多雨地区高速公路路基翻浆病害检测与处治技术研究

林栋 卫涛 涂慧慧 万晨光

摘 要：为对多雨地区公路路基翻浆病害进行处治，依托路面翻浆病害处治实际工程，选取某高速公路下行K893+412～K893+436翻浆路段，综合运用了路面纵断高程检测、弯沉检测、雷达检测、路基地质勘察检测及中分带挖探检测方法，多方位对路基翻浆病害进行检测，分析翻浆成因并给出处治方案。检测结果表明：沿线排水设施多处于堵塞或损坏状态，路面排水不畅，路表雨水不能及时排走，导致路面结构存在大量水，路面局部沉陷;行车道存在裂缝，结构层松散、脱空等。根据翻浆病害检测结果，分析路面病害成因，提出了针对多雨地区高速公路路基翻浆病害的处治方案，为多雨地区高速公路路基翻浆病害检测与处治提供了一定的工程参考和支撑。

关键词：多雨地区;道路工程;翻浆病害;多方位检测;处治技术

中图分类号：U416.1    文献标志码：A    文章编号：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

隨着我国经济的发展，道路交通量增大，载重提升，公路路基翻浆病害（见图1）层出不穷，尤其是在多雨地区。路基翻浆会致使路表出现“坑槽”、路基不均匀沉降等现象，严重影响车辆行驶的安全性，若不及时对翻浆路段进行处治，将会造成整条公路瘫痪。

针对公路路基翻浆病害的研究，严舒豪[1]进行了道路路基翻浆冒泥试验与机理研究，分析了不同荷载作用、不同土性参数下地基翻浆冒泥发展规律，提出翻浆冒泥的判别准则;刘成江[2]以季节性冰冻地区为例，分析了路基翻浆的原因，并提出了公路路基翻浆的处置和预防施工措施;Alobaidi和Hoare[3-4]在室内开展单轴试验和三轴试验，研究了高速公路路基与地基层交界面翻浆冒泥机理，通过循环加载试验，建立了翻浆冒泥量与循环变形量间的关系，发现翻浆冒泥量与路基永久变形量呈正比;谷宪明[5]通过大量的现场试验和室内试验，对季冻区路基翻浆机理进行了深入细致的研究;蔡袁强等[6]研究了交通循环荷载下地基中孔压累积、翻浆冒泥与变形发展全过程，分析了粉质黏土地基土成分、孔隙比等对路基翻浆冒泥发生的影响规律;安清等[7-13]研究了公路路基翻浆病害产生的原因，提出了科学有效的措施和相应的技术处理措施及预防措施;王威等[14]研究了铁路路基翻浆冒泥的发生机理，分析了普铁和高铁列车运行速度、列车轴质量、土的固结系数、固结应力比和围压对翻浆冒泥的影响。Duong等[15]通过建立室内物理模型，分析了影响铁路路基翻浆病害的因素，结果发现，在路基土接近饱和状态时，荷载引起的超孔隙水压消散带动细颗粒向上迁移，从而导致路基翻浆。

目前关于高速公路路基翻浆病害检测多采用弯沉与探地雷达相结合的无损检测技术，很少会同时采用路面纵断面高程检测、弯沉检测、雷达检测、路基地质勘察检测及中分带挖探检测等无损、有损相结合的多方位检测技术。笔者依托多雨地区高速公路路基翻浆病害处治工程，对翻浆路段进行全方位检测，根据检测结果提出相应的处治方案，为实际工程提供一定的工程参考与支撑。

1 检测内容及方案

依托路面翻浆病害处治工程，对道路下行K893+412～K893+436翻浆路段进行了路面纵断高程检测、路面弯沉检测、路面雷达检测、路基地质勘察检测及中分带挖探检测，主要检测内容如表1所示。

具体实施方案如下。

1.1 高程检测

沿靠近中分带护栏和硬路肩护栏2条标线作为高程测量线，每条线长100 m，以桩号K893+429重度翻浆点为中心，东、西各延伸50 m，以5 m为间隔。

1.2 弯沉检测

选择行车道、超车道和硬路肩3条中心线作为本检测项目测线，每条测线长170 m，以K893+429重度翻浆点为中心，向东延伸70 m、向西侧延伸100 m，每条测线上相邻两测点之间的间距取10 m。

1.3 雷达检测

在该翻浆路段沿行车道、超车道和硬路肩检测3条线。同时，沿着翻浆位置和两边未翻浆位置，横向检测3条线。

1.4 地质勘察检测

在桩号K893+432超车道和K893+460行车道位置进行地质勘察检测，钻孔深度达到原地面以下2 m，同时在80 cm路床范围、原地面附近及原地面以下开展3次标准贯入试验。

