公路路基翻漿原因及預(yù)防養(yǎng)護(hù)方法淺析

李 芳

(山西省公路局長(zhǎng)治分局,山西 長(zhǎng)治 046000)

0 引言

在我國(guó)北方季凍地區(qū)，公路會(huì)因?yàn)闇夭詈退值脑蛞l(fā)多種病害，其中凍脹和翻漿是主要病害之一，同時(shí)在諸多工程建設(shè)中，凍脹和翻漿問題也成為確定基礎(chǔ)埋置深度的重要指標(biāo)。根據(jù)主管部門多年的統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)北方地區(qū)公路病害約有70%以上是凍脹翻漿造成的[1]。尤其是近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，運(yùn)煤車等大量超載車輛的出現(xiàn)，使這種病害的影響程度更加加劇。路基病害是經(jīng)常需要面對(duì)的問題，主要發(fā)生在路基土質(zhì)不良、潮濕、冰凍等地區(qū)，當(dāng)路基經(jīng)受水分侵蝕，在溫度作用下經(jīng)歷結(jié)冰化冰的過程時(shí)就會(huì)產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象。如果翻漿病害得不到及時(shí)處理，不僅會(huì)降低公路的使用壽命，還會(huì)危及行車安全。在對(duì)公路翻漿現(xiàn)象引起重視的同時(shí)，分析其產(chǎn)生的機(jī)理，并找出導(dǎo)致病害產(chǎn)生的原因，才能對(duì)癥下藥，采取預(yù)防養(yǎng)護(hù)方法加以預(yù)防和整治。

1 翻漿產(chǎn)生的機(jī)理

路基翻漿現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)綜合作用的結(jié)果，當(dāng)遇到土體的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征不當(dāng)時(shí)，極易產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象。在多雨季節(jié)，水分通過路基邊緣或者路面結(jié)構(gòu)，逐步深入到路基之中。等到冬天時(shí)，溫度下降，溫度的降低是從路面結(jié)構(gòu)開始，越往下溫度越高。路基下層土壤里的水分，在水分子牽引力的作用下，會(huì)向上層開始凍結(jié)的土壤中運(yùn)動(dòng)，在上層凍結(jié)區(qū)域的土基中聚集，致使土基上層水分大量增加。在瀝青混凝土路面，由于黑色路面感溫性比路肩土強(qiáng)得多，所以當(dāng)冬天溫度下降時(shí)，路面下的土比兩旁路肩下的土坡冷的要快，連同路基下部水分同路肩、邊坡下尚未凍結(jié)的土中的水分，都會(huì)向路面下已凍結(jié)區(qū)土壤中聚集，因而路面下聚集水分特別多，土體中水分增多會(huì)破壞土體受力骨架，減低土體承載強(qiáng)度。當(dāng)溫度升高土壤化冰時(shí)，路面下的土又比路肩下的土融化的快，在路面之下會(huì)形成融化盆，化凍后的水分難以排出，處在兩層強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)之間，在行車作用下容易形成翻漿[2]。如圖1所示為春季路基上層化冰之后形成融化盆，在行車荷載作用下，路基土體不斷變形，壓實(shí)度降低，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，并在荷載的作用下，出現(xiàn)鼓包、開裂、冒漿等現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)路面造成極大的破壞，最終出現(xiàn)翻漿。

2 翻漿影響因素分析

2.1 水分對(duì)翻漿的影響

水是導(dǎo)致路基翻漿的必要條件，路面結(jié)構(gòu)在使用過程中會(huì)產(chǎn)生微裂縫，聚集在路面結(jié)構(gòu)和路旁的積水通過路面微裂縫或土質(zhì)邊溝滲入路基當(dāng)中，導(dǎo)致路基含水量增大，強(qiáng)度下降。當(dāng)路肩修建在地下水位較高或者兩側(cè)有灌溉的農(nóng)田時(shí)，按照水分遷移聚集原理，冬季隨著氣溫下降水分會(huì)向路基頂部聚集，凍結(jié)成冰。同時(shí)，土壤中的氣態(tài)水也會(huì)在土基頂部和路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)聚集，主要是由于水分以氣態(tài)在溫差作用下向上運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。當(dāng)春季溫度升高時(shí)，土壤中融化的水分導(dǎo)致公路路基含水量較大，當(dāng)水分不能及時(shí)排水時(shí)，就會(huì)引起土壤強(qiáng)度下降，產(chǎn)生翻漿。

