柴明堂，馬 騰，李國玉，牛富俊，陳 敦，杜青松，齊舜舜，周 宇，曹亞鵬

（1.寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.中國科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

新藏公路是G219 國道的一部分，北起新疆喀什地區(qū)葉城縣，南至西藏日喀則市拉孜縣查務(wù)鄉(xiāng)，在此與中尼公路相連接，共計(jì)2 140 km，又稱葉拉公路［1］。作為五條進(jìn)藏公路之一，是現(xiàn)階段連接新疆和西藏的唯一通道，既是通往西藏地區(qū)重要的人員、物資運(yùn)輸線路，又是一條具有重要戰(zhàn)略意義的公路，是中巴、中印邊境附近唯一的交通要道和補(bǔ)給線［2］。新藏公路沿線地形地勢起伏較大，一些路段時(shí)常出現(xiàn)極端降水、大量融雪、河道地形變遷等自然現(xiàn)象，加之強(qiáng)烈的凍融作用，自通車以來，新藏公路沿線滑坡、泥石流、水毀、巖堆體等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，使得道路產(chǎn)生了一系列路基路面病害［3］。在新藏公路修建初期，受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等條件的限制，全線幾乎未設(shè)置排水、橋涵等工程防護(hù)構(gòu)筑物，全線大多數(shù)路段的路面材料就地取材，基本為土石路面，隨著沿線各類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育，道路狀況日益惡化，威脅著公路的正常運(yùn)營。在后續(xù)的道路維護(hù)及改建過程中，對(duì)路基路面進(jìn)行了重修和拓寬，顯著降低了各類病害的發(fā)生率，極大提高了行車舒適性，與此同時(shí)，公路沿線環(huán)境因素對(duì)道路病害的影響程度并未減弱，在季節(jié)性凍融和太陽輻射作用下，瀝青路面易發(fā)生劣化，產(chǎn)生裂縫［4］。由此可見，掌握新藏公路各類病害的分布特征、相互影響及其與環(huán)境因子之間的關(guān)系，對(duì)于探究病害成因和分析病害發(fā)展規(guī)律具有重要意義。

高海拔地區(qū)道路病害率普遍高于普通地區(qū)，尤其是在多年凍土區(qū)，由于高溫-高含冰量凍土的強(qiáng)度低、溫度敏感性高、可壓縮性大等特征，使得路基路面的病害率較高。道路病害與路基高度有一定的關(guān)系，路基過低或過高都將造成路面病害的形成［5-6］，路基變形能夠引起路面裂縫的產(chǎn)生，通過研究路面裂縫的發(fā)展變化規(guī)律，能夠?yàn)榱芽p防治提供參考依據(jù)［7］。目前對(duì)于新藏公路路基路面病害方面的研究較少，但現(xiàn)有研究基本掌握了病害的整體分布特征及其主要影響因素。通過現(xiàn)場調(diào)查，學(xué)者們獲取了新藏公路路面病害類型、發(fā)生情況、分布規(guī)律，并對(duì)其形成原因、發(fā)育特征、變化趨勢等方面進(jìn)行了較為全面的分析，同時(shí)提出了病害防治的工程措施和相關(guān)建議，對(duì)于科學(xué)、客觀認(rèn)識(shí)新藏公路病害奠定了基礎(chǔ)［8-9］。

除了道路本身以外，新藏公路沿線的工程地質(zhì)條件也與道路病害息息相關(guān)［10］，通過對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的歸納和分類，由統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，一些地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡、泥石流、水毀等，能夠誘發(fā)一定的道路病害［11］。一直以來，高海拔地區(qū)的公路病害形成與環(huán)境因子的影響密不可分，高海拔地區(qū)往往伴隨著惡劣天氣，氣溫呈現(xiàn)夏高冬低的特征，路面經(jīng)歷著顯著的季節(jié)性凍融循環(huán)，降雨、輻射、氣溫等環(huán)境要素影響著路面病害的形成與發(fā)展［12-13］。有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，在青藏公路的一些路段，天氣因素是路面病害產(chǎn)生和發(fā)展不可回避的原因［14］；也有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，在新疆地區(qū)一些城市干道，路面病害的發(fā)展規(guī)律與溫度有關(guān)［15］。

