公路翻漿機理淺析及其治理方案初探

秦軍華

遼寧省第五地質大隊，遼寧 大石橋 115100

在北方，大約北緯40°以北，凍結深度大于1.1m以上的粘性土路基（尤其是2級公路的），每當開春凍層融化時，總有部分路段出現公路翻漿現象，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理，并提出治理方案。

1 公路翻漿機理淺析

公路翻漿的內因是地基土巖性特征及其水理性質；外因是冬季地基土凍結，并產生凍脹，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，使地基土達到過飽和狀態，地基承載力降低，經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特征∶翻漿路段地基土巖性多為粘性土類，即粉土、粉質粘土、粘土質粉砂，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。粉質土類的水理性質特征是：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條件∶翻漿路段多位于相對低洼或丘陵地區緩坡地帶，這些地帶的地基土內的地下水水位埋藏相對較淺，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）凍脹對地基土的破壞作用∶冬季地基土凍結，一般則產生凍脹，使地基土的孔隙比擴大，開春凍土融化后，土的結構破壞了，成為高壓縮性土，呈軟塑，流塑狀態，亦稱橡皮土。同時，由于地基土凍脹后，孔隙擴大，土的透水性增大，融化之初，地基土尚未被壓縮之時，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，在相對低洼或丘陵地區緩坡地帶，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，地基承載力降低。

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

到一定深度，如0.9m時，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層頂板向相對低洼處徑流排泄，并在低洼地帶富集，使該處地基土達到飽和—過飽和狀態，又由于凍賬對地基土孔隙比擴大，結構的破壞，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

治理路段翻漿的關鍵是能順利排泄地基土上部凍結層融化后地基土中的孔隙水，使之不能富集，保持地基土的原結構基本不變，路基承載力基本不變，就可根治路基翻漿。

圖1 礫石砂樁結構Fig.1 Gravel sand pile structure

2.1 礫石砂樁法

2.1.1 礫石砂樁結構

礫石砂樁結構如圖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：粉質粘土融化后下層;⑦礫石砂樁：起導水作用，結構：φ150～300mm，沖填礫石砂，礫石砂規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＜5，孔隙比＜0.6。

2.1.2 礫石砂樁的長度及其樁間距要求

樁長應根據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、地下水位埋深等相關。

（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）地基土內地下水影響半徑R∶R決定礫石砂樁中心間距，依據粉土滲透系數K經驗值，K=6×10-5cm/sim =0.052m/d，R=10.S.K0.5設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）應進行現場滲水試驗實測地基土的地基土內地下水影響半徑R確定礫石砂樁中心間距。

（5）通過計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。

若要具體實施，必須通過地基土凍層融化時取原狀土進行土工試驗，測試飽和含水量、壓縮試驗求得單位排水量和現場滲水試驗實測地基土的地基土內地下水影響半徑R及其滲透系數K，才能最后確定礫石砂樁的樁徑及其中心間距與樁長。

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

2.2 地下截水導水墻-礫石砂樁聯合法

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，由于春節坡頂地基土凍層融化，其融化的地基土內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地下水位低于地基土頂板時而富集，造成地基土達飽和—過飽和狀態，地基土承載力大大降低，重車碾壓造成路基翻漿(見下圖2)。

在公路坡頂緩坡處，（一般在緩坡出現相對平坦處）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；

V字型導水、截水墻下坡段為礫石砂樁滲水、導水層，其長度根據設計要求確定。

2.3 抬高路基法或換土法

當路基處于低洼地帶，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，只能抬高路基或將粉質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，其缺點是導水板只能導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，但是造價高。

圖2 地下截水導水墻-礫石砂樁聯合法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—測量放線—成孔—選料（礫石）—篩選礫石—清洗—填料（礫石）—檢測礫石砂樁承載力—清除場地浮渣—鋪設砂墊層—墊路基—鋪瀝青路面—交工驗收。

應注意的問題是：地基土碾壓工序完成后，才可施工礫石砂樁，否則，用刮平機找平時，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水性。

4 截水、導水墻施工工藝

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

根據翻漿路段坡度其位置應選在翻漿路段坡上1.0～1.5m處，截水、導水墻呈V字型，尖部在坡上部；截水、導水墻溝槽填礫石一定經振搗密實。

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計，提供路基土相關的工程地質、水文地質參數，查明地基的地層結構，巖土物理力學性質指標標準值，及水文地質參數。

（2）勘察的時間要求：選擇開春解凍時，地基土融化約40 cm后進行勘察為宜，因為這時能取出融化層的原狀土，從而可以測得地基土的最大含水量。

（3）查明相關資料,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構，巖性及其物理力學性質指標標準值，3 kg壓力下融化后地基土的單位排水量；③地下水位埋深、地基土下有無含水層及其巖性，地基土及含水層的滲透系數（進行現場滲水試驗求取）；④凍結深度，翻漿時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。

6 結語

綜上所述，礫石砂樁法是比較簡便、經濟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，在實踐中實驗施工一、二處路段后，才能得出最后結論。

[1] 漢周榮,趙明華.土力學地基與基礎[M]. 中國建筑工業出版社,1997.

[2] 曾國熙,盧肇鈞,蔣國澄,葉政青.地基處理手冊[M].中國建筑工業出版社,1997.

[3] 長春地質學院.土質學[M] .長春：長春地質學院,1963.