多雨地區(qū)高速公路路基翻漿病害檢測(cè)與處治技術(shù)研究

林棟 衛(wèi)濤 涂慧慧 萬(wàn)晨光

摘 要：為對(duì)多雨地區(qū)公路路基翻漿病害進(jìn)行處治，依托路面翻漿病害處治實(shí)際工程，選取某高速公路下行K893+412～K893+436翻漿路段，綜合運(yùn)用了路面縱斷高程檢測(cè)、彎沉檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)、路基地質(zhì)勘察檢測(cè)及中分帶挖探檢測(cè)方法，多方位對(duì)路基翻漿病害進(jìn)行檢測(cè)，分析翻漿成因并給出處治方案。檢測(cè)結(jié)果表明：沿線排水設(shè)施多處于堵塞或損壞狀態(tài)，路面排水不暢，路表雨水不能及時(shí)排走，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)存在大量水，路面局部沉陷;行車道存在裂縫，結(jié)構(gòu)層松散、脫空等。根據(jù)翻漿病害檢測(cè)結(jié)果，分析路面病害成因，提出了針對(duì)多雨地區(qū)高速公路路基翻漿病害的處治方案，為多雨地區(qū)高速公路路基翻漿病害檢測(cè)與處治提供了一定的工程參考和支撐。

關(guān)鍵詞：多雨地區(qū);道路工程;翻漿病害;多方位檢測(cè);處治技術(shù)

中圖分類號(hào)：U416.1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2022）1-0083-07

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.018

Study on Treatment Technology and Detection of Highway Subgrade Boiling in Rainy Regions

LIN Dong1? ? WEI Tao2? ? TU Huihui2? ? WAN Chenguang3

（1.Henan Expressway Development Corporation Ltd.，Zhengzhou 450052，China;2.Xingyang Branch Company， Henan Expressway Development Corporation Ltd.， Xinyang 464000，China;3.Henan Provincial Communications Planning & Design Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract：In order to treat the highway subgrade churning disease in rainy areas， the author relies on the actual engineering of pavement boiling disease treatment， and selects the K893+412～K893+436 road downhill section of a Expressway. Pavement vertical section elevation detection， deflection detection， radar detection， roadbed geological survey detection and mid-zone excavation detection methods， multi-directional detection of roadbed boiling disease， analysis of the cause of the boiling， and treatment plans are given. The test results show that the drainage facilities along the line are mostly blocked or damaged， the road drainage is not smooth， and the rainwater on the road surface cannot be drained in time， resulting in a large amount of water in the pavement structure and partial subsidence of the pavement; cracks in the carriageway， looses and empties structural layers. According to the detection results of frost disease and analyze the causes of pavement disease， the author proposes a treatment plan for highway roadbed frost disease in rainy areas， which provides a certain engineering reference and support for the detection and treatment of highway roadbed frost disease in rainy areas.

Keywords：rainy regions;road engineering;frost boil disease;multi direction detection;treatment technology

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，道路交通量增大，載重提升，公路路基翻漿病害（見(jiàn)圖1）層出不窮，尤其是在多雨地區(qū)。路基翻漿會(huì)致使路表出現(xiàn)“坑槽”、路基不均勻沉降等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響車輛行駛的安全性，若不及時(shí)對(duì)翻漿路段進(jìn)行處治，將會(huì)造成整條公路癱瘓。