新藏公路全線分布著多種道路病害，影響著道路的安全運(yùn)營，而目前針對(duì)新藏公路病害特征方面的研究文獻(xiàn)較少，已有文獻(xiàn)主要對(duì)特定路段的病害進(jìn)行了定性描述，對(duì)于沿線病害整體分布特征暫未見系統(tǒng)性調(diào)查，對(duì)于病害之間及其與影響因素之間定量關(guān)系的研究也未見報(bào)道。因此，有必要對(duì)公路沿線的病害進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，查明病害的產(chǎn)生原因、發(fā)育特征以及各類病害之間相互影響關(guān)系。本文以每公里為單位進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，獲取了新藏公路累積2 140 km 的路面病害分布特征，定量統(tǒng)計(jì)了不同病害之間的相互關(guān)系，通過收集調(diào)查路段沿線的地表溫度、植被覆蓋度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析了路面病害與環(huán)境因素的關(guān)系，通過本文分析，系統(tǒng)掌握了整個(gè)新藏公路沿線的病害分布特征及其與影響因素的定量關(guān)系，為路面病害研究積累了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，既為新藏公路病害的防治提供可靠依據(jù)，同時(shí)對(duì)未來新藏地區(qū)公路的設(shè)計(jì)、修建和養(yǎng)護(hù)制定方案。

1 研究區(qū)域概況

新藏公路全長2 140 km，起點(diǎn)位于新疆葉城縣，最終在西藏日喀則拉孜縣查務(wù)村與該地區(qū)的中尼公路相連接（圖1），途徑葉城縣、日土縣、噶爾縣、普蘭縣、仲巴縣、薩嘎縣、昂仁縣、拉孜縣。沿線平均海拔4 500 m 以上，最低點(diǎn)海拔3 610 m，位于賽圖拉，最高點(diǎn)海拔5 342 m，位于界山達(dá)坂，高差為 1 732m。新藏公路沿線年平均降雨量區(qū)域差異性較大，葉城縣約為50 mm，拉孜縣約為340 mm，整體趨勢從西北往東南遞增；年平均氣溫也呈現(xiàn)出區(qū)域性變化特征，葉城縣約為14 ℃，拉孜縣約為7.0 ℃［16］。沿線湖泊和河流較多，路基過水現(xiàn)象頻繁，一些路段受到泥石流、沖積扇等地質(zhì)現(xiàn)象的影響。新藏公路沿線絕大部分路段屬于高山山嶺、寬闊河谷和山原盆地地貌，沿線海拔高、氣候寒冷，第四紀(jì)松散堆積物較厚，地下水埋藏淺，在大部分高山區(qū)廣泛發(fā)育了多年凍土，主要集中在日土至新疆區(qū)界段，還有部分地區(qū)零星分布有融區(qū)、島狀凍土、深季節(jié)凍土等，同時(shí)部分路段存在比較嚴(yán)重的翻漿、雪害、崩塌、泥石流、水毀等道路病害和不良地質(zhì)現(xiàn)象［17］。

