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路基路面水损坏机理及综合防治技术研究
作者:科技处        发布时间:2017-12-15        浏览次数:673

【会议日期】:2010-00-20
【会议地点】:广州
【内容】:1.调查与分析了广惠高速公路病害与成因
(1)路基路面病害主要是以横向裂缝、纵向裂缝、泛浆、唧浆及沉陷为主,其中横向裂缝多为等间距裂缝,裂缝间距在3.0~3.5m左右,并大都伴有唧浆。另外存在修补、车辙、拥抱、麻面等。这些病害全线均有分布且广惠高速公路东行方向(右幅)路基路面病害较西行方向(左幅)严重。
上述病害主要是裂缝和唧浆,分布在重车道。基层局部强度不足或刚度较大时,引起沥青面层开裂,再加上沥青面层孔隙率大,易透水,雨水从孔隙和裂缝浸入,渗入到基层表面并软化基层表面,在汽车荷载反复作用下,粉浆通过面层裂缝及空隙被压到表面产生卿泥,基层表面被逐步淘空,面层产生网裂,使基层与面层处于滑动状态,从而加速沥青路面水损害。
(2)水损害包括内因和外因两个方面,外因主要有水、交通荷载及气候条件等三个因素;内因主要有路面沥青混凝土的孔隙率较大、路面结构设计不尽合理完善、局部的基层软弱或路基软弱等因素。水主要来源于大气降水、地面水、地下水、毛细水、水蒸气凝结水、薄膜移动水、中央分隔带渗水。引起沥青路面水损害的水分主要来源于路面面层的孔隙率大渗漏的大气降水,其中央分隔带由于采取了防水土工布分隔,路肩采用了硬化,虽仍
有一定的渗漏水但相比较其水量很小,不是主要的。开槽检验结果表明沥青面层与基层间存在自由水。
(3)广惠高速公路沥青路面出现的早期水损害经历了“路面结构层孔隙率较大→大量降水入渗→行车荷载产生动水压力→唧浆→局部沉陷→松散→坑槽(洞)或翻浆”的过程。
2.试验研究了广惠高速公路原路基土中含水率与压实特性的变化规律
(1)无论旱季、雨季,近、远带路基土的含水率均大于最佳含水率;近、远带路基土的压实度也呈现出不同程度的降低,这说明随着公路的建成通车,水对公路路基的软化作用,极大影响了公路的运营使用。非病害段与病害段的路面和基层的含水率差别较大,前者基层含水率小于5%,而后者基层中的含水率大于5%(最小的5.1%,最大的11%)。基层中的含水率变化说明雨水通过路面渗入基层并有可能进入路基,而不同区段含水率的差异则体现路面病害类型与程度的差异。
(2)对比分析填方段、挖方段和零填挖段三个试验段的含水率,填方段非病害段停车带路基土的含水率大于重车道的,主要是因为边坡及路肩的渗水引起紧急停车带含水率的变化且增大;重车道病害段路基土的含水率大于非病害段的,这是由于路面裂缝造成雨水下渗造成的。零填挖段与挖方段路基土含水率的变化并没有明显的规律,主要与路面破损程度、排水条件、路基土的种类等多种因素有关。
(3)无论紧急停车带还是重车道,除个别点外,填方段路基土的含水率基本上都较小,说明填筑路堤对地面水和地下水有较好的隔绝作用。挖方段路基土含水率基本上大于零填挖段,说明挖方段路基土更易受地面水和地下水的影响。
(4)基层或底基层的纵、横裂缝内基本上处于湿润或者有积水状态,开挖过程中裂缝内时有自由水流出,且水很难完全排除;拥包位置的沥青下面层底与上基层面之间有一层湿润的积泥浆, 
且泥浆已渗入沥青层之间。
3.大比尺模拟试验研究了路基土中水的迁移规律
(1)研制的公路路基水分运动模拟试验系统可以综合考虑降雨、地下水位变动对路基水分的影响,控制方便,观测精度高,为公路路基水分运动和水危害研究提供了很好的试验平台。
(2)公路路基在地下水位上升时,地下水位以下部分土完全饱和,地下水位以上一定范围内土的含水率受毛细作用影响较大。当地下水位下降时,饱和土中含水率降低较快,但是路基土中非饱和水分变化较小,因此,实际道路中的路基在大部分时间处于含水率较大的状态,容易引起路基路面的病害。
(3)在降雨条件下,土路肩中的地下水直接受降水补给,地下水涨幅与降雨的历时、雨强成正比;当土路肩有较多裂缝时,地下水补给迅速,因此应加强维护,防止出现裂缝。
(4)在降雨条件下,沥青路面本身的渗水量不大,路基中的地下水主要来自两侧土路肩地下水横向渗透。
4.采用数值模拟分析了路基土中含水率对路面结构层的受力变化特性
分析结果表明:路基渗水影响使得路基路面结构层应力、变形增大,也就是说破坏了路基路面的稳定性和变形特性,故路面一旦出现纵向裂缝,雨水通过裂缝下渗,进一步软化路基并使其强度降低,在车辆荷载特别是重载超载的反复作用下加剧了路面病害的产生,形成各种各样的路基路面水损害。通过对路基渗水作用下路基路面稳定性及变形性状的数值模拟,定量地反映了水的渗流对路基路面稳定性和变形特性的影响。
5.评价分析了新旧路排水系统的功能特性
(1)根据现行《公路排水设计规范》结合广明、广清排水课题经验成果,给出了合理的计算参数及方法,对加宽后的路基路面填方路堤排水沟、挖方路堑边沟、路面边部排水系统等进行了排水能力分析,建议广惠高速公路加宽工程采用浅碟型边沟及生态排水沟等新型排水系统,并对其代替路堤排水沟和路堑边沟进行了
设计计算,表明了生态型边沟的经济、安全及环保等特性。同时,优化分析结果表明,改扩建后的排水系统排水能力大于实际情况,说明原设计的断面尺寸可以进一步优化。
(2)经理论计算与数值模拟,广惠高速公路改扩建前,中央分隔带的盲沟基本满足排水要求,改扩建后中央分隔带盲沟的进水量明显减小,盲沟排水能力有较大富余。在挖方地段,道路边缘盲沟可以有效排除路基两侧流向路面的地下水以及路面渗入的雨水,盲沟排水能力满足要求
(3)对加宽后路基路面渗水控制技术进行了研究,提出了路面结构内部渗水及中央分隔带渗水控制技术,为从根本上防治路基路面水损害提供了有效的措施和方法。
6.形成了路基路面排水技术指南
    排水设施在整个公路建设中属于附属工程,因其规模、费用等占总工程的份额均较小,工程施工中往往不被重视,致使防排水存在不少隐患,公路在运营中的水损害不断。研究形成的指南在已有相关技术规范或手册的基础上,细化了排水系统的设计计算参数,强调了排水系统理论计算与分析的重要性,结合节约、环保理念,增加了生态排水部分的设计内容。
指南指出,重视高速公路排水综合设计与施工,使各种排水设施组成一个功能完善、排水顺畅的完整系统,才能保证高速公路的舒适性,有效保障高速公路的使用寿命。

  
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