探讨青海高寒地区公路病害成因及养护技术

1、探讨青海高寒地区公路病害成因及养护技术【摘要】：参考青海省公路工程作业,结合青海海西州天峻地区天木公路的多年养护经验，现场分析了高原公路施工中易产生的毁坏,倡导由疏、截、排、顺、阻使地表水和地下水排到山坡土体和路基之外, 处于干燥或中湿情况的岩路基和土体的含水量,是抵抗、解决不同水毁灾害的高效途径;由天木公路路面裂缝的多次分析, 又参考不同种类的相关资料和道路施工资料, 探究高寒地区公路路面裂缝缘由理论基础;高寒地区公路路面养护修整过程中沥青混凝土的使用,还涉及原料在更新和增强沥青混凝土面层的不同力学性能的功能。【正文】：路基路面毁坏的主要缘由是水。青海高寒地区，因为地质外貌、水文天气等天然因

2、素条件非常困难和独特,非但水害类别各种各样,然而水害范围广大, 灾害频繁发生,翻浆、冻胀、滑坡及崩塌常常是水对青海高寒公路的损害。半刚性基层路面通常隐含的毁坏是沥青路面初始的开裂, 路面裂缝的干扰其实是相当小的, 经裂缝连续进入到结构中的水将在基层和面层之间变为唧泥夹层, 大大减小了基层和面层的粘结能力, 在机动车辆的往复作用下, 促使路面毁坏。所以, 怎样运用高效方法, 增强路面的防裂特性是大家一起关注的焦点。所以挑选一种性能好的路面原料,精细的施工方法，增大和提高路面的运用性能, 路面的服役期限大大增加,使维修次数大大减小,是一种值得钻研且具有深远的意义的方法。1青海高寒地区水害原由1.1

3、冻胀发生的原由冻胀出现的因素不只是由于水分冻结成冰时体积要增加9%,而温度降低期间土中结合水的迁移是关键元素。当土层冻结时,周围未冻结区中的水分在渗透压力和由于颗粒周围弱结合水最外层冻结使冰晶体周围土粒的结合水膜减薄而使土粒产生剩余的分子引力两种力的作用下,向表层冻结区聚集,让冻结区土层中水分增加,冻结之后冰晶体连续变大,土体的体积也跟着出现膨胀变大。因为土层出现冻胀的因素是水分的迁移和积聚,所以,当冻结区周围地下水位相当高,毛细水上涨高度可以大致达到冻结线,使冻结区可以得到大量水的供给时,将出现非常强烈的冻胀现象。因此,冻结过程中有外来水源补给的往往在土层中形成很厚的冰夹层,产生强烈冻胀,这

4、种冰晶体的不断增大,一直要到水源的补给断绝后才停止。而冻结过程中没有外来水分补给的,土中冰夹层薄,冻胀量也小。综上可得，隔断水分迁移和积聚的通道并除尽水源供给是预防冻胀最有效果的方式，我们在天木公路K94+600800处的以上处理方法得以例证。1.2翻装出现的因素青海高寒地区是多种原因共同作用产生公路翻浆。青海高寒山区路段初始地基土的种类、元素以及含水多少是产生道路翻浆的必要条件,气温高低、路面状况以及行车荷载又直接影响翻浆的形成过程和翻浆程度。影响公路翻浆的主要因素有:土质、水、气温、路面结构和行车荷载等。除此之外,人们的活动也对公路翻浆具有一定的干扰, 人们在路边引基加水使路面长期侵泡在水

