山區(qū)公路路面水侵蝕病害及其質(zhì)量控制措施研究

李海東

（甘肅省公路航空旅游投資集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 山區(qū)公路發(fā)展現(xiàn)狀

截至目前，山區(qū)公路的建設(shè)已經(jīng)得到了跨越式的發(fā)展，制約交通的瓶頸性問(wèn)題已經(jīng)得到基本解決，廣大群眾的出行條件得到了極大的改善。但總體而言，山區(qū)公路的建設(shè)受投資、地形、地質(zhì)等條件的限制，建成后的公路相比于其他類型的公路，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)略低、服務(wù)能力較弱、養(yǎng)護(hù)程度不夠、可持續(xù)發(fā)展能力不強(qiáng)，且山區(qū)公路由于地形條件限制，部分路段坡陡彎急，尚無(wú)硬化路肩及排水設(shè)施，公路的通行能力和運(yùn)輸效果受到很大程度上的限制。因此，山區(qū)公路的建設(shè)與提升改造已成為一種必然的趨勢(shì)。

山區(qū)公路與其他類型公路相比，地理環(huán)境更加復(fù)雜多變、生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱[1]。對(duì)比平原、盆地等地貌形態(tài)，因地形、地質(zhì)條件緣故極易造成水土流失，山區(qū)難以發(fā)展適宜農(nóng)業(yè)，相反在氣候濕潤(rùn)陽(yáng)光充足的山區(qū)，可大力發(fā)展林牧業(yè)，甚至可以開(kāi)發(fā)旅游業(yè)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。且由于山區(qū)普遍地形崎嶇，交通不便，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度大，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為落后；山區(qū)公路建設(shè)體量日趨龐大，資金投入?yún)T乏，養(yǎng)護(hù)工作無(wú)法跟進(jìn)，滯后的建設(shè)進(jìn)度與美好生活的需求難以匹配，期望國(guó)家能夠重點(diǎn)扶持和開(kāi)發(fā)山區(qū)公路，促進(jìn)城鄉(xiāng)均衡發(fā)展。

2 山區(qū)公路水侵蝕病害

2.1 路面裂縫

在氣候條件較差的情況下進(jìn)行路面施工，如果路面未完全干燥，或在雨季施工，或濕度較大的條件下這三種情況開(kāi)放通行，因路面還未達(dá)到承載力要求的狀態(tài)下承受了持續(xù)而巨大的車(chē)輛荷載，結(jié)果有兩種：一是路面會(huì)出現(xiàn)平行于道路縱軸線方向的不均勻荷載型裂縫，產(chǎn)生斷板現(xiàn)象；二是路面內(nèi)部的拉應(yīng)力遠(yuǎn)超結(jié)構(gòu)本身的抗拉強(qiáng)度，加之溫度與濕度的變化，路面會(huì)產(chǎn)生體積膨脹及收縮現(xiàn)象，也會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。裂縫產(chǎn)生之后，會(huì)隨著道路使用年限的增長(zhǎng)而加重，不但影響路況路貌，還容易造成道路的結(jié)構(gòu)性破壞，縮短其使用壽命。雨水及其他雜物還會(huì)沿裂縫進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，出現(xiàn)局部性損壞。

2.2 路面坑洼

一方面由于路基密實(shí)度不夠，導(dǎo)致路基不均勻沉降，引起局部下沉，隨著車(chē)載作用次數(shù)的增加，致使路面局部下沉；另一方面由于山區(qū)道路雨水常年堆積，有效的排水措施缺失，路面長(zhǎng)期在水浸泡下，黏合性能大大降低，導(dǎo)致路面石料層脫落等問(wèn)題發(fā)生。石料脫落會(huì)加劇對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更深層次的二次損傷，加劇后期因行車(chē)荷載導(dǎo)致的路面光面問(wèn)題的產(chǎn)生，且施工后的橫向接縫屬于較為薄弱的接觸面，同樣有石料脫漏的較大可能性，會(huì)導(dǎo)致表面抗滑性能受到影響[2]，出現(xiàn)路面坑洼現(xiàn)象，這將導(dǎo)致可正常行駛路面變窄，使山區(qū)道路極易發(fā)生擁堵現(xiàn)象，存在極大安全隱患。