1.5 挖探检测

在该翻浆路段选取两处位置进行挖探检测，挖开中央分隔带至路床顶，记录内部防水排水设施状况，并观察是否有向路面结构发展的渗水孔道。

2 检测结果及分析

2.1 高程检测结果及分析

各测点相对于100 m标高的相对高程随桩号变化情况如图2所示。

由高程检测结果可知以下结论。

①该路段位于凹曲线底部位置，各测点相对高程随桩号变化情况与原设计图纸基本相符，严重翻浆区域硬路肩边缘和中分带边缘位置未发现路基整体沉陷问题。

②K893+424～K893+434桩号范围硬路肩边缘位置（图2中椭圆内部区域）相对高程变化情况略有异常。K893+429处测点相对高程偏低1～2 cm，该位置位于路面严重翻浆病害区域，从现场铣刨情况来看，可能与该区域路面结构破坏较为严重有关，存在局部沉陷病害。

2.2 弯沉检测结果及分析

对行车道、超车道和硬路肩路表中线处的高密度布点数据采集，得到路表弯沉检测结果如图3和表2至表5所示。

经路表弯沉检测结果分析可知以下结论。

①在K893+359～K893+529桩号范围内，超车道、行车道、硬路肩路表弯沉代表值分别为12.43（0.01 mm）、16.96（0.01 mm）、12.76（0.01 mm）。与超车道和硬路肩相比，行车道路面结构整体状况相对较差，强度和承载力相对较低。

②在翻浆病害较为严重的K893+409～K893+449桩号范围内，超车道、行车道、硬路肩路表弯沉代表值分别为12.96（0.01 mm）、18.36（0.01 mm）、13.10（0.01 mm）。與两侧相邻路段相比，超车道和硬路肩路表弯沉代表值稍有增加，但增幅较小，表明该路段超车道和硬路肩路面结构整体状况相对较好;行车道路表弯沉代表值有较大增幅，表明该路段行车道路面结构整体状况相对较差。

2.3 雷达检测结果及分析

根据现场情况，选取K893+360～K893+530作为本路段重点检测区域，通过雷达波形图分析，硬路肩、行车道和超车道路面结构存在缺陷，具体病害范围及位置如表6至表9所示。

由雷达检测结果可知以下结论。

①路面结构内部病害主要集中于行车道，超车道与硬路肩内部有零星病害分布，主要表现为裂缝、层间含水等。

②行车道路面结构内部病害主要表现为裂缝、层间含水、结构层松散、脱空等。除了已经反射到路表的路段，其他路段出现病害的部位主要集中于沥青中下面层、基层、底基层，各结构层层间为病害多发区，且层间富含水分，由此表明各结构层层间黏结状况不良。

2.4 地质勘察检测

2.4.1 勘探孔位置布设。在病害路段内共选取2个典型位置取样分析，各勘探孔位置如表10所示。

2.4.2 钻探现场描述。由于路面病害以行车道位置为主，为了真实反映现场病害状况，现场检测取芯部位在行车道选取1个孔位，在相邻位置的超车道对应选取1个孔位，取芯后再对芯样外观进行描述记录。现场标贯试验如图4所示。ZK1和ZK2土样如图5所示。

根据钻探ZK1、ZK2过程中的现场情况，可得出如下结论。

①行车道、超车道路面结构层厚度均为65 cm，与设计结构一致;超车道基层芯样基本完整（面层已铣刨），但结构层层间无黏结，行车道路面结构层无法取出完整芯样。

②行车道钻孔大约在0.15 m（面层与基层层间）及0.35 m（基层与底基层层间）深度处有较多水分渗出，且渗水速度较快，次日观察时发现孔壁泥浆渗出较多;上述层间位置在超车道钻孔中未见渗水迹象。

③从外表观察可知，路床土呈黄色，原地面处土样呈灰色，猜测是由于原地面堆积了较多的腐殖质，在进行路基填筑时未对腐殖质进行处治。

2.4.3 现场标贯试验及土样检测分析。现场钻探过程中，分别在路床范围、原地面附近及原地面以下进行标贯试验。现场标贯试验结果如表11所示。

由現场标贯试验及土样检测分析结果可知以下结论。

①探测深度范围内土样工程分类均为粉质黏土，不同深度处土样含水率均处在20%～30%，原地面处土样含水率较路床范围内土样略有升高。

②与竣工资料地勘资料中的软弱土相比，经过长时间路基填土预压，趋于稳定，现状路基填料及地基土密实程度和承载力较好，原地面深度处地基土密实程度和承载力略有降低，但仍呈硬可塑状态。

③与行车道相比，超车道路床土密实程度和承载力相对较高，推测这与行车道路面结构状态较差，雨水从路面裂缝、坑槽渗入结构内部，导致路床土含水率略有提升有关，土样检测分析结果也印证了这一点。

④与超车道相比，行车道原地面及其以下地基土承载力相对更高，推测这与行车道交通量大、重载交通占比高、地基土压实程度更高有关。

2.5 中分带挖探检测

为探究路面结构内部水分尤其是路面结构层间水分来源，探明中分带排水设施状况以及内部是否有向路面范围发展的渗水孔道，在K893+412～K893+436区域选取2处行车道病害最严重位置，对其相邻的中分带进行挖探检测，采用挖掘机和人工开挖中分带至路床顶，挖探情况如图6所示。