圖1 新藏公路位置示意圖Fig.1 Location of the Xingjiang-Tibet Highway

2 研究方法

本文采用現(xiàn)場調(diào)查的方法，于2021 年7—8 月對(duì)新藏公路進(jìn)行了病害調(diào)查，按公里為調(diào)查單元獲取了2 140 km 長度范圍內(nèi)的7 種路面病害，對(duì)各類病害的單位記錄為m·km-1，表示每公里的調(diào)查單元內(nèi)此類病害的影響長度。在調(diào)查過程中，為了消除路面狀況對(duì)各類病害的影響，將路面狀況較好和較差的路段分開進(jìn)行研究，將路面狀況分為：最新（路面平整無破損、路緣石完好，路況最好）、較新（路面和路緣石有輕微破損，路況較好）、較舊（路面開裂、瀝青老化、路緣石破損，路況較差）、最舊（路面嚴(yán)重破損、沉降變形嚴(yán)重、路緣石缺失，路況最差）。在對(duì)各類病害占比統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同病害之間的相關(guān)性進(jìn)行了定量分析，并通過收集沿線的地表溫度、植被等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，http：//www.gscloud.cn），分析了不同路面狀況路段的病害與環(huán)境因子之間的關(guān)系，最終根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對(duì)新藏公路沿線病害的形成過程進(jìn)行了定性描述，本文技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線圖Fig.2 Technical flowchart

3 新藏公路路面病害分布特征

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTG 5210—2018）》中規(guī)定的路面損毀類型，本文通過對(duì)新藏公路沿線的病害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)新藏公路存在的主要路面病害類型有橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫、沉陷、龜裂、修補(bǔ)和車轍這7 種（圖3、圖4）。沿線病害在地形地貌、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造等影響因素的作用下，數(shù)量和類型常年居高不下，且各類路面病害之間相互作用明顯，一種病害往往會(huì)伴隨著其他病害的發(fā)展而產(chǎn)生。由路面狀況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，路面狀況最新的路段有496 km，占調(diào)查路段總長度的28.9%；有885 km 路段的路面較新（路況較好），占調(diào)查路段總長度的51.5%；有307 km 路段的路面較舊（路況較差），占調(diào)查路段總長度的17.8%。此次調(diào)查中病害較多的路段主要集中分布在阿卡孜達(dá)坂、塞力亞克達(dá)坂、康西達(dá)瓦板附近、噶爾縣至象泉河段、公珠錯(cuò)附近、仲巴縣至薩嘎段。

圖3 新藏公路路面病害分布圖（葉城縣至噶爾縣段）Fig.3 Distribution of pavement damages along the Xinjiang-Tibet Highway（Yecheng-Gaer）

圖4 新藏公路路面病害分布圖（噶爾縣至薩嘎縣段）Fig.4 Distribution of pavement damages along the Xinjiang-Tibet Highway（Gaer-Saga）

整體來看，季節(jié)凍土區(qū)的路況普遍好于多年凍土區(qū)，新藏公路多年凍土區(qū)道路病害以路基不均勻沉降為主，在路基沉降過程中，隨之而來的還有路面裂縫的產(chǎn)生。日土縣至賽力亞克達(dá)坂之間分布有大片多年凍土，此區(qū)域路段的病害發(fā)生率明顯高于其他路段，沉陷、龜裂、塊狀裂縫的發(fā)生范圍顯著高于季節(jié)凍土區(qū)，但新藏公路季節(jié)凍土區(qū)路段的橫向裂縫和縱向裂縫顯著高于多年凍土區(qū)。

具體來看，沉陷主要集中分布在阿卡孜達(dá)坂、三十里營房至喀喇昆侖之間；修補(bǔ)主要集中在阿卡孜達(dá)坂、喀喇昆侖附近；龜裂主要集中分布在阿卡孜達(dá)坂至賽力亞克達(dá)坂、三十里營房至喀喇昆侖之間、薩嘎縣、仲巴縣附近；塊狀裂縫主要集中在三十里營房至喀喇昆侖之間、薩嘎縣、仲巴縣附近；橫向裂縫和縱向裂縫在全線均有分布，二者呈現(xiàn)緊密相關(guān)的趨勢。

通過計(jì)算路面破損率能夠定量反映整個(gè)路段的病害分布情況，路面破損率DR 的計(jì)算公式如下［39］：

式中：Ai為調(diào)查路段路面各類破損中第i類路面破損的調(diào)查面積（m2）；A為調(diào)查路段路面的實(shí)際調(diào)查面積（m2）；wi為第i類路面破損的權(quán)重或換算系數(shù)，取自《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTG 5210—2018）》。

