公路翻浆机理浅析及其治理方案初探

秦军华

辽宁省第五地质大队，辽宁 大石桥 115100

在北方，大约北纬40°以北，冻结深度大于1.1m以上的粘性土路基（尤其是2级公路的），每当开春冻层融化时，总有部分路段出现公路翻浆现象，该段路基遭到破坏，使公路不能正常使用。年年需要维修治理，耗资不菲也不能根治。此文浅析公路翻浆机理，并提出治理方案。

1 公路翻浆机理浅析

公路翻浆的内因是地基土岩性特征及其水理性质；外因是冬季地基土冻结，并产生冻胀，春季解冻后，由于冻胀地基土孔隙比増大，地基土的地下水在低洼路段得以富集，使地基土达到过饱和状态，地基承载力降低，经车辆碾压作用而造成翻浆。

（1）翻浆路段地基土岩性及其水理性质特征∶翻浆路段地基土岩性多为粘性土类，即粉土、粉质粘土、粘土质粉砂，的粉粒组，粒径0.05～0.005mm，含水量大于50%，其孔隙比大于砂性土。粉质土类的水理性质特征是：容水性、持水性大于给水性和透水性，亦即其所含的水不易流失，所以路基土的饱和度大些。

（2）路基翻浆路段的地形地貌及水文地质条件∶翻浆路段多位于相对低洼或丘陵地区缓坡地带，这些地带的地基土内的地下水水位埋藏相对较浅，易接受上游地下水径流在此汇聚而富集，使地基土中的含水量增大。地基土变软。

（3）冻胀对地基土的破坏作用∶冬季地基土冻结，一般则产生冻胀，使地基土的孔隙比扩大，开春冻土融化后，土的结构破坏了，成为高压缩性土，呈软塑，流塑状态，亦称橡皮土。同时，由于地基土冻胀后，孔隙扩大，土的透水性增大，融化之初，地基土尚未被压缩之时，地基土中的重力水由于重力作用则向地下水位低的地带径流排泄，在相对低洼或丘陵地区缓坡地带，汇聚而富集，使地基土中的含水量增大。地基土变软。呈软塑，流塑状态，地基承载力降低。

（4）冻土层解冻机制及翻浆机理∶在北方（北纬42°以北），冬季冻结深度以上地基土被冻结，一般随着纬度的提高（高寒地区除外），冻结深度加大，辽宁营口为1.1～1.2m，吉林为1.31m（通化）2.09m(扶余)。

到一定深度，如0.9m时，中间埋深0.9m以下总留有一层，那怕其厚仅有2 cm，则该未融化的冻结层便成了隔水层，阻隔了其上层地基土孔隙中的水向下渗透排泄，仅能由于重力作用地下水沿着尚未融化的冻低洼处结层顶板向相对低洼处径流排泄，并在低洼地带富集，使该处地基土达到饱和—过饱和状态，又由于冻账对地基土孔隙比扩大，结构的破坏，地基土承载力大大降低，承受不了路面重载车辆的碾压，将稀泥挤出而造成翻浆。

2 治理方案

治理路段翻浆的关键是能顺利排泄地基土上部冻结层融化后地基土中的孔隙水，使之不能富集，保持地基土的原结构基本不变，路基承载力基本不变，就可根治路基翻浆。

图1 砾石砂桩结构Fig.1 Gravel sand pile structure

2.1 砾石砂桩法

2.1.1 砾石砂桩结构

砾石砂桩结构如图1。其中：①沥青路面厚5 cm;②路基;③透水砂垫层;④地基土：粉质粘土融化后上层;⑤起隔水作用的尚未融化的冻层;⑥地基土：粉质粘土融化后下层;⑦砾石砂桩：起导水作用，结构：φ150～300mm，冲填砾石砂，砾石砂规格视地基土岩性而定，一般砾石砂d =2～20mm，磨圆度、粉选好，不均匀系数＜5，孔隙比＜0.6。

2.1.2 砾石砂桩的长度及其桩间距要求

桩长应根据地基土冻层天然含水量、液限含水量、塑限含水量，砾石砂桩的孔隙度及冻层顶板埋深、地基土的渗透系数、地下水位埋深等相关。

（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饱和含水量（%）Wp天然塑限含水量（%）。

（2）地基土内地下水影响半径R∶R决定砾石砂桩中心间距，依据粉土渗透系数K经验值，K=6×10-5cm/sim =0.052m/d，R=10.S.K0.5设S=3m，R=10×3×0.0520.5=6.84m

（3）砾石砂桩中心间距L=R/2=3.42m

（4）应进行现场渗水试验实测地基土的地基土内地下水影响半径R确定砾石砂桩中心间距。

（5）通过计算可以初步确定砾石砂桩中心间距L=2.5m，桩径φ=0.1～0.25m为宜。

若要具体实施，必须通过地基土冻层融化时取原状土进行土工试验，测试饱和含水量、压缩试验求得单位排水量和现场渗水试验实测地基土的地基土内地下水影响半径R及其渗透系数K，才能最后确定砾石砂桩的桩径及其中心间距与桩长。

