浅析北方道路翻浆的形成原因及防治措施

杜长城,高 鹏

(佳木斯市路桥工程有限公司)

1 道路翻浆对公路的危害

翻浆是我国北方地区道路上所特有的病害现象之一。在行车荷载反复作用下道路会产生弹软、裂纹、鼓包、车辙、冒泥浆等翻浆现象,这些翻浆现象严重地破坏路面,使行车打坞,降低车速,损坏车辆机件,耗费燃料,影响交通运输,从而对国民经济的发展有一定的危害作用。

2 道路翻浆的成因

冬季路基开始结冻,不断向深处发展、上下层形成了温度坡差。在负温区内,土中毛细水、自由水首先结冻,薄膜水逐渐移向冰晶体而结冻,于是该处土粒周围的水膜减薄而剩余了许多表面能,增加了从水膜较厚的土粒处吸温的能力。土中温度高处的水分便向上移动,补充低温处土粒薄膜水的转移。在正温区内,下层水分向零度等温线附近移动,气态水由于冷处比暖处气压小而移向冰晶体,凝成液态水而结冰;毛细水通过毛细作用上升移向冰晶体,部分冻结,部分转变为薄膜水以补给负温区的水分转移,从而造成大量水分积聚在土基上层。由于气候的变化,零度等温线不断下移,形成一层、两层或多层聚冰层。土基中水分冻结后体积膨胀,由于土质不均匀,使路面冻死或冻胀隆起。

春季气温回升到 0℃以上,土基开始解冻,由于路面导热性大,路中的融解速度较两侧快,水份不易向下及两侧排泄,土基上层呈现过湿状态。当融解到聚冰层时,土基的湿度有时会超过液限。土基承载力极低,在车辆通过时稀软的泥浆便会沿着开裂的路面缝隙挤出或形成较深的车辙和鼓包,即形成了翻浆。

3 道路翻浆的防治方法

3.1 提高路基高度

路基高度不足容易产生翻浆,应根据不同地区、气候、水文、土壤等情况确定路基的填筑高度,在多年冻土地区路基的填方高度不宜小于 1m,如果受地形限制,路基填高不够时,应铺保温隔离层,隔温材料可采用碎渣、炉渣等材料,防止热融对冻土的破坏。在土质不良的平原地区,如低洼、沼泽地带等,水文条件差,路基高出原地面不多时,往往两侧地表长期受积水影响,地下水位又较高,路基上部土壤经常受水浸湿,春融时节,易发生翻浆。通过提高路基高度的方法,使路基上层土壤远离地表水和地下水,毛细水就上升不到路基上部,冻结时,聚冰层的水分也大为减少,路基上层土壤就能保持干燥,同时也免受漫水和冬季雪埋现象的发生,有利于路基排水。

3.2 选择适宜的填筑材料

在路基高度满足要求后,还要选择良好的填筑材料,采用合理的填筑方法,加强路基压实工作,以确保施工质量。

(1)选择非冻胀性材料。路基填筑应尽量选用粗粒土壤,不宜选用粘土、重粘土之类毛细作用强,冻胀性大的材料,这些土毛细水上升高度大,速度快,渗水性弱,冻结时聚冰严重,含水量大时易造成翻浆。严禁使用含有机质的腐植土,沼泽地带的塔头草等不要作为路基填筑材料。

(2)采用合理的填筑方法。不同土质应分层填筑,透水性差的土填筑在下面时,其表面应做成一定横坡,并将透水性差的土填在斜面下部;在纵向使用不同土质填筑相邻路堤,为防止发生不均匀变形应将交接处作成斜面,并将透水性差的土填在斜面下部;为保证水分蒸发和排除,路堤不宜被透水性差的土层封闭;根据强度和稳定性的要求,合理安排不同土层的层位。

(3)加强路基的压实工作。实践证明,经过压产的土体,其塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等都有明显改善。压实工作的组织应以压实原理为依据,以尽可能小的压实功能获得良好的压实效果为目的,注意以下几点：

①压实机具应先轻后重,以便能适应逐渐增长的土基强度;

②碾压速度宜先慢后快,以免引起疏松土推挤拥起;

③压实机具的运行线路一般直线段应从路缘向路中心,再从中心向两旁顺次碾压,以使形成路拱。弯道设有超高坡度时,由低一侧向高一侧碾压,以便形成单向超高坡度。碾压时,相邻 迹(轮或印)应重叠 1/3左右(15～20cm),对振动压路机一般重叠 40～50cm使各点都得到压实,避免产生不均匀沉陷;

