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淺談早期建成高速公路運(yùn)營中病害的成因及對策工學(xué)論文
摘 要:作者對早期建成運(yùn)營的高速公路容易出現(xiàn)的幾種主要病害的形成原因進(jìn)行初步的分析,并依據(jù)高速公路養(yǎng)護(hù)工作“預(yù)防為主,防治結(jié)合”的養(yǎng)護(hù)方針,提出相應(yīng)的對策和預(yù)防、修補(bǔ)措施。
關(guān)鍵詞:高速公路;運(yùn)營;病害;對策
Abstract:The author analyses to the reason building up the expressway disease run in early days, maintain the maintenance policy that the work “puts prevention first,prevent and cure and combine” according to the expressway,put forward corresponding countermeasure and prevention,mend the measure.
Key words:expressway ; operation; disease; countermeasure
隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的逐步增強(qiáng),高速公路的發(fā)展更是日新月異。高速公路的設(shè)計(jì)現(xiàn)多采用高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的設(shè)計(jì)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(jì)和認(rèn)識局限性等原因,采用了低標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)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(qiáng)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(gè)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(cuò)位;防撞墻、護(hù)欄、立柱的損壞、變形。隨著時(shí)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(gè)方面:設(shè)計(jì)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(jì)的局限性
早期高速公路設(shè)計(jì)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(jì)的局限性主要為原設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏低、設(shè)計(jì)方案不完善。
在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)能力嚴(yán)重不足情況下,勘測設(shè)計(jì)中計(jì)算行車速度按平原微丘、重丘區(qū)、山嶺區(qū)進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì),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(yùn)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(hù)欄板和立柱的損壞,甚至發(fā)生人員傷亡。《公標(biāo)》(JT J01—88)改進(jìn)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(jì)算行車速度為設(shè)計(jì)速度,路基寬度、車輛折算系數(shù)、路基壓實(shí)度、汽車荷載分級等都進(jìn)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(jià)的路線設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)方案不完善與設(shè)計(jì)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(jì)等問題。但不對應(yīng)的另一種不完善則是當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(gè),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(cuò)布置,雖滿足當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jìn)行加固設(shè)計(jì),進(jìn)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(yùn)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9 230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(dá)3 742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(shí)地調(diào)查的資料、試驗(yàn)結(jié)果和科學(xué)的分析,如按設(shè)計(jì)彎沉值、瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)進(jìn)行軸載換算,自通車以來8年的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次已達(dá)到80 249 843次,遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)15年末累計(jì)當(dāng)量軸次5 735 766次的預(yù)測值。造成太舊高速公路路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)度明顯增強(qiáng)。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(dá)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(yùn)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(hù)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(jìn)行車轍試驗(yàn)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8 cm,這個(gè)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(qiáng)度和凍融黏結(jié)強(qiáng)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(dá)40℃以上,冬季最低氣溫可到-25℃以下,溫差達(dá)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(yàn)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(hù)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(qiáng)度降低和路基軟化等病害,甚至出現(xiàn)整個(gè)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(hù)工程造成損壞,特別是在高填方、高路塹地段,水量短時(shí)間會大量增大,排水設(shè)施的處理能力會短時(shí)間內(nèi)達(dá)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(jìn)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(shí)高壓水,能夠進(jìn)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(qiáng)度造成影響,加上冬季除雪時(shí)會撒融雪劑,融雪時(shí)隨水滲入,嚴(yán)重的會造成基層失去強(qiáng)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(qiáng)度和穩(wěn)定性就會降低,在個(gè)別半填半挖路段還會出現(xiàn)建設(shè)時(shí)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(shí)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(gè)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(shí),最好選用SBS、湖瀝青改性的瀝青混凝土或?yàn)r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(jìn)行灌縫,會起到很好預(yù)防效果;同時(shí)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(jìn)行摸底,對可能發(fā)生的路段,進(jìn)行細(xì)致觀察,有必要時(shí)進(jìn)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(gè)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1 cm～3 cm,因?yàn)槭钦w推移,對道路的損害不明顯,但需要細(xì)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(gè)別的涵洞等構(gòu)筑物上出現(xiàn)錯(cuò)位、涵墻裂縫等病害,需要對構(gòu)造物進(jìn)行先期加固,對引發(fā)地質(zhì)變化的上游位置進(jìn)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(jìn)入或提前進(jìn)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(hù)中還需很好的以養(yǎng)護(hù)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。
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