整個(gè)調(diào)查路段的破損率計(jì)算結(jié)果如圖5～6 所示，在2 140 km 長的研究路段中，路面破損率平均值為2.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為4.5%，破損率最高為29.9%。將路面病害分布與路面破損率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可知，在整個(gè)調(diào)查路段，路面病害分布較多路段的路面破損率也相對(duì)較高，路況條件較差。由破損率分布圖可知，多年凍土區(qū)路段的路面破損率普遍高于季節(jié)凍土區(qū)，主要集中在阿卡孜達(dá)坂、賽力亞克達(dá)坂附近、三十里營房至喀喇昆侖之間；季節(jié)凍土區(qū)路面破損率較高的路段主要集中在公珠錯(cuò)附近、仲巴縣至薩嘎縣之間。

圖5 新藏公路路面破損率分布（葉城縣至噶爾縣段）Fig.5 Distribution of distress ratio along the Xinjiang-Tibet Highway（Yecheng-Gaer）

圖6 新藏公路路面破損率分布（噶爾縣至薩嘎縣段）Fig.6 Distribution of distress ratio along the Xinjiang-Tibet Highway（Gaer-Saga）

根據(jù)病害調(diào)查結(jié)果，分別計(jì)算了各種病害的發(fā)生率（病害路段長度/總調(diào)查路段長度，如圖7），由結(jié)果可知，在整個(gè)研究路段的所有病害中，裂縫類病害（橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂）的發(fā)生率最高，依次為58.3%、32.9%、34.1%，對(duì)新藏公路影響程度最大；塊狀裂縫影響程度次之，病害發(fā)生率為20.7%；沉陷和修補(bǔ)影響程度較小。

圖7 各類病害發(fā)生率占比Fig.7 Percentage of occurrence ratio in each pavement damage

4 新藏公路路面病害相關(guān)性分析

對(duì)各類病害之間相關(guān)性做統(tǒng)計(jì)分析后，由圖8可知，橫向裂縫與縱向、網(wǎng)狀裂縫、龜裂、沉陷之間呈現(xiàn)正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)性系數(shù)分別為0.629、0.484、0.230、0.089；縱向裂縫與網(wǎng)狀裂縫、龜裂、沉陷和修補(bǔ)之間呈現(xiàn)正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.494、0.295、0.180、0.081；網(wǎng)狀裂縫與龜裂、沉降和修補(bǔ)之間呈現(xiàn)正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)性系數(shù)分別為0.567、0.263、0.132；龜裂與沉陷和修補(bǔ)呈現(xiàn)正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)性系數(shù)分別為0.504、0.240；修補(bǔ)與車轍呈現(xiàn)正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)性系數(shù)為0.099。

圖8 各類病害相關(guān)性矩陣圖Fig.8 Correlation matrix diagram of each pavement damage

通過對(duì)新藏公路沿線各類病害分布特征及規(guī)律分析，可以看出，不同類型的路面病害都不是孤立存在的，一種道路病害的發(fā)生，往往會(huì)伴隨著其他一種或幾種道路病害的形成和發(fā)育，這些不同類型的道路病害之間互相影響、彼此作用，最終使得路面病害整體加劇，路面破損率增大，從而影響整體路況，降低了通行能力和行車安全性。鑒于整個(gè)新藏公路橫向裂縫和縱向裂縫的占比最大，因此首先對(duì)橫向裂縫和縱向裂縫與其他病害的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9 所示，由圖可知，橫向裂縫和縱向裂縫與塊狀裂縫、龜裂呈現(xiàn)二次正相關(guān)，在病害影響長度較大的路段，上述四類病害同時(shí)存在的現(xiàn)象較為普遍。