針對(duì)公路路基翻漿病害的研究，嚴(yán)舒豪[1]進(jìn)行了道路路基翻漿冒泥試驗(yàn)與機(jī)理研究，分析了不同荷載作用、不同土性參數(shù)下地基翻漿冒泥發(fā)展規(guī)律，提出翻漿冒泥的判別準(zhǔn)則;劉成江[2]以季節(jié)性冰凍地區(qū)為例，分析了路基翻漿的原因，并提出了公路路基翻漿的處置和預(yù)防施工措施;Alobaidi和Hoare[3-4]在室內(nèi)開(kāi)展單軸試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，研究了高速公路路基與地基層交界面翻漿冒泥機(jī)理，通過(guò)循環(huán)加載試驗(yàn)，建立了翻漿冒泥量與循環(huán)變形量間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)翻漿冒泥量與路基永久變形量呈正比;谷憲明[5]通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)季凍區(qū)路基翻漿機(jī)理進(jìn)行了深入細(xì)致的研究;蔡袁強(qiáng)等[6]研究了交通循環(huán)荷載下地基中孔壓累積、翻漿冒泥與變形發(fā)展全過(guò)程，分析了粉質(zhì)黏土地基土成分、孔隙比等對(duì)路基翻漿冒泥發(fā)生的影響規(guī)律;安清等[7-13]研究了公路路基翻漿病害產(chǎn)生的原因，提出了科學(xué)有效的措施和相應(yīng)的技術(shù)處理措施及預(yù)防措施;王威等[14]研究了鐵路路基翻漿冒泥的發(fā)生機(jī)理，分析了普鐵和高鐵列車運(yùn)行速度、列車軸質(zhì)量、土的固結(jié)系數(shù)、固結(jié)應(yīng)力比和圍壓對(duì)翻漿冒泥的影響。Duong等[15]通過(guò)建立室內(nèi)物理模型，分析了影響鐵路路基翻漿病害的因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在路基土接近飽和狀態(tài)時(shí)，荷載引起的超孔隙水壓消散帶動(dòng)細(xì)顆粒向上遷移，從而導(dǎo)致路基翻漿。

目前關(guān)于高速公路路基翻漿病害檢測(cè)多采用彎沉與探地雷達(dá)相結(jié)合的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，很少會(huì)同時(shí)采用路面縱斷面高程檢測(cè)、彎沉檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)、路基地質(zhì)勘察檢測(cè)及中分帶挖探檢測(cè)等無(wú)損、有損相結(jié)合的多方位檢測(cè)技術(shù)。筆者依托多雨地區(qū)高速公路路基翻漿病害處治工程，對(duì)翻漿路段進(jìn)行全方位檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果提出相應(yīng)的處治方案，為實(shí)際工程提供一定的工程參考與支撐。

1 檢測(cè)內(nèi)容及方案

依托路面翻漿病害處治工程，對(duì)道路下行K893+412～K893+436翻漿路段進(jìn)行了路面縱斷高程檢測(cè)、路面彎沉檢測(cè)、路面雷達(dá)檢測(cè)、路基地質(zhì)勘察檢測(cè)及中分帶挖探檢測(cè)，主要檢測(cè)內(nèi)容如表1所示。

具體實(shí)施方案如下。

1.1 高程檢測(cè)

沿靠近中分帶護(hù)欄和硬路肩護(hù)欄2條標(biāo)線作為高程測(cè)量線，每條線長(zhǎng)100 m，以樁號(hào)K893+429重度翻漿點(diǎn)為中心，東、西各延伸50 m，以5 m為間隔。

1.2 彎沉檢測(cè)

選擇行車道、超車道和硬路肩3條中心線作為本檢測(cè)項(xiàng)目測(cè)線，每條測(cè)線長(zhǎng)170 m，以K893+429重度翻漿點(diǎn)為中心，向東延伸70 m、向西側(cè)延伸100 m，每條測(cè)線上相鄰兩測(cè)點(diǎn)之間的間距取10 m。

1.3 雷達(dá)檢測(cè)

在該翻漿路段沿行車道、超車道和硬路肩檢測(cè)3條線。同時(shí)，沿著翻漿位置和兩邊未翻漿位置，橫向檢測(cè)3條線。

1.4 地質(zhì)勘察檢測(cè)

在樁號(hào)K893+432超車道和K893+460行車道位置進(jìn)行地質(zhì)勘察檢測(cè)，鉆孔深度達(dá)到原地面以下2 m，同時(shí)在80 cm路床范圍、原地面附近及原地面以下開(kāi)展3次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

1.5 挖探檢測(cè)

在該翻漿路段選取兩處位置進(jìn)行挖探檢測(cè)，挖開(kāi)中央分隔帶至路床頂，記錄內(nèi)部防水排水設(shè)施狀況，并觀察是否有向路面結(jié)構(gòu)發(fā)展的滲水孔道。

2 檢測(cè)結(jié)果及分析

2.1 高程檢測(cè)結(jié)果及分析

各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于100 m標(biāo)高的相對(duì)高程隨樁號(hào)變化情況如圖2所示。