④经常注意并检查土的含水量及压实度,并视需要采取相应措施。最佳含水量约控制在无塑限土的塑限含水量的0.65倍;塑性土可用相当于塑性限度的含水量。压实机具的单位压力不应超过土的强度极限,否则会引起土基破坏。

3.3 加强路基排水

水是造成道路翻浆的基本原因,由于地表水,地下水不能及时排除,水分渗入路基,造成路基土湿度过大,失去稳定性。加强路基排水,就是要采取各种措施,把水流排出路基,降低路基土壤中的地下水位,减轻冻结时水分聚集,使路基上层土壤保持干燥。对于地表水主要采取设置边沟、截水沟、排水沟、桥涵构造物等,对于地下水采取的主要措施有盲沟、截水暗沟、立式渗井等。

3.4 铺砂砾垫层

铺砂砾垫层是防治翻浆常用的方法,施工方便,效果良好。其作用：(1)可以减少地下水的毛细上升,在冰冻时不会聚冰。(2)路基上层土壤将化冻时期的多余水分含蓄在砂层内,又可排出去,粗砂或中砂即使在含水饱和时也是稳定的。(3)砂垫层可作为路面的一个加强基层,可提高道路整体强度。(4)消除和减轻不均匀冻胀,现象的发生。

3.5 换土

路基内填入了易于翻浆的土壤,大量水分就会聚流到路基上层,造成路基土壤湿软,在行车作用下,轻者路面弹簧,重者冒出泥浆。要彻底根治,可以采取换土的方法：具体作法是,将路基中的泥浆和腐植土清除掉,换填入新鲜的好土(毛细水上升高度少;渗水性较强,聚冰较轻的土壤),使路基上层土壤经常保持干燥,有利于防止路基冻胀,从而提高了路基的强度和稳定性。

换土最好选用砂砾,或炉渣。应改变以往的老观念：认为填石头就能根治翻浆,基实不然,如 2005年省道哈肇公路工程,路基翻浆处填了许多大石头,满以为这样做可以根治翻浆,结果不但没达到预想效果,反而翻浆越来越严重,甚至石头都被挤出来了。分析其原因得知,石头在泥浆中发滑,在行车作用来回揉压,如“擀面”一样,结果泥浆被压挤出来,石头又被挤走了。

3.6 设路基盲沟

盲沟的作用是排除春融期路基化冻的多余水分,并能降低路基中的地下水位,还能截断或排除地下含水层中流向路基的水分,使路基上层土壤保持干燥,达到防治翻浆的目的。

3.7 铺石灰土

铺石灰土是一种效果良好,即经济又实用的防治翻浆措施,石灰和土掺合后压实,变成强度很高的石灰土,硬结成半刚性的板体,能均匀传布车辆压力,防止土基变形和翻浆。如 2004年国道主干线哈尔滨至方正段A7标段土建工程,由于雨水大,使局部路基土方弹软翻浆,采用了铺石灰土的方法,改变了路基弹软状态,弯沉值也满足了设计要求,保证了工程质量。另外石灰土的聚冰较轻,能减轻路基的冻胀和翻浆。石灰土做承重层时可采用 8%～12%的剂量,作基层可采用 6%～8%的剂量,作垫层为4%～6%的剂量。

3.8 设隔离层

隔离层是用来隔断进入路基上部的水分,保持路基上层土壤干燥,防止翻浆的发生。隔离层按材料性能分为透水性和不透水性两类。

透水性隔离层,材料采用砂砾,碎石炉渣等,将其铺在路基一定深度处可有效的防止毛细水上升到路基上部。

有透水性隔离层按所用材料不同有以下几种：用两层油毡纸中间涂沥青铺成;用 3cm厚的沥青拌和土壤作隔离层;在土基面上直接喷洒一层沥青或渣油;用塑料薄膜作不透水隔离层。

4 总 结

以上是处理翻浆的几种方法,在施工中首先应对翻浆路段进行详细的调查,弄清原因,找出造成翻浆的主要原因,按其严重程度,因地制宜,就地取材的原则,合理选择防治翻浆的方法,只有这样才能合理有效地防治翻浆,保证公路的质量,为国民经济的迅速发展创造有利的条件。

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[1]张辉 .公路与桥梁工程病害防止及检测修复实用大全[M].长春出版社,1999.