5、中或挖沟排水也是主要的原因之一,导致路基排水难度大,直接干扰到路面。路基水分的积聚阶段是青海高寒地区每年的5一8月份,因为降雨的干扰,地表水向下渗透,造成地下水位上升,导致路基水分变多,路基处于潮湿甚至汪水的环境（天木公里K21+800K22+500，K33+600k34+400D等处最为典型）。到冬季,气温下降,此时路基上层的土开始冻结,特别是高寒地区每年9月份便开始下雪,冬季路面积雪相当严重,间断积雪一日最大深度可达20cm以上。由于土体内水分较多,路基土逐步冻结成冰,使路面产生冻裂或隆起。到春季时,一般在每年的四月下旬,气温开始回升,路面积雪、路基内的冻土层首先融化。具有很多冰体的路基,

6、融化时因为从上到下融化水分非常多,还不能向下渗透,在车轮负荷之下,导致路面出现开裂、弹簧、冒泥等状况,产生翻浆。翻浆实质上是说在路基中水的迁移、相变的过程。路基周围的地表积水导致路基土的含水量变多,使地下水位升高,从而促使翻浆的形成。所以,安排完美的排水系统、路基排水是预防和处理翻浆的必需方法。1.3清坡形成的因素通常见到的公路病害是高寒地区边坡滑坡。山坡或路基边坡出现滑坡,导致交通中断,干扰公路的正常建设和使用（天木公里K92+000650处为典型）。大规模的滑坡,可以堵塞交通甚至摧毁公路,对交通设施等危害极大。山坡地段在地层结构、岩性、水文地质条件等自然条件下,由于地下水活动、河流冲刷、人

7、工切坡、地震活动等因素的影响,边坡的大量岩石、土体在重力作用下,沿着一定的软弱结构面(带),整体向下滑动形成滑坡。它通常整体地，长期地向下缓缓滑动,其过程包括蠕动形变和滑动破坏阶段,但也有一些滑坡体现为快速地运动,以很大速度的速度向下滑。2 路面纵向裂缝及网裂2.1 荷载作用产生的裂缝天木公路位于青藏高原北冻缘的祁连山系的南坡，具有海拔高、气温低、日照时间长、常常降雨, 很大的昼夜温差、风速大等高原气候条件，冬长夏短，寒冷时间长达7个月。参考五年来的使用状况调查可知, 由于路面结构设计不周或者施工的原因, 结构本身强度不足, 不适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的开裂,最初一般表现为纵向开裂

8、, 然后发展成为网裂, 这一类由荷载作用而产生的裂缝, 在我省多数高等级公路也属常见, 也不排除路面施工前后摊铺相结处的冷接缝未按有关规范要求认真处理, 结合不紧密, 土方路基出现沉陷等也可出现局部的纵向裂缝。2.2 非荷载性裂缝2.2.1 温缩裂缝与温度疲劳裂缝在较高温度的沥青材料, 含有优良的应力松驰特性, 当冬季温度骤降时, 沥青混合料的应力松驰不能随温度应力的增长而相应增长, 同时劲度快速增大, 超过混合料的极限强度或极限拉伸应变。便会产生开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、可允许有一定自由收缩时, 更容易发生, 这种裂缝属于一次性降温产生的温度收缩裂缝。另一种情况是, 温度

9、反复升降导致温度应力疲劳使混合料的极限拉伸应变变小, 又加上沥青的老化使沥青劲度增高, 应力松弛性能降低, 故可能在比上一次降温开裂更高的温度下产生开裂, 同时裂缝的数量跟着路面的服役的时间延长而连续增多, 这一类裂缝事实上是由温度应力疲劳引起的, 所以也称之为温度疲劳裂缝。2.2.2 反射裂缝石灰、水泥、粉煤灰水硬性混合料的半刚性稳定基层, 易于因温度或温度跳动而出现收缩开裂。开裂的基层,因为失去了抗拉应力的性能, 开裂位置将应力传递给沥青面层。当这种应力超过沥青混合料的极限强度, 就会使沥青混合料面层开裂, 并且在一定距离间隔出现横向裂缝。高寒季节, 半刚性基层产生收缩变形, 在沥青面层内