圖9 橫向裂縫、縱向裂縫與塊狀裂縫、龜裂之間關(guān)系擬合結(jié)果（m·km-1表示每公里路段病害的影響長度，下同）Fig.9 Relationship of transverse cracking，longitudinal cracking and alligator cracking（m·km-1 means the influence length of pavement damage on each kilometer，the same as follows）

橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫與沉陷、龜裂的擬合關(guān)系如圖10 所示。隨著三類主要裂縫病害的增加，沉陷和龜裂迅速增長，在橫向裂縫、縱向裂縫和塊狀裂縫較多的路段，龜裂普遍較多，而沉陷的分布特征與龜裂略有不同，在季節(jié)凍土區(qū)路段沉陷較少，在多年凍土區(qū)路段沉陷較多。

圖10 三類裂縫與龜裂、沉陷之間關(guān)系擬合結(jié)果Fig.10 Relationship of crackings，alligator and settlement

塊狀裂縫、龜裂與沉陷和修補(bǔ)的關(guān)系如圖11所示。沉陷、修補(bǔ)與裂縫類病害的相關(guān)性較小，路面修補(bǔ)一般是針對(duì)路面裂縫較多、破損嚴(yán)重的路段進(jìn)行相應(yīng)處理，因此在整體路面破損率較高的路段，修補(bǔ)通常較多。根據(jù)上述各病害之間相關(guān)性擬合函數(shù)，說明了多種病害之間存在著正相關(guān)，一種路面病害的形成與發(fā)展往往影響著其他病害的產(chǎn)生，從而表現(xiàn)出不同病害之間有著相似的函數(shù)關(guān)系。

圖11 塊狀裂縫、龜裂與沉陷、修補(bǔ)之間擬合關(guān)系Fig.11 Relationship of block cracking，alligator cracking，settlement and patching

多種病害之間的擬合函數(shù)及相關(guān)性統(tǒng)計(jì)值反映了不同病害之間的相互影響和彼此作用，從擬合結(jié)果可以看出，多種病害之間存在正相關(guān)，四種裂縫類病害（橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫、龜裂）之間的相關(guān)性最高，說明各類裂縫并不是單獨(dú)存在，而是相互影響、同時(shí)存在，而且不同類型的裂縫之間存在一定的相互轉(zhuǎn)化，如橫向裂縫和縱向裂縫在病害發(fā)展的后期會(huì)在一定程度上轉(zhuǎn)化成塊狀裂縫。

5 新藏公路路面病害與環(huán)境因素關(guān)系

由于整個(gè)新藏公路海拔較高，因此沿線呈現(xiàn)出溫差大、輻射強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)于瀝青路面的耐久性產(chǎn)生了顯著影響，通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在一些新鋪路段出現(xiàn)了明顯的路面裂縫。在496 km 路況最好路段中，縱向裂縫和橫向裂縫的占比分別為40.0%和21.8%，網(wǎng)狀裂縫和龜裂幾乎沒有；在885 km 的路況較好路段中，橫向裂縫、龜裂和縱向裂縫的占比分別為63.0%、38.6%和30.1%；在307 km 路況較差的路段中，橫向裂縫和龜裂占比分別為70.2%和58.0%。因此可以推斷，裂縫類病害的產(chǎn)生與地表溫度、太陽輻射等環(huán)境因素具有一定的關(guān)系。

5.1 地表溫度

地表溫度主要跟海拔和植被覆蓋度有關(guān)，相同條件下，植被覆蓋度越高，地表溫度越低。本文獲取的地表溫度分辨率為500 m，通過收集數(shù)據(jù)可知，沿線夏季地表溫度最低為16.0 ℃，最高為45.8 ℃，平均溫度為33.0 ℃，在路況最好的路段中，選取橫向裂縫和縱向裂縫的發(fā)生率與夏季地表溫度進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖12 所示。由結(jié)果可知，在新藏公路沿線，即便是路況最好的路段，夏季地表溫度與橫向裂縫和縱向裂縫的發(fā)生率呈線性相關(guān)，隨著地表溫度的升高，上述兩種路面病害的病害率增加。