通过现场中分带挖探及土样检测分析结果可知以下结论。

①两处探坑均在挖至0.7 m深度处发现土工布，土工布整体完好，未发现明显破损现象，较好地起到了阻止雨水进一步下渗的作用，这与原设计文件是一致的，但土工布下部未发现碎石盲沟。

②在挖探过程中，未在中分带土层中发现向两侧路面结构内部发展的渗水孔道。从表观观察可知，不同深度处土层含水率大致处于同一水平，未发现含水率波动较大的情况。

③中分带土样含水率为24.3%，塑性指数为16.7，液性指数为0.20，按照工程分类属粉质黏土，土样检测结果如表12所示。

由以上检测结果可知，中分带内部防水设施状态良好，不存在向两侧路面结构内部发展的渗水孔道，路面结构内部水分并非由雨水通过中分带下渗而来。

3 成因分析及处治方案

3.1 翻浆病害成因分析

通过对原道路的设计资料和现场检测结果综合分析，将路面重度翻浆病害成因归纳如下。

3.1.1 路面结构内部含有大量水分。重度翻浆路段路面结构层内部及各结构层间含有大量的水分，路面结构内部水分无法直接排出，在车辆荷载作用下在内部形成动水冲刷作用，使路面结构内部产生一定程度的脱空。该地区雨水较多，使得脱空区域填充大量的雨水，在车辆荷载的进一步作用下，形成唧泥、翻浆病害。

3.1.2 路面结构内部水分主要来源于路表雨水下渗。项目路床土和地基土经过长时间荷载碾压，已趋于稳定，密实程度和承载力良好。原地面深度处地基土密实程度和承载力略有降低，但仍呈硬可塑状态，从土样检测分析结果可知，不存在路床土含水率过高、反渗到路面结构中的情况。项目通车运营已接近15 a，路面结构（南幅）使用性能进入了快速衰减期。通过现场检测可知，路面结构存在较多的贯通裂缝，雨水通过裂缝、路面坑槽渗入路面结构内部，且无法排出。

3.1.3 路面排水不畅，排水设施损坏、不完善。由于年久失修，沿线排水设施多处于堵塞或损坏状态，导致路表雨水不能及时排走、局部区域存在路面积水的情况，给沿线车辆带来危险的同时，也为雨水下渗创造了条件。通过现场观察发现，中央分隔带内部具有良好的防水措施，但未发现排水设施，现场调查时未发现病害路段有横向排水管引排中央分隔带集水，且部分外侧超高路段、中分带未设纵向排水沟。坡面拱形骨架排水不畅，存在雨水通过拱内填土部分渗入路基内部的可能。

3.2 翻浆路段建议处治方案

3.2.1 重度翻浆路段。铣刨整个路面结构层，并挖除路床上部区域40～50 cm深度范围内的填土，路床土挖至外侧边坡，采用基层、底基层铣刨料或级配碎石回填，依次回铺各路面结构层，恢复边坡防护。同时，根据病害路段具体情况，可设置中央分隔带横向排水管。

3.2.2 局部翻浆路段。针对局部翻浆路段，通过探地雷达等手段探明路面结构内部脱空区域，对翻浆点进行注浆，注浆孔钻至水泥稳定土层层底，注浆完成后，再对病害路段进行相应的铣刨重铺处治，在铣刨过程中，如发现路面结构存在贯通裂缝等病害，应对其开展二次注浆。

3.2.3 路基防护和排水恢复。恢复沿线路基防护，清理、修复沿线排水设施。

4 结语

翻浆是多雨地区公路路基最常见的病害，严重影响车辆行驶的安全性和舒适性，降低道路使用寿命。笔者通过检测分析路面翻浆病害，得出以下结论。

①做好路面防水排水工作。水是引起路面翻浆病害的重要因素，要注意及时将路面的积水清理干净，保持路面的清洁和干燥。定期检查边沟，如果遇到杂草和淤塞阻碍排水时，应及时清除杂物;如果路面有积水，可以通过路肩横沟或是人工方式进行排除，日常养护时及时清除排水通道中的杂物，预防路肩积水。

②针对重度翻浆路段应铣刨整个路面结构层，并换填路床，从根本上解决路面结构积水、脱空、松散等病害，避免再次发生翻浆。

③针对局部翻浆路段，采用高聚物注浆或水泥注浆的方式排出结构内部的水分，并填充路面脱空区域，再进行相应的铣刨重铺处治。在铣刨过程中，如发现路面结构存在贯通裂缝等病害，应对其开展二次注浆。

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收稿日期：2021-10-18

作者简介：林栋（1994—），男，大专，研究方向：道路养护管理。

通信作者：万晨光（1988—），男，博士，高级工程师，研究方向：道路工程。