10、产生拉应力;,半刚性基层在炎烈季节出现膨胀的现象。沥青面层出现压应力, 这两种应力相互作用, 由此产生反射裂缝。2.2.3裂缝处治措施路面裂缝如果在高温季节全部或大部分可愈合的轻微裂缝，可不加处理。如果在高温季节不能愈合的轻微裂缝，要及时进行维修，控制裂缝的进一步扩大。对路面裂缝修补一般可采用灌油修补法。即在冬季节将纵横裂缝处清扫干净，用喷灯将缝壁加热至粘性状态后，再把沥青喷洒缝中，再匀撒一层2-5mm的干燥洁净石屑或粗砂加以保护。如果是细小的裂缝，则要预先将缝适当扩宽，再按上述方法做处理，沿裂缝涂刷少量稠度较低的沥青。对网裂的处理在考虑工程投资节约的前提可采用沥青表处封层的方法，宜三油三料2

11、.5cm厚度为最佳。此外，如果由于土基、基层强度不足或路基翻浆等引起的严重龟裂，应先处治基层再重做面层。建设时预防沥青路面反射裂缝的方法, 用以下方法有利于降低裂缝的出现:( 1) 沥青表面有一定的厚度;( 2) 半刚性基层的混合料中有较多的粗集料;( 3) 水泥、石灰、粉煤灰等水硬性结合料的用量不高, 有适宜的刚度;( 4) 半刚性基层混合料施工时的含水量较低;( 5) 进行良好的养生;( 6) 在半刚性基层未开裂前铺上沥青路面。3路面整体沉陷整体强度不足是沥青砼面层裂缝、沉陷的主要原因。要保证整体强度就必须先保证各结构层的强度。首先要保证路基的强度。因为路基是路面的依托，路基的强度和稳定是

12、保证路面结构强度和稳定的基础条件，这就在路基路面设计时要考虑当地材料和自然环境等因素，确保设计达到高寒地区规范要求，还要严格控制分层填筑和分层压实的施工工艺，否则当车流量大、重载交通时很容易出现路面裂缝和路面的不均匀沉陷等一系列病害的出现（天木公路K81+40082+200为典型）。该路基层设计为半刚性基层，其自身刚度大，抗湾性能力较差，在温度骤降或水分散失时会产生收缩变形，当其应力超过抗拉强度时基层就会产生裂缝、沉陷。4路面车辙4.1路面车辙的形成路面车辙是在行车荷载的反复作用下，路面产生永久性变形积累形成带状凹槽。车辙降低了路面的平整度。产生车辙的主要原因是由于设计不合理以及车辆超限荷载所

13、导致的（天木公路K9+000K18+600处最具典型）。4.2 车辙形成后的处理4.2.1 一般处理对于车辙深度在1cm以下，平整度及抗滑性能较差时直接加铺罩面，恢复表面使用功能；对于中度（3cm）、重度（5cm）的采用3-5cm沥青砼找平补强处理，并在沥青砼中加入适量抗车辙剂。 4.2.2 掺加聚酯纤维后的路面高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳性、抗疲劳性的更新通过沥青混凝土添加聚酯纤维的部分工程和试验结果的研究,表现聚酯纤维对改善路面路用性能起到良好的功效：(1)高温性能的改善，包括马歇尔试验的稳定度可在一定程度上反映出沥青混合料的高温稳定性能、抗车辙性能；(2)低温抗裂性能的改善；(3)水稳性的改善；(4)抗疲劳性能的改善；【结语】：随着高寒地区公路作业的高速发展,促使高寒地区地区经济快速发展,高寒地区公路的建造和养护,地质状况非常复杂,天气极其恶劣,生态接近失衡,地质灾害多发是通常面对的事情。不同类似病害的出现都与地下水和地表水与运动有密切的关系,部分病害,水甚至能达到决定性的性能，其二即是设计不合理，造成路基路面不堪重负导致疲劳性病害。路面出现的不同已逐渐被领导和专业工作人员的特别关注