圖12 路況最新路段地表溫度與橫向裂縫（a）和縱向裂縫（b）擬合關(guān)系［圖中無病害表示沒有發(fā)生橫向裂縫（a）或縱向裂縫（b）但有其他病害的路段，下同］Fig.12 Relationship of ground surface temperature，transverse cracking and longitudinal cracking with the best pavement condition ［the no damage in legend means there is no transverse cracking and not longitudinal cracking but has other damages in（a）and（b），respectively，the same as follows］

在路況較好路段中，橫向裂縫、塊狀裂縫的病害發(fā)生率與夏季地表溫度的擬合結(jié)果如圖13所示，上述病害與夏季地表溫度存在線性正相關(guān)，即在地表溫度較高的路段，橫向裂縫和塊狀裂縫的發(fā)生率普遍高于地表溫度較低的路段。通過對(duì)比同一種病害的不同發(fā)生程度可知，在路況較好路段中，0～100 m·km-1和100～200 m·km-1的病害發(fā)生率普遍高于＞200 m·km-1的病害發(fā)生率，由此可知，病害程度較輕的路段占比較在路況較差路段中，橫向裂縫、縱向裂縫的病害發(fā)生率與夏季地表溫度的擬合結(jié)果如圖14所示，上述病害的發(fā)生率與夏季地表溫度呈正相關(guān)，且路況較差路段病害中＞200 m·km-1的部分在整體路段的占比高于路況較好和路況最好路段。通過對(duì)比各種路況可知，路況越好，裂縫類病害的發(fā)生率與夏季地表溫度的線性相關(guān)性越強(qiáng)，原因在于這些路段的路面一般為新鋪路面，其病害處于形成初期階段，而到病害發(fā)展后期，隨著行車荷載的增加，受其他因素的影響較大，病害種類更多、存在方式更為復(fù)雜，很難將一種病害單獨(dú)分開進(jìn)行研究。

圖13 路況較新路段地表溫度與橫向裂縫（a）和塊狀裂縫（b）擬合關(guān)系Fig.13 Relationship of ground surface temperature，transverse cracking and block cracking with a better pavement condition

圖14 路況較差路段地表溫度與橫向裂縫（a）和縱向裂縫（b）擬合關(guān)系Fig.14 Relationship of ground surface temperature，transverse cracking and longitudinal cracking with a worse pavement condition

5.2 地表年溫差

通過收集地表溫度數(shù)據(jù)可知，沿線地表年溫差最低為32.5 ℃，最高為69.0 ℃，平均年溫差54.1 ℃。在路況最好路段中，產(chǎn)生橫向裂縫的路段占比為40%，產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫和龜裂的路段極小，在所有分布有橫向裂縫的路況最好路段中，0～100 m·km-1占比為57.6%，100～200 m·km-1占比為33.1%；在路況較好路段中，產(chǎn)生橫向裂縫的路段占比為61.3%，產(chǎn)生龜裂路段的占比為37.3%，在所有分布有橫向裂縫的路況較好路段中，0～100 m·km-1占比為69.8%，100～200 m·km-1占比為23.4%；在路況較差路段中，產(chǎn)生橫向裂縫和龜裂路段占比分別為70.8%和60.5%，產(chǎn)生縱向裂縫病害路段占比為49%，在所有分布有橫向裂縫的路況較差路段中，0～100 m·km-1占比為66.5%，100～200 m·km-1占比為18.8%，所有分布有龜裂的路況較差路段中，0～100 m·km-1和100～200 m·km-1占比分別為70.0%、25.9%。

整體來看，在新藏公路沿線所有路面病害中，橫向裂縫與地表年溫差的線性關(guān)系最顯著，在各類路況的路段中，路況越好，橫向裂縫的病害率與地表年溫差線性關(guān)系越顯著。本文選取了路況最好、路況較好、路況較差三種路況，對(duì)每種路況中地表年溫差與橫向裂縫、縱向裂縫和龜裂的相關(guān)性進(jìn)行了擬合（圖15～16），由結(jié)果可知，與夏季地表溫度類似，各類病害與地表年溫差呈線性正相關(guān)，即年溫差越大的路段，各類病害發(fā)生率相應(yīng)越高。

