造，防止病害的發(fā)生；對已出現(xiàn)病害的，且影響結(jié)構(gòu)整體性安全和耐久性的，可以采用新《公標(biāo)》（04）重新進行加固設(shè)計，進行改造，避免出現(xiàn)安全事故。
2、通行量偏大、超載車輛增多
通行量偏大、超載車輛增多幾乎是所有早期建成的高速公路運營后都頭痛的問題。以太舊高速公路為例，自1996年建成通車至2004年8年多，交通量從一開始的9230輛/日，每年以9.38%的速度遞增，至2007年已增至17 291輛/日（標(biāo)準(zhǔn)小客車），交通量快速增長，令太舊路的交通壓力越來越大。在這其中，重型貨車和煤車占相當(dāng)比例，重型貨車達3742輛/日，占總交通量的40.47%（全部交通量為9 193輛/日）。加上其中很多是車輛超載，更對太舊路造成了嚴(yán)重的破壞。根據(jù)實地調(diào)查的資料、試驗結(jié)果和科學(xué)的分析，如按設(shè)計彎沉值、瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)進行軸載換算，自通車以來8年的累計標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次已達到80249843次，遠大于原設(shè)計15年末累計當(dāng)量軸次5735766次的預(yù)測值。造成太舊高速公路路面結(jié)構(gòu)強度降低，部分路段出現(xiàn)大面積的龜網(wǎng)裂、車轍、橋面破損，甚至是坑槽等，嚴(yán)重影響太舊高速公路的正常通行。
故太舊高速公路于2004年提前進行了大修，采用了柔性基層取代了半剛性基層、加大路面結(jié)構(gòu)層厚度、使用了SBS改性瀝青和湖瀝青等先進的材料和工藝，提高了路面的夏季高溫穩(wěn)定性、冬季低溫抗裂性和瀝青材料的耐久性，路面結(jié)構(gòu)強度明顯增強。對于此種情況，全國各地類似的有很多，如廣深高速公路1997年全線通車，2003年大修后，2007年第二次大修；八達嶺高速公路于2001年建成通車，2007年大修；哈爾濱至大慶高速公路1997年開始運營，2008年大修。
3、季節(jié)的變化
季節(jié)的變化對于我國北方地區(qū)的高速公路養(yǎng)護技術(shù)狀況影響較南方更大，這主要是從瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和瀝青材料的耐老化性能方面考慮的。高溫穩(wěn)定性是以溫度60℃、0.7MPa輪壓條件下進行車轍試驗獲得的動穩(wěn)定度表示，根據(jù)研究，車轍發(fā)生的深度一般為8cm，這個深度剛好在高速公路的中面層，所以對上中面層，其動穩(wěn)定度的要求更為重要；低溫抗裂性是以瀝青混凝土低溫凍融劈裂強度和凍融黏結(jié)強度來表示；瀝青材料隨著其膠質(zhì)分的減少，高分子化合物瀝青質(zhì)的大量增加，瀝青塑性逐漸消失，而脆性增加，則耐老化性能明顯減弱。北方地區(qū)，尤其是山區(qū)，夏季最高氣溫可達40℃以上，冬季最低氣溫可到-25℃以下，溫差達60℃～70℃，所以對瀝青混凝土以上所述的3種性能影響極大，極易形成車轍、橫裂、縱裂和松散等病害。
要改善和提高這3種性能，預(yù)防病害的產(chǎn)生，現(xiàn)在較成熟的做法是采用SBS改性瀝青和湖瀝青，通過馬歇爾試驗法，找到適合本地氣候條件的瀝青混合料配合比，較普通瀝青混合料的施工其要注意的拌合、攤鋪和碾壓工藝要求較多。還有瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）也被廣泛采用。
4、水的損害
如何有效地處理好水對高速公路的影響，把水的損害降低到最底限度，是高速公路養(yǎng)護中面臨的主要難題。水對高速公路的損害主要有降水、滲水、地下水3種形式，分別會引起高速公路產(chǎn)生水毀、路基淘空、路面下陷、路面結(jié)構(gòu)層強度降低和路基軟化等病害，甚至出現(xiàn)整個路段的垮塌災(zāi)害。
