高速公路病害成因的研究与防治
2011-12-16 来源：中国百科网
河北省高速公路截至2003年通车里程已达1500余km，基本构成了我省大的公路网架，成为我省远距离运输的主体，在促进我省经济建设方面发挥了巨大作用。然而，较早完工投入运行的京石、京津塘、石太、石安高速公路在通车六年后，虽然基本上保持了高速公路的特征。但是近二、三年也出现了一些程度不同的病害，主要有：①跨经16m以下空心板小桥（通道）出现单板受力现象，危及桥梁安全；②桥头搭板脱空后造成断裂，形成路面破坏；③桥梁伸缩缝损坏；④桥面大面积出现多个坑槽；⑤桥头沉降；⑥路面裂缝唧浆，路面破损；⑦路面出现严重车辙、泛油；⑧路面龟裂与纵向开裂等。经笔者多年对这些病害进行的观察、实地挖验、检验、采样分析，认为虽然每条路出现病害的原因多种多样，但分析归纳主要有：设计；施工质量；道路使用与管理；养护以及其他一些方面。
一、高速公路病害成因扼述
1、设计方面：通过对高速公路病害的数据分析，发现有很多病害与设计有关。如在路面其他结构相同的情况下，底基层用灰土的段落，横向裂缝平均距离10m左右，且部分裂缝有唧浆现象，造成路面破损；而用二灰砂、二灰碎石做底基层的段落，横向裂缝平均在70m左右，且没有唧浆现象。可见路面各层的设计是至关重要的。近年来我们发现，16m以下空心板出现单板受力现象，桥面出现大面积坑槽等病害，不但在早期完工的高速公路上普通出现，而且在近期完工的高速公路上也屡见不鲜。普遍问题必然偶于个物之中，必然有共性的东西存在。检查单板受力现象的桥梁外观，从桥下观察大型车碾压梁板，发现受力梁板与其他邻板下沉达5cm左右，凿开路面、桥面的混凝土，又发现桥面砼铺装厚度8-10cm，使用的是20cm×20cm直径为φ8的普通钢筋，此设计没有过多关注高速公路渠道化运行的特征和超重车辆的碾压。经设计单位对有单板受力现象的桥梁进行重新设计，对原有桥面的砼进行彻底清除，包括绞缝钢筋采用φ16mm螺纹钢，桥面砼的厚度10cm以内用一层，14cm以内用二层，桥面砼采用35#钢纤维场拌砼。石安高速公路从2002年维10月开始按此设计进行维修，目前已完成40座，尚未发现问题。看来。用设计的方法来解决未来可能出现的问题是最科学、最快速、最经济、最安全的方法。
设计不但要考虑通过科学验算，同时必须考虑我国当前的施工水平、设备材料质量状况及社会实际使用状况，不能把这些因素的设定过于理想化。一项设计虽然可能能够通过理论验算，但如果给的余地范围过窄，施工技术要求过高，多数施工单位做不到，则会出现大面积的质量问题。如石安高速公路开通不久，除个别施工段行车道泛油较轻外，80%路段行车道出现了泛油现象。因此，我们必须重视设计工作，使之与施工水平、设备材料及今后使用状况相呼应、相匹配。
最近我们挖开一段路面，发现沥青路面下边的水泥碎石层上面有积水，如果水泥碎石层有裂缝就会顺缝隙进入底基层，如果底基层是石灰土，表面会很快形成灰土浆，如果沥青层、水泥碎石层的裂缝基本在一条线上，就会出现泵压上涌，灰土浆液会不断挤进沥青层，破坏沥青砼颗粒之间的粘结力，使路面损坏。按目前的设计思路是沥青面层分4cm、5cm、6cm三层，面层抗滑，中层防水，三层承重，但从上述情况可以看出水并没有防住。2002年石安高速公路沿线遭遇高温，大气温度为43℃，路面温度达69℃，影响深度至中面层。由于该层是密级配90#沥青，软化点为42~52℃，在连续高温情况下，沥青软化体积膨胀，在重车作用下出现泛油，向外压拥，形成车辙，使预期目标没有实现。即使在正常情况下，夏季气温也在38~40℃左右，地表温度在50℃以上，高于90#沥青软化点，上述问题也会出现。因此，我们必须通过设计来改变存在的问题，重新确定面层设计思想。应根据我国国情和发展趋势，考虑自然因素的影响，与时俱进，不断采用新的材料和技术，尽量通过设计来防范将来可能发生的病害。