2.2 土質(zhì)的影響

土體是路基產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象的基礎(chǔ)，不同的土質(zhì)發(fā)生翻漿病害的嚴(yán)重程度不同。粉性土是最容易產(chǎn)生翻漿病害的土體，由于顆粒較細(xì)，毛細(xì)作用較強(qiáng)，導(dǎo)致毛細(xì)水上升快，水分在溫差作用下會(huì)產(chǎn)生聚流作用，導(dǎo)致土體中水位較高，同時(shí)土體結(jié)構(gòu)也會(huì)因?yàn)樗值脑龆鄬?dǎo)致強(qiáng)度下降，發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。相比之下，粘性土發(fā)生毛細(xì)作用較輕，主要是因?yàn)檎承酝撩?xì)通道較小，毛細(xì)水上升速度慢，如果進(jìn)入土基的水分不足很難發(fā)生翻漿，但是在進(jìn)入土基的水分充足時(shí)，毛細(xì)作用就會(huì)持續(xù)進(jìn)行，毛細(xì)水上升高。此外，在富含腐殖質(zhì)或易溶鹽的粘性土和粉性土中，受到滲透壓的作用，容易造成水分的聚集，容易發(fā)生翻漿病害。

2.3 行車荷載的影響

行車荷載是導(dǎo)致路基路面出現(xiàn)翻漿病害的直接原因，水分在溫差作用和毛細(xì)作用下產(chǎn)生聚集，只有在受到荷載作用才會(huì)出現(xiàn)鼓包、開裂、冒漿。特別是在山西地區(qū)，由于運(yùn)煤車輛較多，行車荷載普遍較大，而且存在車輛超載現(xiàn)象，在縱坡或者彎道時(shí)，車輛剎車次數(shù)多，極易造成翻漿現(xiàn)象。

2.4 道路管理的影響

在路基施工中，由于管理不善，在路基施工完沒有對(duì)壓實(shí)度和含水量進(jìn)行測(cè)定，導(dǎo)致路基含水量過大、壓實(shí)度不夠，導(dǎo)致水分容易進(jìn)入路基之中，造成翻漿隱患。公路在使用過程中，路面積水及邊溝積水不及時(shí)排除，路面出現(xiàn)的反射裂縫、坑槽等病害不及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，都容易造成水分的進(jìn)入，也容易引發(fā)公路路基翻漿病害。

3 預(yù)防養(yǎng)護(hù)方法

3.1 做好防排水工作

公路路基的排水主要從設(shè)計(jì)施工中和后期的養(yǎng)護(hù)中入手。路基設(shè)計(jì)要遵循“防治結(jié)合，以防為主”的準(zhǔn)則，在干燥地段進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的同時(shí)提前做好預(yù)防道路翻漿的施工，例如采用透水性良好的砂礫石進(jìn)行路基的填筑，設(shè)計(jì)路基排水結(jié)構(gòu)物，在路基中設(shè)置隔離層，防止路面水下滲，提高路基高度等。如圖2所示為路基設(shè)計(jì)時(shí)增加排水暗溝，用于排出地下水。對(duì)于施工中經(jīng)常遇到的裂縫水、層間水、淺層水等，可以采用切斷、攔截等技術(shù)進(jìn)行改善，例如，加深邊溝，設(shè)置滲溝、滲管及滲井，來降低地下水位。

在日常養(yǎng)護(hù)工作中需要及時(shí)清理路面積水，保持路面清潔，定期對(duì)邊溝進(jìn)行巡查，當(dāng)遇到淤塞和雜草導(dǎo)致排水不暢時(shí)，及時(shí)進(jìn)行清除，并保證邊溝滿足排水縱坡的需求。在土質(zhì)邊坡，易受到流水沖刷時(shí)，可以增設(shè)涵洞、漿砌片石或混凝土邊溝、急流槽等排水設(shè)施。對(duì)于路基當(dāng)中的積水可以采取在路肩上開挖橫溝的方式來排出，橫溝間距盡量不要太長(zhǎng)，一般在10 m左右，對(duì)于路面積水時(shí)，采用人工或者路肩橫溝的方式來清除，在平時(shí)養(yǎng)護(hù)時(shí)及時(shí)清理排水通道的堵塞物，防止路肩積水。