在汛期中，較急和集中的降水會對構(gòu)造物、防護工程造成損壞，特別是在高填方、高路塹地段，水量短時間會大量增大，排水設(shè)施的處理能力會短時間內(nèi)達到飽和而失去應(yīng)有的功效，就會造成土體沖刷、邊坡小范圍滑塌，甚至是路基淘空、沖毀，阻斷交通現(xiàn)象。對于進行開放式綠化的中央分隔帶，綠化澆水會滲入路面基層和路基，設(shè)置超高的路段，邊坡水會往路中滲流集中，都會在路面層間和路面與路基間滲流、滲透，造成路基強度下降，形成路面下沉。瀝青路面的裂縫在世界范圍內(nèi)至今仍屬于無法解決的問題，裂縫的出現(xiàn)往往是路面破壞加劇的開始。瀝青混凝土路面最早出現(xiàn)的是溫度型反射裂縫，原因是在冬季降溫時基層因溫度降低產(chǎn)生拉應(yīng)力和路面產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加后超過瀝青混凝土的抗拉強度而導(dǎo)致的，橋涵與路面結(jié)合處、暗伸縮縫等處是也會出現(xiàn)裂縫。路面一旦出現(xiàn)裂縫后，水就會滲入路面中，在層間流動，形成層間水，在車輛碾壓下局部空間里形成瞬時高壓水，能夠進入瀝青混合料的空隙里，久而久之，造成瀝青和骨料間失去黏結(jié)，很快就會形成路面面層龜網(wǎng)裂、麻面、松散和坑槽、唧漿等病害，年復(fù)一年，次年春融，病害就會從輕微逐漸加重。若滲入基層，則會對半剛性的水泥穩(wěn)定料的強度造成影響，加上冬季除雪時會撒融雪劑，融雪時隨水滲入，嚴(yán)重的會造成基層失去強度，成為松散結(jié)構(gòu)，在車輛碾壓下，產(chǎn)生路面波浪、翻漿和不平整等嚴(yán)重病害。特別是在排水不良的挖方路段、路線縱坡較小、平坡路段和平曲線超高過渡段，尤為嚴(yán)重。還有路基本身干濕程度的影響，如果地下水豐富的話路基的強度和穩(wěn)定性就會降低，在個別半填半挖路段還會出現(xiàn)建設(shè)時期雖已解決了地下水的問題，但地下水的暗流水量發(fā)生了變化，逐年增加，滲流時淘空、軟化路基，造成路基承載力大幅度下降，在邊坡外側(cè)由于沒有支擋，極易失去平衡發(fā)生整個路段垮塌災(zāi)害。
對于匯水面積大的路段，需要適當(dāng)改造排水設(shè)施，可以預(yù)防緩解因排水不暢造成水毀的可能；對于易發(fā)生滲水的路段，用增設(shè)盲溝的措施，將滲水引流至路外，可避免發(fā)生路面下沉；對路面裂縫，在路面重新鋪筑時，最好選用SBS、湖瀝青改性的瀝青混凝土或瀝青瑪蹄脂碎石混合料作面層，并在層間撒布適量的黏層油，會很好的起到預(yù)防水滲流入路面層間；若路面出現(xiàn)了的輕微裂縫，要先進行灌縫，會起到很好預(yù)防效果；同時要在冬季盡量少撒布融雪劑；有條件的話，可以將路面基層由半剛性水泥穩(wěn)定料改鋪為柔性基層。對于地下水暗流，要對路段內(nèi)的地下水情況進行摸底，對可能發(fā)生的路段，進行細致觀察，有必要時進行水文勘察，找到并加以堵截和引流，可以做到防患于未然。
5、地質(zhì)的變化
地質(zhì)的變化引發(fā)整個路段的推移，一般發(fā)生的過程比較緩慢，據(jù)觀察，平均速度為每年1cm～3cm，因為是整體推移，對道路的損害不明顯，但需要細致觀測，一旦發(fā)生速度加快的跡象，要立即采取措施。但對于局部的地質(zhì)變化，則會在個別的涵洞等構(gòu)筑物上出現(xiàn)錯位、涵墻裂縫等病害，需要對構(gòu)造物進行先期加固，對引發(fā)地質(zhì)變化的上游位置進行打樁穩(wěn)固等措施加以阻止，預(yù)防其發(fā)展。
6、施工質(zhì)量差
在早期高速公路的建設(shè)施工中，有趕工期、施工單位質(zhì)量措施不嚴(yán)格等原因造成的病害，若發(fā)現(xiàn)則需要立即加以排查，并采取加固措施。
早期建成的高速公路大部分已進入或提前進入了大修期，大修后，很多病害會得到根本解決，有的因各種原因還會存在，養(yǎng)護中還需很好的以養(yǎng)護方針“預(yù)防為主、防治結(jié)合”為指導(dǎo)，找到更好的病害解決對策。
