公路翻漿機(jī)理淺析及其治理方案初探

秦軍華

遼寧省第五地質(zhì)大隊(duì)，遼寧 大石橋 115100

在北方，大約北緯40°以北，凍結(jié)深度大于1.1m以上的粘性土路基（尤其是2級(jí)公路的），每當(dāng)開春凍層融化時(shí)，總有部分路段出現(xiàn)公路翻漿現(xiàn)象，該段路基遭到破壞，使公路不能正常使用。年年需要維修治理，耗資不菲也不能根治。此文淺析公路翻漿機(jī)理，并提出治理方案。

1 公路翻漿機(jī)理淺析

公路翻漿的內(nèi)因是地基土巖性特征及其水理性質(zhì)；外因是冬季地基土凍結(jié)，并產(chǎn)生凍脹，春季解凍后，由于凍脹地基土孔隙比増大，地基土的地下水在低洼路段得以富集，使地基土達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，地基承載力降低，經(jīng)車輛碾壓作用而造成翻漿。

（1）翻漿路段地基土巖性及其水理性質(zhì)特征∶翻漿路段地基土巖性多為粘性土類，即粉土、粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂，的粉粒組，粒徑0.05～0.005mm，含水量大于50%，其孔隙比大于砂性土。粉質(zhì)土類的水理性質(zhì)特征是：容水性、持水性大于給水性和透水性，亦即其所含的水不易流失，所以路基土的飽和度大些。

（2）路基翻漿路段的地形地貌及水文地質(zhì)條件∶翻漿路段多位于相對(duì)低洼或丘陵地區(qū)緩坡地帶，這些地帶的地基土內(nèi)的地下水水位埋藏相對(duì)較淺，易接受上游地下水徑流在此匯聚而富集，使地基土中的含水量增大。地基土變軟。

（3）凍脹對(duì)地基土的破壞作用∶冬季地基土凍結(jié)，一般則產(chǎn)生凍脹，使地基土的孔隙比擴(kuò)大，開春凍土融化后，土的結(jié)構(gòu)破壞了，成為高壓縮性土，呈軟塑，流塑狀態(tài)，亦稱橡皮土。同時(shí)，由于地基土凍脹后，孔隙擴(kuò)大，土的透水性增大，融化之初，地基土尚未被壓縮之時(shí)，地基土中的重力水由于重力作用則向地下水位低的地帶徑流排泄，在相對(duì)低洼或丘陵地區(qū)緩坡地帶，匯聚而富集，使地基土中的含水量增大。地基土變軟。呈軟塑，流塑狀態(tài)，地基承載力降低。

（4）凍土層解凍機(jī)制及翻漿機(jī)理∶在北方（北緯42°以北），冬季凍結(jié)深度以上地基土被凍結(jié)，一般隨著緯度的提高（高寒地區(qū)除外），凍結(jié)深度加大，遼寧營(yíng)口為1.1～1.2m，吉林為1.31m（通化）2.09m(扶余)。

到一定深度，如0.9m時(shí)，中間埋深0.9m以下總留有一層，那怕其厚僅有2 cm，則該未融化的凍結(jié)層便成了隔水層，阻隔了其上層地基土孔隙中的水向下滲透排泄，僅能由于重力作用地下水沿著尚未融化的凍低洼處結(jié)層頂板向相對(duì)低洼處徑流排泄，并在低洼地帶富集，使該處地基土達(dá)到飽和—過(guò)飽和狀態(tài)，又由于凍賬對(duì)地基土孔隙比擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)的破壞，地基土承載力大大降低，承受不了路面重載車輛的碾壓，將稀泥擠出而造成翻漿。

2 治理方案

治理路段翻漿的關(guān)鍵是能順利排泄地基土上部?jī)鼋Y(jié)層融化后地基土中的孔隙水，使之不能富集，保持地基土的原結(jié)構(gòu)基本不變，路基承載力基本不變，就可根治路基翻漿。