（6）砾石砂桩法适应条件∶地基土冻结前其地下水位低于冻结层底板至少0.5m以下，若其地下水位高于冻结层底板，则砾石砂桩亦随之冻结，春天解冻砾石砂桩就起不到排水作用；适应粉土、粉土质粘土的地基土所含的地下水为孔隙潜水、滞水，地下水位低于冻结层底板；适用于相对平坦地带—冲积平原一、二级阶地。

2.2 地下截水导水墙-砾石砂桩联合法

此法适用于丘陵地域缓坡降低路段翻浆的治理方案，在丘陵地域缓坡处，由于春节坡顶地基土冻层融化，其融化的地基土内的重力水沿尚未融化的冻层顶板向坡下渗流至翻浆路段的地基土内地下水位低于地基土顶板时而富集，造成地基土达饱和—过饱和状态，地基土承载力大大降低，重车碾压造成路基翻浆(见下图2)。

在公路坡顶缓坡处，（一般在缓坡出现相对平坦处）在地基土持力层修筑一道V（V字尖在坡上）型中轴垂直于公路轴线的截水、导水，厚1.0～1.5m，深1.0～1.6m，由磨园度好的d=2～4mm的园砾填筑并捣实；

V字型导水、截水墙下坡段为砾石砂桩渗水、导水层，其长度根据设计要求确定。

2.3 抬高路基法或换土法

当路基处于低洼地带，地下水埋藏浅，地基土融化后上述方法不能降低地下水位时，只能抬高路基或将粉质粘土软弱部分换成碎石、粗砂降低地下水位，不能形成翻浆并能提高路基承载力。

2.4 排水板法

可以排除春天地基土融化后多余的地下水，其缺点是导水板只能导水不能容纳更多的水。

2.5 挤密碎石砂桩法

挤密碎石砂桩法是软土路基常用的路基加固处理的方法，效果很好，但是造价高。

图2 地下截水导水墙-砾石砂桩联合法Fig. 2 Combinationmethod of underground water guide wall and gravel sand pile

3 砾石砂桩施工工艺

工艺流程：清除翻浆路面与路基至地基土原状土层—测量放线—成孔—选料（砾石）—筛选砾石—清洗—填料（砾石）—检测砾石砂桩承载力—清除场地浮渣—铺设砂垫层—垫路基—铺沥青路面—交工验收。

应注意的问题是：地基土碾压工序完成后，才可施工砾石砂桩，否则，用刮平机找平时，必将砾石砂桩顶部破坏。浮土难以清理，不清理浮土，必将影响砾石砂桩的透水导水性。

4 截水、导水墙施工工艺

工艺流程：清除翻浆路面与路基至地基土原状土层—挖截水、导水墙沟槽—填砾石截水、导水墙—铺设砂垫层—碾压—垫路基—碾压—铺沥青路面—交工验收。

根据翻浆路段坡度其位置应选在翻浆路段坡上1.0～1.5m处，截水、导水墙呈V字型，尖部在坡上部；截水、导水墙沟槽填砾石一定经振捣密实。

5 治理前岩土工程勘察要求

（1）勘察的目的：为治理公路翻浆的设计，提供路基土相关的工程地质、水文地质参数，查明地基的地层结构，岩土物理力学性质指标标准值，及水文地质参数。

（2）勘察的时间要求：选择开春解冻时，地基土融化约40 cm后进行勘察为宜，因为这时能取出融化层的原状土，从而可以测得地基土的最大含水量。

（3）查明相关资料,其中包括：①查明翻浆路段的地形地貌条件；②查明翻浆路段地基土地层结构，岩性及其物理力学性质指标标准值，3 kg压力下融化后地基土的单位排水量；③地下水位埋深、地基土下有无含水层及其岩性，地基土及含水层的渗透系数（进行现场渗水试验求取）；④冻结深度，翻浆时尚未融化层的埋深及其厚度。

（4） 勘探孔间距及孔深 ：勘探孔间距7～8m，孔深4～8m，每处翻浆路段勘探孔不得少于5个。

6 结语

综上所述，砾石砂桩法是比较简便、经济宜行的治理路段翻浆的方案。但适用条件有局限性。

上述的治理方案笔者仅是从理论上分析论述，在实践中实验施工一、二处路段后，才能得出最后结论。

[1] 汉周荣,赵明华.土力学地基与基础[M]. 中国建筑工业出版社,1997.

[2] 曾国熙,卢肇钧,蒋国澄,叶政青.地基处理手册[M].中国建筑工业出版社,1997.

[3] 长春地质学院.土质学[M] .长春：长春地质学院,1963.