由高程檢測(cè)結(jié)果可知以下結(jié)論。

①該路段位于凹曲線底部位置，各測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程隨樁號(hào)變化情況與原設(shè)計(jì)圖紙基本相符，嚴(yán)重翻漿區(qū)域硬路肩邊緣和中分帶邊緣位置未發(fā)現(xiàn)路基整體沉陷問(wèn)題。

②K893+424～K893+434樁號(hào)范圍硬路肩邊緣位置（圖2中橢圓內(nèi)部區(qū)域）相對(duì)高程變化情況略有異常。K893+429處測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程偏低1～2 cm，該位置位于路面嚴(yán)重翻漿病害區(qū)域，從現(xiàn)場(chǎng)銑刨情況來(lái)看，可能與該區(qū)域路面結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重有關(guān)，存在局部沉陷病害。

2.2 彎沉檢測(cè)結(jié)果及分析

對(duì)行車道、超車道和硬路肩路表中線處的高密度布點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，得到路表彎沉檢測(cè)結(jié)果如圖3和表2至表5所示。

經(jīng)路表彎沉檢測(cè)結(jié)果分析可知以下結(jié)論。

①在K893+359～K893+529樁號(hào)范圍內(nèi)，超車道、行車道、硬路肩路表彎沉代表值分別為12.43（0.01 mm）、16.96（0.01 mm）、12.76（0.01 mm）。與超車道和硬路肩相比，行車道路面結(jié)構(gòu)整體狀況相對(duì)較差，強(qiáng)度和承載力相對(duì)較低。

②在翻漿病害較為嚴(yán)重的K893+409～K893+449樁號(hào)范圍內(nèi)，超車道、行車道、硬路肩路表彎沉代表值分別為12.96（0.01 mm）、18.36（0.01 mm）、13.10（0.01 mm）。與兩側(cè)相鄰路段相比，超車道和硬路肩路表彎沉代表值稍有增加，但增幅較小，表明該路段超車道和硬路肩路面結(jié)構(gòu)整體狀況相對(duì)較好;行車道路表彎沉代表值有較大增幅，表明該路段行車道路面結(jié)構(gòu)整體狀況相對(duì)較差。

2.3 雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果及分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選取K893+360～K893+530作為本路段重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)雷達(dá)波形圖分析，硬路肩、行車道和超車道路面結(jié)構(gòu)存在缺陷，具體病害范圍及位置如表6至表9所示。

由雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果可知以下結(jié)論。

①路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害主要集中于行車道，超車道與硬路肩內(nèi)部有零星病害分布，主要表現(xiàn)為裂縫、層間含水等。

②行車道路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害主要表現(xiàn)為裂縫、層間含水、結(jié)構(gòu)層松散、脫空等。除了已經(jīng)反射到路表的路段，其他路段出現(xiàn)病害的部位主要集中于瀝青中下面層、基層、底基層，各結(jié)構(gòu)層層間為病害多發(fā)區(qū)，且層間富含水分，由此表明各結(jié)構(gòu)層層間黏結(jié)狀況不良。

2.4 地質(zhì)勘察檢測(cè)

2.4.1 勘探孔位置布設(shè)。在病害路段內(nèi)共選取2個(gè)典型位置取樣分析，各勘探孔位置如表10所示。

2.4.2 鉆探現(xiàn)場(chǎng)描述。由于路面病害以行車道位置為主，為了真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)病害狀況，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)取芯部位在行車道選取1個(gè)孔位，在相鄰位置的超車道對(duì)應(yīng)選取1個(gè)孔位，取芯后再對(duì)芯樣外觀進(jìn)行描述記錄?，F(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)如圖4所示。ZK1和ZK2土樣如圖5所示。

根據(jù)鉆探ZK1、ZK2過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)情況，可得出如下結(jié)論。

①行車道、超車道路面結(jié)構(gòu)層厚度均為65 cm，與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一致;超車道基層芯樣基本完整（面層已銑刨），但結(jié)構(gòu)層層間無(wú)黏結(jié)，行車道路面結(jié)構(gòu)層無(wú)法取出完整芯樣。

②行車道鉆孔大約在0.15 m（面層與基層層間）及0.35 m（基層與底基層層間）深度處有較多水分滲出，且滲水速度較快，次日觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)孔壁泥漿滲出較多;上述層間位置在超車道鉆孔中未見(jiàn)滲水跡象。