圖1 礫石砂樁結(jié)構(gòu)Fig.1 Gravel sand pile structure

2.1 礫石砂樁法

2.1.1 礫石砂樁結(jié)構(gòu)

礫石砂樁結(jié)構(gòu)如圖1。其中：①瀝青路面厚5 cm;②路基;③透水砂墊層;④地基土：粉質(zhì)粘土融化后上層;⑤起隔水作用的尚未融化的凍層;⑥地基土：粉質(zhì)粘土融化后下層;⑦礫石砂樁：起導(dǎo)水作用，結(jié)構(gòu)：φ150～300mm，沖填礫石砂，礫石砂規(guī)格視地基土巖性而定，一般礫石砂d =2～20mm，磨圓度、粉選好，不均勻系數(shù)＜5，孔隙比＜0.6。

2.1.2 礫石砂樁的長(zhǎng)度及其樁間距要求

樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)地基土凍層天然含水量、液限含水量、塑限含水量，礫石砂樁的孔隙度及凍層頂板埋深、地基土的滲透系數(shù)、地下水位埋深等相關(guān)。

（1）地基土融化上部排泄的水量VP： VPmax=（Wsy－Wp）×VγVPmax融化后最大排水量（m3）Wsy飽和含水量（%）Wp天然塑限含水量（%）。

（2）地基土內(nèi)地下水影響半徑R∶R決定礫石砂樁中心間距，依據(jù)粉土滲透系數(shù)K經(jīng)驗(yàn)值，K=6×10-5cm/sim =0.052m/d，R=10.S.K0.5設(shè)S=3m，R=10×3×0.0520.5=6.84m

（3）礫石砂樁中心間距L=R/2=3.42m

（4）應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)實(shí)測(cè)地基土的地基土內(nèi)地下水影響半徑R確定礫石砂樁中心間距。

（5）通過(guò)計(jì)算可以初步確定礫石砂樁中心間距L=2.5m，樁徑φ=0.1～0.25m為宜。

若要具體實(shí)施，必須通過(guò)地基土凍層融化時(shí)取原狀土進(jìn)行土工試驗(yàn)，測(cè)試飽和含水量、壓縮試驗(yàn)求得單位排水量和現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)實(shí)測(cè)地基土的地基土內(nèi)地下水影響半徑R及其滲透系數(shù)K，才能最后確定礫石砂樁的樁徑及其中心間距與樁長(zhǎng)。

（6）礫石砂樁法適應(yīng)條件∶地基土凍結(jié)前其地下水位低于凍結(jié)層底板至少0.5m以下，若其地下水位高于凍結(jié)層底板，則礫石砂樁亦隨之凍結(jié)，春天解凍礫石砂樁就起不到排水作用；適應(yīng)粉土、粉土質(zhì)粘土的地基土所含的地下水為孔隙潛水、滯水，地下水位低于凍結(jié)層底板；適用于相對(duì)平坦地帶—沖積平原一、二級(jí)階地。

2.2 地下截水導(dǎo)水墻-礫石砂樁聯(lián)合法

此法適用于丘陵地域緩坡降低路段翻漿的治理方案，在丘陵地域緩坡處，由于春節(jié)坡頂?shù)鼗羶鰧尤诨?，其融化的地基土?nèi)的重力水沿尚未融化的凍層頂板向坡下滲流至翻漿路段的地基土內(nèi)地下水位低于地基土頂板時(shí)而富集，造成地基土達(dá)飽和—過(guò)飽和狀態(tài)，地基土承載力大大降低，重車碾壓造成路基翻漿(見(jiàn)下圖2)。

在公路坡頂緩坡處，（一般在緩坡出現(xiàn)相對(duì)平坦處）在地基土持力層修筑一道V（V字尖在坡上）型中軸垂直于公路軸線的截水、導(dǎo)水，厚1.0～1.5m，深1.0～1.6m，由磨園度好的d=2～4mm的園礫填筑并搗實(shí)；