圖15 路況最好（a）和路況較差（b）路段年溫差與橫向裂縫擬合關(guān)系Fig.15 Relationship of ground surface temperature and transverse cracking with the best and worse pavement condition

圖16 路況較好路段地表溫度與橫向裂縫（a）和縱向裂縫、龜裂（b）擬合關(guān)系Fig.16 Relationship of ground surface temperature，transverse cracking，longitudinal cracking and alligator cracking with a better pavement condition

5.3 植被

植被指數(shù)的高低反映著地表植被覆蓋程度的大小，在整個(gè)新藏公路沿線，植被覆蓋度普遍較低，植被指數(shù)最低為0，最高為0.55，平均為0.13。由于植被指數(shù)與地表溫度具有相關(guān)性，因此植被指數(shù)與病害的關(guān)系和地表溫度與病害的關(guān)系具有相似性。在所有病害中，與歸一化植被指數(shù)呈線性相關(guān)的病害為橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂（圖17），除縱向裂縫與植被指數(shù)呈現(xiàn)線性正相關(guān)之外，橫向裂縫和龜裂與植被指數(shù)呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)。通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，縱向裂縫主要分布在路堤高度較高的路段，部分路段存在著地表徑流滲入路堤的現(xiàn)象。在新藏公路沿線植被覆蓋度高的路段，地表受流水沖蝕和泥石流影響較小，不良地質(zhì)現(xiàn)象少，地表溫度低、年溫差小，因此路面病害發(fā)生率低于植被覆蓋度低的路段。

圖17 路況最好（a）和路況較差（b）路段植被指數(shù)與病害擬合關(guān)系Fig.17 Relationship of vegetation index and pavement damages with the best and worst pavement condition

6 討論

高海拔地區(qū)公路所在的區(qū)域可分為季節(jié)凍土區(qū)和多年凍土區(qū)，相比于普通地區(qū)，季節(jié)凍土區(qū)的公路病害類型相差不大，常見的路面病害類型有裂縫（包括橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫和龜裂）、修補(bǔ)、松散、車轍等［18］。但是，在季節(jié)凍土區(qū)，相同條件下的病害發(fā)生率遠(yuǎn)高于普通地區(qū)，調(diào)查顯示，新藏公路橫向裂縫、縱向裂縫、塊狀裂縫和龜裂發(fā)生的路段分別占調(diào)查路段的38.18%、39.29%、20.30%和51.58%，而在普通地區(qū)，這一比例只有10%左右［19］。而多年凍土區(qū)公路的路面病害主要由路基的不均勻沉降引起，車轍、松散、修補(bǔ)等病害的發(fā)生率高于季節(jié)凍土區(qū)［20］。

高海拔地區(qū)公路路面最常見的病害為裂縫，其主要成因與環(huán)境要素息息相關(guān)。由于多年凍土區(qū)公路所處海拔普遍較高（多為4 000 m 以上），太陽輻射強(qiáng)、路面溫差大，導(dǎo)致瀝青材料老化速率加快，更易出現(xiàn)各類裂縫。在路面新鋪后，早期病害的類型較為單一，但隨著運(yùn)營時(shí)間的增加，一種病害的形成和發(fā)展往往伴隨著其他病害，比如，橫向裂縫和縱向裂縫同時(shí)形成以后，塊狀裂縫也將形成，在塊狀裂縫的發(fā)展過程中，龜裂也隨之形成。本文嘗試著對(duì)已有調(diào)查數(shù)據(jù)中各類裂縫病害的相關(guān)性進(jìn)行了擬合，為后續(xù)多年凍土區(qū)路面病害的相互關(guān)系研究提供一種思路和方法，至于方程形式的確定，需要基于更多更精細(xì)的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