③從外表觀察可知，路床土呈黃色，原地面處土樣呈灰色，猜測(cè)是由于原地面堆積了較多的腐殖質(zhì)，在進(jìn)行路基填筑時(shí)未對(duì)腐殖質(zhì)進(jìn)行處治。

2.4.3 現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)及土樣檢測(cè)分析。現(xiàn)場(chǎng)鉆探過(guò)程中，分別在路床范圍、原地面附近及原地面以下進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

由現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)及土樣檢測(cè)分析結(jié)果可知以下結(jié)論。

①探測(cè)深度范圍內(nèi)土樣工程分類均為粉質(zhì)黏土，不同深度處土樣含水率均處在20%～30%，原地面處土樣含水率較路床范圍內(nèi)土樣略有升高。

②與竣工資料地勘資料中的軟弱土相比，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間路基填土預(yù)壓，趨于穩(wěn)定，現(xiàn)狀路基填料及地基土密實(shí)程度和承載力較好，原地面深度處地基土密實(shí)程度和承載力略有降低，但仍呈硬可塑狀態(tài)。

③與行車道相比，超車道路床土密實(shí)程度和承載力相對(duì)較高，推測(cè)這與行車道路面結(jié)構(gòu)狀態(tài)較差，雨水從路面裂縫、坑槽滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致路床土含水率略有提升有關(guān)，土樣檢測(cè)分析結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。

④與超車道相比，行車道原地面及其以下地基土承載力相對(duì)更高，推測(cè)這與行車道交通量大、重載交通占比高、地基土壓實(shí)程度更高有關(guān)。

2.5 中分帶挖探檢測(cè)

為探究路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分尤其是路面結(jié)構(gòu)層間水分來(lái)源，探明中分帶排水設(shè)施狀況以及內(nèi)部是否有向路面范圍發(fā)展的滲水孔道，在K893+412～K893+436區(qū)域選取2處行車道病害最嚴(yán)重位置，對(duì)其相鄰的中分帶進(jìn)行挖探檢測(cè)，采用挖掘機(jī)和人工開(kāi)挖中分帶至路床頂，挖探情況如圖6所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)中分帶挖探及土樣檢測(cè)分析結(jié)果可知以下結(jié)論。

①兩處探坑均在挖至0.7 m深度處發(fā)現(xiàn)土工布，土工布整體完好，未發(fā)現(xiàn)明顯破損現(xiàn)象，較好地起到了阻止雨水進(jìn)一步下滲的作用，這與原設(shè)計(jì)文件是一致的，但土工布下部未發(fā)現(xiàn)碎石盲溝。

②在挖探過(guò)程中，未在中分帶土層中發(fā)現(xiàn)向兩側(cè)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)展的滲水孔道。從表觀觀察可知，不同深度處土層含水率大致處于同一水平，未發(fā)現(xiàn)含水率波動(dòng)較大的情況。

③中分帶土樣含水率為24.3%，塑性指數(shù)為16.7，液性指數(shù)為0.20，按照工程分類屬粉質(zhì)黏土，土樣檢測(cè)結(jié)果如表12所示。

由以上檢測(cè)結(jié)果可知，中分帶內(nèi)部防水設(shè)施狀態(tài)良好，不存在向兩側(cè)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)展的滲水孔道，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分并非由雨水通過(guò)中分帶下滲而來(lái)。

3 成因分析及處治方案

3.1 翻漿病害成因分析

通過(guò)對(duì)原道路的設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果綜合分析，將路面重度翻漿病害成因歸納如下。

3.1.1 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部含有大量水分。重度翻漿路段路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部及各結(jié)構(gòu)層間含有大量的水分，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分無(wú)法直接排出，在車輛荷載作用下在內(nèi)部形成動(dòng)水沖刷作用，使路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生一定程度的脫空。該地區(qū)雨水較多，使得脫空區(qū)域填充大量的雨水，在車輛荷載的進(jìn)一步作用下，形成唧泥、翻漿病害。