V字型導(dǎo)水、截水墻下坡段為礫石砂樁滲水、導(dǎo)水層，其長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。

2.3 抬高路基法或換土法

當(dāng)路基處于低洼地帶，地下水埋藏淺，地基土融化后上述方法不能降低地下水位時(shí)，只能抬高路基或?qū)⒎圪|(zhì)粘土軟弱部分換成碎石、粗砂降低地下水位，不能形成翻漿并能提高路基承載力。

2.4 排水板法

可以排除春天地基土融化后多余的地下水，其缺點(diǎn)是導(dǎo)水板只能導(dǎo)水不能容納更多的水。

2.5 擠密碎石砂樁法

擠密碎石砂樁法是軟土路基常用的路基加固處理的方法，效果很好，但是造價(jià)高。

圖2 地下截水導(dǎo)水墻-礫石砂樁聯(lián)合法Fig. 2 Combinationmethod of underground water guide wall and gravel sand pile

3 礫石砂樁施工工藝

工藝流程：清除翻漿路面與路基至地基土原狀土層—測(cè)量放線—成孔—選料（礫石）—篩選礫石—清洗—填料（礫石）—檢測(cè)礫石砂樁承載力—清除場(chǎng)地浮渣—鋪設(shè)砂墊層—墊路基—鋪瀝青路面—交工驗(yàn)收。

應(yīng)注意的問(wèn)題是：地基土碾壓工序完成后，才可施工礫石砂樁，否則，用刮平機(jī)找平時(shí)，必將礫石砂樁頂部破壞。浮土難以清理，不清理浮土，必將影響礫石砂樁的透水導(dǎo)水性。

4 截水、導(dǎo)水墻施工工藝

工藝流程：清除翻漿路面與路基至地基土原狀土層—挖截水、導(dǎo)水墻溝槽—填礫石截水、導(dǎo)水墻—鋪設(shè)砂墊層—碾壓—墊路基—碾壓—鋪瀝青路面—交工驗(yàn)收。

根據(jù)翻漿路段坡度其位置應(yīng)選在翻漿路段坡上1.0～1.5m處，截水、導(dǎo)水墻呈V字型，尖部在坡上部；截水、導(dǎo)水墻溝槽填礫石一定經(jīng)振搗密實(shí)。

5 治理前巖土工程勘察要求

（1）勘察的目的：為治理公路翻漿的設(shè)計(jì)，提供路基土相關(guān)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)參數(shù)，查明地基的地層結(jié)構(gòu)，巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，及水文地質(zhì)參數(shù)。

（2）勘察的時(shí)間要求：選擇開春解凍時(shí)，地基土融化約40 cm后進(jìn)行勘察為宜，因?yàn)檫@時(shí)能取出融化層的原狀土，從而可以測(cè)得地基土的最大含水量。

（3）查明相關(guān)資料,其中包括：①查明翻漿路段的地形地貌條件；②查明翻漿路段地基土地層結(jié)構(gòu)，巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，3 kg壓力下融化后地基土的單位排水量；③地下水位埋深、地基土下有無(wú)含水層及其巖性，地基土及含水層的滲透系數(shù)（進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)滲水試驗(yàn)求取）；④凍結(jié)深度，翻漿時(shí)尚未融化層的埋深及其厚度。

（4） 勘探孔間距及孔深 ：勘探孔間距7～8m，孔深4～8m，每處翻漿路段勘探孔不得少于5個(gè)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礫石砂樁法是比較簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)宜行的治理路段翻漿的方案。但適用條件有局限性。

上述的治理方案筆者僅是從理論上分析論述，在實(shí)踐中實(shí)驗(yàn)施工一、二處路段后，才能得出最后結(jié)論。

[1] 漢周榮,趙明華.土力學(xué)地基與基礎(chǔ)[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

[2] 曾國(guó)熙,盧肇鈞,蔣國(guó)澄,葉政青.地基處理手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

[3] 長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院.土質(zhì)學(xué)[M] .長(zhǎng)春：長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院,1963.