2.3 路面沖溝

山區(qū)公路緊靠山體，在暴雨頻發(fā)地段，雨水裹攜泥石沖刷路面，大概率會(huì)對(duì)路面造成嚴(yán)重毀傷，形成大小不一縱橫交錯(cuò)的沖溝，沖溝切割路面，使路面變得支離破碎。沖溝路面不易進(jìn)行修復(fù)，給山區(qū)公路的使用與維護(hù)帶來(lái)極大的困難，若對(duì)沖溝不能采取相關(guān)措施，會(huì)對(duì)路面及路基結(jié)構(gòu)造成更大程度破壞。傍山而建的公路往往坡陡急彎多，雨水沖刷形成沖溝，會(huì)直接將路面基層裸露出來(lái)，造成路面面層瀝青混合料表面瀝青膜乳化失效，基層被沖刷破壞[3]，嚴(yán)重威脅山區(qū)公路結(jié)構(gòu)安全及行車(chē)安全。

2.4 功能衰減

山區(qū)公路的道路坡腳及臨時(shí)防護(hù)在經(jīng)受長(zhǎng)期的雨水沖刷侵蝕之后，會(huì)造成路基結(jié)構(gòu)的坍塌，危及道路行車(chē)安全。部分山區(qū)公路對(duì)坡面未做及時(shí)處理，在高溫多雨的環(huán)境下，坡面土壤迅速風(fēng)化，抗水性能變差，抗沖刷能力持續(xù)減弱，一旦遇到大規(guī)模的降水，阻塞公路路面。山區(qū)公路路面在水或凍融環(huán)境下，因行車(chē)荷載作用，進(jìn)入路面孔隙的水產(chǎn)生動(dòng)水壓力，水分通過(guò)運(yùn)動(dòng)逐漸深入到路面與路基的連接處，導(dǎo)致路面材料與路基結(jié)構(gòu)脫離，形成路面損壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致山區(qū)公路通行功能衰減。

3 山區(qū)公路水侵蝕病害成因

3.1 排水措施不完善

山區(qū)道路設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有綜合考量地表路面雨水及時(shí)排出，缺乏對(duì)路面排水設(shè)計(jì)，影響路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和滲透性。通過(guò)滲透井、盲井為主等方式進(jìn)行排水，導(dǎo)致山區(qū)路面受到地上水及地下水的侵蝕影響。另外，沒(méi)有做好路肩排水防護(hù)措施，導(dǎo)致出現(xiàn)樹(shù)枝、落葉等雜物堵塞問(wèn)題，引發(fā)路面積水。路面整體排水功能弱，排水體系不完善，無(wú)法排除多余水分，尤其在受到雨水、地下水和其他因素積水影響下，發(fā)生道路腐蝕問(wèn)題，阻礙交通通行。

3.2 接縫養(yǎng)護(hù)技術(shù)不到位

山區(qū)道路路面接縫處的填縫料老化也是引發(fā)水侵蝕病害的主要原因。雨水會(huì)沿道路表面沿縫滲入，從而侵蝕路面基層，破壞路面整體結(jié)構(gòu)。填縫料的老化體現(xiàn)在：當(dāng)路面板伸縮時(shí)，填縫料無(wú)法與原結(jié)構(gòu)繼續(xù)牢固地相黏接，致使脫落；無(wú)法因路面板的脹縮而伸縮，進(jìn)而被拉裂，導(dǎo)致雨水灌入，侵入基層，形成路面斷層，嚴(yán)重影響道路的使用年限。

3.3 缺乏定期養(yǎng)護(hù)工作

不同氣候條件和不同地理環(huán)境下的山區(qū)公路路面所呈現(xiàn)出的破壞情況完全不一樣。在山區(qū)公路的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，往往缺乏針對(duì)實(shí)際情況采取有效的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，未能定期開(kāi)展養(yǎng)護(hù)工作，無(wú)法形成科學(xué)合理的周期性養(yǎng)護(hù)管理，使得山區(qū)公路路面產(chǎn)生的病害無(wú)法及時(shí)得到救治，錯(cuò)過(guò)施工最佳時(shí)機(jī)。