2、施工方面的因素。通过对高速公路病害的实际检验、观测、试验、分析，发现有相当一部分病害与施工质量有关。例如，石安高速公路一部分桥面的标高控制的不好，再加上桥面水泥砼施工质量差，形成桥面坑槽比较严重；在石安高速公路元氏段路面出现一孤立的唧浆路面破坏现象，对坑槽挖开后，发现水泥碎石表面有一深15cm的坑凹，由于在施工中没有按规定进行处理（应彻底将松散碎石凿除，形成方正垂直坑槽，用水泥砼灌筑或周围涂沥青，用沥青砼填筑压实压平，上述工作完成后再正式摊铺沥青砼），只简单地用沥青砼去填筑，时隔六年后的今年，则因雨水偏大渗到坑内，形成积水泥浆坑，在重车的碾压下向上渗透，破坏了沥青砼颗粒之间的粘结力，造成了路面破坏；在某高速公路连接线上，一座桥上搭接钢钣未焊接，绞缝中间未用水泥砼浇筑，结果过早出现单板受力现象。此外，一般路面坑槽相当一部分是路面沥青砼料离析而致，有少部分桥墩根部沙土冲走后，发现露筋空洞，产生的原因就是破桩头没有破到位，没有按规范接柱，这是非常危险的。类似上述问题的实例很多，足见施工期间的任何质量问题，都可能在后期的使用中暴露出来，只是时间早晚而已。
施工中的质量问题还直接影响到运营期的养护成本。在一条高速公路上有两座长度基本相等、结构一样的特大桥，两个施工单位的施工质量相差甚远，一个开通后就出现大面积泛油、坑槽，施工单位自费进行了整修，重铺了路面，几年后，由于桥面水泥砼未做处理，运行中每年坑槽不断，每年都需投资几十万、上百万元维护，而且形象极差；而另一座桥梁却没有出现上述问题。施工质量问题存在的原因有材料、设备方面的，而主要是管理方面的，因此，必须重视施工的质量管理。否则，出现质量问题不仅要增大养护费用、破坏道路形象，而且会严重影响道路的安全和寿命。
3、道路使用方面。目前，我省高速公路的使用有如下特点：①行车渠道化，大量的车死轧一条车道，使道路过度疲劳，尤其在高温季节，一辆接一辆的车压在路上，对公路的破坏力很大，特别是对四车道的高速公路危害更大。②交通量提高过快且货车占的比重较大，占总车数的60%－70%。③超重车过多，占大型车辆的60%-70%，车辆载重远远大于设计指标。据现场调查，超重车分三类：第一类是核定吨位为8t的单后轴普通化运车，这类车辆实际装载25t以上，后轴轴载达到23.4t，超限13.4t；第二类为核定吨位10-15t的双联轴一般重型汽车，而实际装载40多t，后轴轴载达到了41.9t，轴载超限23.9t，车货总重达50t以上，超限15t以上；第三类为核定吨位20-40t的三联轴大型运输车，实际装载在60-80t，后轴轴载达到54t，轴载超限32t左右，车货总重达80-100t，超限45t以上。以上这三类车辆轴载质量均超过现行国家《公路工程质量标准》规定的公路和公路桥涵设计最大允许值1.5-3倍，对公路和公路桥涵有严重的破坏作用。轻者使路面出现车辙、拥包、沉陷、破损，使桥涵基础深陷、梁板裂缝，重者会发生桥断涵塌事故。
超载车加上渠道化运行，是造成高速公路许多病害的重要原因，而这种趋势还在发展，短期内是很难解决的，因为这涉及到公安、交通、机械、运输等诸多部门的利益。只有加大治理超限力度，根据目前状况改变收费形式，按当前实际情况设计道路结构，才是解决问题的办法。