路基病害的成因則有所不同，路基不均勻沉降主要與多年凍土密切相關(guān)，主要出現(xiàn)在凍土地溫和含冰量較高的路段。除此以外，各類病害的出現(xiàn)還與車輛荷載、人類活動(dòng)等因素有關(guān)，隨著新藏公路這條邊防公路的持續(xù)運(yùn)營，來往車輛數(shù)量逐年增多，車輛荷載也是病害產(chǎn)生的重要影響因素。從新藏公路病害發(fā)展過程來看，在路面新鋪以后，大量路面最先出現(xiàn)橫向裂縫，隨著運(yùn)營時(shí)間的增加，縱向裂縫隨后出現(xiàn)，接著塊狀裂縫、龜裂等病害也會(huì)出現(xiàn)，在某些病害易發(fā)路段，新鋪路面運(yùn)營3～5年以后，將產(chǎn)生較多的路面病害，路面狀況較差（圖18）。

圖18 路面病害發(fā)展階段［新鋪路面（a）；橫向裂縫出現(xiàn)（b）；縱向裂縫出現(xiàn)（c）；塊狀裂縫（A）、龜裂（B）、修補(bǔ)出現(xiàn)（C）（d）］Fig.18 Development process of pavement damages ［new pavement（a）；transverse cracking（b）；longitudinal cracking（c）；d-block cracking（A），alligator cracking（B）and patching（C）（d）］

7 結(jié)論

本文通過現(xiàn)場調(diào)查，獲得了新藏公路葉城—拉孜段2 140 km 路段的7 種路面病害，通過統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性分析的方式研究了各類病害的分布特征及其相關(guān)性，分析了路面病害與地表溫度、高程、植被等環(huán)境因子的相互關(guān)系，所得主要結(jié)論如下：

（1）通過2021 年最新調(diào)查數(shù)據(jù)可知，整個(gè)新藏公路有496 km 的路段路面狀況最好，占調(diào)查路段總長度的28.9%；有885 km 的路段路面狀況較好，占調(diào)查路段總長度的51.5%；有307 km 的路段路面狀況較差，占調(diào)查路段總長度的17.8%。新藏公路路面破損率的平均值為2.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為4.5%，破損率最高為29.9%，季節(jié)凍土區(qū)的路況普遍好于多年凍土區(qū)，多年凍土區(qū)道路病害以路基不均勻沉降為主。

（2）新藏公路沿線所有不同類型的病害都不是孤立存在的。一種病害的發(fā)生會(huì)伴隨其他道路病害的形成和發(fā)育，這些不同類型的道路病害互相影響、彼此作用，最終使得路面病害進(jìn)一步加劇，從而影響公路通行能力，甚至影響行車安全性。其中，橫向裂縫與縱向裂縫、塊狀裂縫之間的正相關(guān)性最高，相關(guān)性系數(shù)分別為0.629 和0.484；縱向裂縫與塊狀裂縫之間的正相關(guān)性最高，相關(guān)性系數(shù)為0.494；塊狀裂縫與龜裂之間的正相關(guān)性最高，相關(guān)性系數(shù)為0.567；龜裂與沉陷之間的正相關(guān)性最高，相關(guān)性系數(shù)為0.504。

（3）新藏公路病害發(fā)生率最高為橫向裂縫（58.3%），在496 km 路況最好的路段中，橫向裂縫發(fā)生的路段占比最大，為40%。新藏公路路面病害與地表溫度、海拔、植被等環(huán)境要素具有相關(guān)性，路面病害與地表溫度和植被指數(shù)呈線性正相關(guān)，路況越好，各類病害與環(huán)境因素的相關(guān)性越高，這些路段的病害處于發(fā)展初期，病害之間的影響極其微弱，隨著路況劣化，病害的發(fā)生規(guī)模和影響范圍逐漸增大。