3.4 無(wú)長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)規(guī)劃

山區(qū)公路的使用在某些方面也應(yīng)等同于高速公路，必須要進(jìn)行長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)工作。但是，現(xiàn)階段多數(shù)的山區(qū)公路管理缺少可操作性強(qiáng)的長(zhǎng)期性養(yǎng)護(hù)規(guī)劃，導(dǎo)致當(dāng)?shù)毓佛B(yǎng)護(hù)資源無(wú)法根據(jù)山區(qū)公路的病害控制情況合理地進(jìn)行資源分配，現(xiàn)有的管理人員及操作工人得不到合理安排，浪費(fèi)了人力資源。

4 山區(qū)公路防止水侵害的質(zhì)量控制措施

4.1 優(yōu)化S 型曲線及C 型曲線的超高過(guò)渡

山區(qū)公路的設(shè)計(jì)選線除要遵守常規(guī)的設(shè)計(jì)原則之外，還需要根據(jù)地形條件的復(fù)雜程度，公路等級(jí)的高低要求，綜合掌握所有的技術(shù)指標(biāo)，因地制宜地對(duì)其進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)。由于山區(qū)道路地形的限制，在施工過(guò)程中，難以避免地會(huì)出現(xiàn)S 型曲線以及C 型曲線。通常情況下，山區(qū)公路的緩和曲線長(zhǎng)度一般較小，對(duì)這兩種線型的曲線超高過(guò)渡，為使路容和排水方式更為合理優(yōu)化[4]，此時(shí)就不能采用常規(guī)的單曲線處理辦法，需要采用BIM 建模技術(shù)，對(duì)上述兩種曲線超高過(guò)渡的基本設(shè)計(jì)進(jìn)行深化調(diào)整與優(yōu)化。

4.2 以植被種植的方式固化水土

設(shè)計(jì)階段應(yīng)有效保證路面的寬度和厚度，保證其符合植被種植的條件，通過(guò)預(yù)先測(cè)算土壤中的含水量，進(jìn)一步種植護(hù)坡植被打下基礎(chǔ)，優(yōu)化路面小生態(tài)環(huán)境。邊坡兩側(cè)塹頂部位以及其他可種植區(qū)域植入適合當(dāng)?shù)赝寥酪约皻夂蛏L(zhǎng)的植被，可以鋪設(shè)草皮或者其他植物。據(jù)研究，混合噴播的方法在水土保持方面具有明顯成效，而且非常有利于邊坡穩(wěn)定[5]。另外，邊坡植被養(yǎng)護(hù)在山區(qū)公路建成后也應(yīng)列入長(zhǎng)期性的養(yǎng)護(hù)規(guī)劃，提高植被成活率的同時(shí)，達(dá)到保持水土的目的。

4.3 山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)要注意規(guī)避沿河地帶

沿河地帶的河水流量無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)估，遭遇雨季時(shí)，河水上漲，可能會(huì)引發(fā)山洪、泥石流等自然災(zāi)害。因此，山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)，要盡可能規(guī)避沿線河流，科學(xué)合理地分析當(dāng)?shù)氐募竟?jié)性水位情況，并合理設(shè)置山區(qū)道路的坡度，避免路面經(jīng)常遭到潮氣的侵蝕產(chǎn)生裂縫及坑洞，避免在空氣濕度大的環(huán)境下由于過(guò)大的坡度或道路濕滑而造成交通事故。部分山區(qū)暴雨多，沿線河流水位變化幅度大，因此，在山區(qū)如何善于利用地形布線，規(guī)避一些未知情況是其路線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

4.4 進(jìn)行預(yù)防性防護(hù)

一條符合標(biāo)準(zhǔn)的山區(qū)公路，在前75%的使用時(shí)間內(nèi)，公路性能會(huì)整體下降50%左右，因此，要在這75%的時(shí)間內(nèi)對(duì)公路進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。如果在這段時(shí)期內(nèi)未對(duì)山區(qū)公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在隨后的使用時(shí)間內(nèi)，山區(qū)公路的性能會(huì)驟降40%～50%，公路結(jié)構(gòu)性能損傷的同時(shí)，也使得山區(qū)公路養(yǎng)護(hù)成本大幅度地增加。預(yù)養(yǎng)護(hù)期間，采取有計(jì)劃性的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，提前對(duì)山區(qū)公路可發(fā)生的水侵蝕病害提前進(jìn)行綜合研判，有針對(duì)性地對(duì)山區(qū)公路重點(diǎn)部位、薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)加固與治理，形成社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益良好的山區(qū)公路使用環(huán)境。