3.2 控制行車荷載

對(duì)于行車荷載的控制上主要分為限載和分流措施。在道路管理上，嚴(yán)格查處車輛超載情況，特別是對(duì)于大型的運(yùn)煤車，對(duì)于翻漿頻發(fā)的路段，在春季融冰季節(jié)合理對(duì)車輛進(jìn)行分流，盡可能降低車輛荷載的作用次數(shù)，避免承受較多的車輛荷載負(fù)擔(dān)，便于路基中水分有充足的時(shí)間進(jìn)行縱橫向排除，預(yù)防翻漿病害的產(chǎn)生。

3.3 換填土層

通過分析土質(zhì)對(duì)于路基翻漿的影響，可以發(fā)現(xiàn)粉土和粘性土對(duì)路基翻漿的形成有強(qiáng)烈的影響。但是砂土，由于含水量少，并且毛細(xì)水上升高度小，在強(qiáng)度性能方面更優(yōu)，因此對(duì)于頻繁發(fā)生翻漿的地區(qū)，優(yōu)先選用砂性土。當(dāng)遇到土質(zhì)不良時(shí)，可以采用利用砂性土來換填不良土。通常將路基上層50 cm左右的土層挖出，用水穩(wěn)性較好的砂性土進(jìn)行換填，并保證壓實(shí)度符合要求。在翻漿嚴(yán)重路段，將不符合要求的土體挖除，填入水穩(wěn)性能良好的砂礫料并壓實(shí)[3]。填料要求級(jí)配好、強(qiáng)度高，對(duì)于水穩(wěn)類基層，要控制水泥的用量，防止反射裂縫的出現(xiàn)，加劇路表水分的下滲，對(duì)于有特殊要求的路段，可以考慮添加外摻劑，然后重鋪路面結(jié)構(gòu)層，并增設(shè)隔水層、防凍層等。

3.4 加強(qiáng)施工及養(yǎng)護(hù)管理

試驗(yàn)證明路基填土在80%～90%壓實(shí)度時(shí)，路基土凍脹率最大，大于此密度時(shí)，凍脹幾率減小，則翻漿的幾率也會(huì)降低，因此在施工過程中嚴(yán)格要求路基的壓實(shí)度指標(biāo)；在路面結(jié)構(gòu)上選用整體性好的石灰土、水泥穩(wěn)定砂礫等半剛性結(jié)構(gòu)層，并在各結(jié)構(gòu)層之間增設(shè)防凍層、隔溫層，有利于降低路基的翻漿病害。

養(yǎng)護(hù)單位需要及時(shí)巡查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)龜裂、鼓包、車轍等破損狀況時(shí)，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，按照養(yǎng)護(hù)計(jì)劃定期進(jìn)行路面和邊坡排水溝的加固養(yǎng)護(hù)。在降雨集中的秋季，需要重點(diǎn)檢查排水，保證公路排水良好，使路基保持干燥；在春季，冰雪初融時(shí)，要對(duì)出現(xiàn)翻漿預(yù)兆的重點(diǎn)路段進(jìn)行搶防，遏制路段發(fā)展成為翻漿病害，必要時(shí)，采用井點(diǎn)降水法降低地下水位；在夏季，對(duì)出現(xiàn)翻漿的路段進(jìn)行徹底地處理。

4 結(jié)語

路基的翻漿病害主要是由于水分和溫差作用形成的，本文在分析翻漿的產(chǎn)生機(jī)理中，研究了土質(zhì)、水分、荷載以及施工養(yǎng)護(hù)管理對(duì)路基翻漿的影響。針對(duì)預(yù)防養(yǎng)護(hù)方法主要從施工設(shè)計(jì)管理、養(yǎng)護(hù)管理、加強(qiáng)路基排水、換填土層等方面展開論述，強(qiáng)調(diào)在養(yǎng)護(hù)過程中排水的重要性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通過合理的方法，可以有效減輕路基翻漿病害的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn):

[1] 肖 璇.東北季節(jié)冰凍地區(qū)公路凍脹與翻漿病害研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2014.

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[3] 王麗黎，高志華.水分遷移引起的季節(jié)性冰凍路基病害及防治措施[J].山西建筑，2014，40(32):141-143.