3.1.2 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分主要來(lái)源于路表雨水下滲。項(xiàng)目路床土和地基土經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間荷載碾壓，已趨于穩(wěn)定，密實(shí)程度和承載力良好。原地面深度處地基土密實(shí)程度和承載力略有降低，但仍呈硬可塑狀態(tài)，從土樣檢測(cè)分析結(jié)果可知，不存在路床土含水率過(guò)高、反滲到路面結(jié)構(gòu)中的情況。項(xiàng)目通車運(yùn)營(yíng)已接近15 a，路面結(jié)構(gòu)（南幅）使用性能進(jìn)入了快速衰減期。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可知，路面結(jié)構(gòu)存在較多的貫通裂縫，雨水通過(guò)裂縫、路面坑槽滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，且無(wú)法排出。

3.1.3 路面排水不暢，排水設(shè)施損壞、不完善。由于年久失修，沿線排水設(shè)施多處于堵塞或損壞狀態(tài)，導(dǎo)致路表雨水不能及時(shí)排走、局部區(qū)域存在路面積水的情況，給沿線車輛帶來(lái)危險(xiǎn)的同時(shí)，也為雨水下滲創(chuàng)造了條件。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，中央分隔帶內(nèi)部具有良好的防水措施，但未發(fā)現(xiàn)排水設(shè)施，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)未發(fā)現(xiàn)病害路段有橫向排水管引排中央分隔帶集水，且部分外側(cè)超高路段、中分帶未設(shè)縱向排水溝。坡面拱形骨架排水不暢，存在雨水通過(guò)拱內(nèi)填土部分滲入路基內(nèi)部的可能。

3.2 翻漿路段建議處治方案

3.2.1 重度翻漿路段。銑刨整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層，并挖除路床上部區(qū)域40～50 cm深度范圍內(nèi)的填土，路床土挖至外側(cè)邊坡，采用基層、底基層銑刨料或級(jí)配碎石回填，依次回鋪各路面結(jié)構(gòu)層，恢復(fù)邊坡防護(hù)。同時(shí)，根據(jù)病害路段具體情況，可設(shè)置中央分隔帶橫向排水管。

3.2.2 局部翻漿路段。針對(duì)局部翻漿路段，通過(guò)探地雷達(dá)等手段探明路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部脫空區(qū)域，對(duì)翻漿點(diǎn)進(jìn)行注漿，注漿孔鉆至水泥穩(wěn)定土層層底，注漿完成后，再對(duì)病害路段進(jìn)行相應(yīng)的銑刨重鋪處治，在銑刨過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)存在貫通裂縫等病害，應(yīng)對(duì)其開(kāi)展二次注漿。

3.2.3 路基防護(hù)和排水恢復(fù)。恢復(fù)沿線路基防護(hù)，清理、修復(fù)沿線排水設(shè)施。

4 結(jié)語(yǔ)

翻漿是多雨地區(qū)公路路基最常見(jiàn)的病害，嚴(yán)重影響車輛行駛的安全性和舒適性，降低道路使用壽命。筆者通過(guò)檢測(cè)分析路面翻漿病害，得出以下結(jié)論。

①做好路面防水排水工作。水是引起路面翻漿病害的重要因素，要注意及時(shí)將路面的積水清理干凈，保持路面的清潔和干燥。定期檢查邊溝，如果遇到雜草和淤塞阻礙排水時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除雜物;如果路面有積水，可以通過(guò)路肩橫溝或是人工方式進(jìn)行排除，日常養(yǎng)護(hù)時(shí)及時(shí)清除排水通道中的雜物，預(yù)防路肩積水。

②針對(duì)重度翻漿路段應(yīng)銑刨整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層，并換填路床，從根本上解決路面結(jié)構(gòu)積水、脫空、松散等病害，避免再次發(fā)生翻漿。

③針對(duì)局部翻漿路段，采用高聚物注漿或水泥注漿的方式排出結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分，并填充路面脫空區(qū)域，再進(jìn)行相應(yīng)的銑刨重鋪處治。在銑刨過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)存在貫通裂縫等病害，應(yīng)對(duì)其開(kāi)展二次注漿。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2021-10-18

作者簡(jiǎn)介：林棟（1994—），男，大專，研究方向：道路養(yǎng)護(hù)管理。

通信作者：萬(wàn)晨光（1988—），男，博士，高級(jí)工程師，研究方向：道路工程。