4.5 及時(shí)采取措施預(yù)防水侵蝕病害

針對(duì)山區(qū)公路水侵蝕的病害問(wèn)題，當(dāng)?shù)毓范勿B(yǎng)護(hù)人員需提高警戒程度，在惡劣天氣及極端氣候過(guò)后，及時(shí)巡視路面情況，發(fā)現(xiàn)路面積水或排水不暢等情況，及時(shí)進(jìn)行疏通與清理，避免雨水滲入到路面路基，確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，應(yīng)預(yù)防油漬等其他不明流體進(jìn)入路基，產(chǎn)生更為復(fù)雜的路面病害，增加技術(shù)人員的工作難度。通常情況下，山區(qū)道路路面排水工作主要為疏通工作，管理人員巡查時(shí)，首先確保每個(gè)路段的排水裝置保持通暢，清理排水渠，加快山區(qū)公路的排水能力，若已經(jīng)造成裂縫等病害，應(yīng)及時(shí)派出技術(shù)人員進(jìn)行維修，使用科學(xué)合理的方法對(duì)路面水侵蝕進(jìn)行預(yù)防與控制，保證山區(qū)公路的使用質(zhì)量。

5 展望

管理部門(mén)目前已開(kāi)始重視山區(qū)公路病害防治與控制研究，但是，有很多已存在多年的山區(qū)公路需要做進(jìn)一步研究與梳理，探討其損失的價(jià)值，并投入大量資金去整修，本研究認(rèn)為：（1）進(jìn)一步建立統(tǒng)一的山區(qū)公路統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，納入盡可能多的公路信息，將不同的山區(qū)公路以數(shù)字化的形式展現(xiàn)在技術(shù)人員的移動(dòng)終端上，通過(guò)取長(zhǎng)補(bǔ)短，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)，能夠更快地獲得山區(qū)公路病害防治的最佳解決方案。（2）基于高質(zhì)量發(fā)展，山區(qū)公路的建設(shè)要積極研發(fā)新技術(shù)、新材料、新工藝，應(yīng)用于既有道路的修復(fù)升級(jí)、改建擴(kuò)建以及新規(guī)劃公路的建設(shè)，以期創(chuàng)造更好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。（3）在公路工程地質(zhì)勘察過(guò)程中充分研判當(dāng)?shù)厮h(huán)系統(tǒng)對(duì)山區(qū)公路的長(zhǎng)期影響，在山區(qū)公路的建設(shè)中采用環(huán)保型的工程措施，以保護(hù)環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，將建成后的山區(qū)公路融入當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)圈，使其減少對(duì)自然規(guī)律的影響，減輕病害發(fā)生概率。

6 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)公路途經(jīng)森林、河流等生態(tài)體系較為脆弱的地區(qū)，一旦當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境遭到破壞，基本很難得到恢復(fù)，這種破壞行為與國(guó)家的政策方針相違背，與國(guó)家“碳達(dá)峰碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)不相符。因此，在山區(qū)公路路線規(guī)劃時(shí)，不僅要注意規(guī)避當(dāng)?shù)睾恿?、森林等時(shí)，還要注意對(duì)當(dāng)?shù)匾吧鷦?dòng)物的保護(hù)，盡可能不產(chǎn)生動(dòng)物遷徙等行為，還應(yīng)在道路建設(shè)時(shí)采取綠色建造方式，在道路建成后盡可能恢復(fù)已破壞植被，條件允許時(shí)設(shè)置綠化帶?？傊?，將山區(qū)公路作為生態(tài)環(huán)境體系一部分，在防治山區(qū)公路病害出現(xiàn)的同時(shí)，更要維護(hù)山區(qū)的生態(tài)環(huán)境。