4、养护方面。高速公路的养护是一门新的科学，用传统的观念、方式来养护高速公路已远不能适应需要了。因为，目前在高速公路的养护中具备如下特点：①高速公路的行车密度大，车速快，一般大型车在70-90km/h，小型车为120-200km/h，34-56m/s，在此情况下进行道路养护具有较大的危险性；②高速公路的维修占用车道较长，按规范要从维修点前一公里处进行封闭，防止车辆闯入维修区，这样过长的封闭一个车道，尤其是四车道高速公路，会给行车速度带来影响；③高速公路是收费公路，一旦因病害而造成车损等问题会遭遇许多麻烦。根据上述特点，要求对高速公路的道路病害要及时维修；维修要达到原设计标准以及道路维修要快。然而，目前在高速公路维修中恰恰存在很多不适应的地方：一是缺少快速有效的维修设备；二是缺乏高水平的维修工人和技术干部；三是缺乏对道路常见病害治理的研究；四是维修质量不理想，如对裂缝的处理还存在问题；五是养护体制及费用问题制约养护工作，日常养护费用偏少，没有考虑道路的使用年限、车辆通行数量及设计施工状况，专项工程审批周期过长，养护单位没有备用资金，对出现的病害不能及时进行治理；六是养护缺乏预防性，没有建立科学的预防养护措施，养护单位缺乏养护的主动性。上述问题应引起各级领导的重视，逐条加以解决。
二、高速公路病害特点
1、高速公路病害产生比较普遍。横向看同期完成的道路大都有同类病害。如早期完工的京石、石安高速公路都不同程度地存在单板受力现象。后期完工的也相继出现相同病害，如宣大、京秦等路，而且都有发展趋势。
2、大部分病害与超限车辆有关。
3、病害的成因往往是多种因素的聚合作用，如车辙现象涉及高温气候、低标号沥青、施工质量、超限车辆等诸多问题。
三、结语
通过上述分析可以看出，由于我们缺少对病害成因的及时分析和及时提出预防措施而重蹈覆辙，使可以在设计、施工阶段就能轻易解决的问题遗留下来，给后来的养护工作带来了很多麻烦和经济损失。因此，必须重视对高速公路病害成因的分析和研究，及时提出预防措施，做到能在设计阶段解决的问题不在施工阶段去解决，能在施工阶段解决的问题不要留给养护阶段。
1、要加强对道路病害产生原因的研究。各养护单位应及时对出现的病害进行数据统计，分析、查找原因，形成书面分析报告，报法人和省厅主管单位，法人特别是省厅主管单位对上报的材料要进行分类统计汇总，分析数据，总结有共性的东西，提出在设计、施工、养护方面应解决的措施。应改变设计理念，能在设计上预防的应在设计上预防，这是最经济的办法。在施工方面的预防措施应在工程施工技术规范上加以明确，并在施工过程中加以严格控制，任何微小的质量问题都要认真对待，特别是对路面工程、桥面工作更要严格控制。
2、加大养护资金的投入。养护单位应有一定的机动资金，以便对突发病害进行及时治理。为便于资金控制，可以要求各养护单位在年底向上级单位递交工程决算报告书，上级单位可据此进行审计和核销。日常养护费预算应考虑路面的技术状况，使养护有充分的资金。
3、购置快速维修设备。在高速公路上维修作业是十分危险的，除应按规范设置安全标志外，应尽量缩短在路上的作业时间，因此必须有足够的、有效的快速抢修设备。
4、综合防治。应改变超重车辆占高速公路总通行车比例较大的问题，加大治理力度，这在短期内可能会引起收费额的下降，但从长远来看必将增加通行费的收入。因此，在治理过程中省厅应加大协调力度，综合考虑各部门的利益关系。
总之，要重视高速公路病害成因的调查与研究，从各方面予以防治，不积小患变大患，以保证道路的使用年限与安全运行。
