黃土地區(qū)公路病害與防治措施研究

陳 科

（喀什地區(qū)公路橋梁工程有限責任公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

黃土一般具有濕陷性，黃土地區(qū)公路病害的主要原因由黃土濕陷性引起。濕陷性黃土是指在一定壓力作用下受水浸濕時，因其結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加豎向變形的、非飽和的、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黃土。由于黃土形成的地質(zhì)年代和所處自然地理環(huán)境不同，其外貌特征與工程性質(zhì)有明顯的差異。根據(jù)黃土的沉積特點，我國黃土分布自西向而東分為三個區(qū)域：西北干燥內(nèi)陸盆地、中部黃土高原、東部平原。

新疆地區(qū)的黃土主要分布在準噶爾盆地和塔里木盆地，屬西北干燥內(nèi)陸盆地區(qū)域。盆地四周有近東西走向的山脈，自然環(huán)境特點是高山終年積雪，盆地中心是無垠沙漠，黃土覆于山前地帶，氣候異常干旱，雨量稀少，地面輻射強烈，溫差大，風力強烈，黃土基本上處于風揚地帶，受風力、冰川再搬運的作用很大，形成各種類型的次生黃土。

1 黃土的結(jié)構(gòu)和特征

黃土一般具有以下特征：顏色以黃色、褐黃色為主；顆粒組以粉粒為主，含量一般在50%～75%，其次為砂粒，約占10%～30%；孔隙比大，一般為1.0左右；有肉眼可見的大孔隙；富含碳酸鹽；垂直節(jié)理發(fā)育。

黃土中的粘粒、細粉粒，大部分附在砂粒及粗粉粒的表面或被膠結(jié)成集粒，或聚集在大顆粒間的接觸點處。黃土中的集粒和粉粒共同構(gòu)成了支承結(jié)構(gòu)的骨架，較大的砂?！敖痹诮Y(jié)構(gòu)體中。由于其接觸連接點少，排列比較疏松，構(gòu)成了一定數(shù)量的架空孔隙，而在接觸連接處沒有或只有少量的膠結(jié)物質(zhì)。實驗研究表明，粘粒含量的增加對濕陷性有減輕作用，當粘粒含量大于30%時，可消除其濕陷性；粉粒含量的增加對濕陷性有增大作用。

黃土遇水膨脹，干燥后又收縮，反復(fù)的吸水和干燥會形成裂縫及剝落。由于黃土在自然沉積過程中在重力作用的影響下，其豎向的粒間距離變小，而水平方向的粒間距離較大，所以具有天然濕度的黃土在干燥后，水平方向的收縮量較垂直收縮量要大。

2 黃土的濕陷機理與特征

2.1 濕陷機理

與一般土一樣，黃土在荷載作用下會發(fā)生彈性變形、壓密變形、塑性變形和蠕變變形。黃土在天然狀態(tài)下，其孔隙比較大，處于欠壓密狀態(tài)，彈性變形極小，變形主要為壓密變形，而壓密變形又由壓實變形和濕陷變形組成，濕陷變形量較大，而且發(fā)展迅速，這對于以黃土為路基的道路結(jié)構(gòu)具有極大的損壞。黃土的濕陷性的主在由于水（外因）和自身結(jié)構(gòu)（內(nèi)因）特點引起。當水進入土孔隙中，將土顆粒之間膠結(jié)的可溶鹽溶解，使得顆粒間起膠結(jié)作用的可溶鹽膠體體積變小，厚度減薄，使得膠結(jié)體的抗剪強度減弱，但溶解到一定程度，殘留膠結(jié)體抵抗不了顆粒之間的剪切力時，顆粒之間發(fā)生擠密變形，宏觀上表現(xiàn)為濕陷。

2.2 濕陷特征

黃土的濕陷性有以下幾個特點：

a）時效性 黃土發(fā)生濕陷其主要外因為水，當在多雨季節(jié)，尤其是大暴雨時，由于水量大，導致大量的雨水下滲，使得黃土路基在短時間內(nèi)發(fā)生大面積的濕陷，易導致路基形成坑洞、溝穴，危及道路行駛安全；

b）重現(xiàn)性 黃土濕陷的治理十分困難，如找不到其發(fā)生濕陷的源頭，或是治理措施不得當，會有可能再同一位置再度發(fā)生濕陷；

c）易發(fā)性 水為黃土發(fā)生濕陷的外因，降雨或積水都會引起黃土濕陷，且黃土垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，水易從垂直節(jié)理向下滲，引起深部的黃土發(fā)生濕陷；

d）隱蔽性 黃土濕陷前，往往不易發(fā)現(xiàn)，具有很大的隱蔽性，黃土濕陷有時從路基底穿過，變幻莫測，時隱時現(xiàn)，如果探源不仔細，很難發(fā)覺，易產(chǎn)生坑洞和陷穴，引起路基或邊坡破壞，危害性很大。

3 黃土濕陷防治對策

濕陷性黃土地基發(fā)生濕陷的內(nèi)因是土的大孔性和多孔性，結(jié)構(gòu)疏松；而水則是發(fā)生濕陷的主要外因之一。所以要防止路基發(fā)生濕陷，要么消除內(nèi)因，要么改變外因。要消除內(nèi)因，就必須進行地基處理，預(yù)先破壞黃土的大孔隙結(jié)構(gòu)；要改變外因，就應(yīng)采取必要的防水措施并控制基底壓力。

3.1 防水與治水措施

由前文可知，水是引起黃土濕陷的主要外部因素，黃土在天然含水率的情況下，是不會發(fā)生濕陷的。所以采取有效的防水措施，能有效地防止?jié)裣莸陌l(fā)生。目前防水一般采取阻、排、疏、導等措施。以防水的積蓄和下滲。

3.2 地基處理

如前所述，濕陷性黃土地基的變形包括壓縮變形和濕陷變形兩種。壓縮變形是土在天然含水率下由結(jié)構(gòu)物的荷載所引起，它隨著時間的增長而趨于穩(wěn)定。當基底壓力不超過地基的容許承載力時，地基的壓縮變形通常很小，不會影響上部結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。濕陷變形是由于地基被水浸濕所引起的一種附加變形，往往是局部的，突然發(fā)生的，而且有可能很不均勻，對結(jié)構(gòu)物的破壞性較大，危害性較為嚴重。對濕陷性黃土地基處理在大多數(shù)情況下的主要目的不是為了提高地基承載力，而是為了消除黃土的濕陷性。

3.2.1 墊層法

墊層法主要適用于地下水位以上的濕陷性黃土路基處理。

墊層法根據(jù)所采用的墊層材料分為砂石墊層法、粘性土墊層法和灰土墊層法。當僅要求消除基底1～3m厚濕陷性黃土的濕陷性時，宜采用局部土墊層進行處理；當同時要求提高墊層的承載力及增強水穩(wěn)定時，宜采用整片砂石墊層進行處理。

砂石墊層本身的承載力高，變形模量大，施工質(zhì)量易控制，不受氣候和環(huán)境的影響，近年來常作為路基的處理方法，但其主要缺點為造價高，還應(yīng)該注意它不適用于下臥土層為高壓縮性、低承載力的地基。

灰土墊層法是將石灰與處理范圍內(nèi)的濕陷性黃土按一定體積比例混合均勻，然后分層鋪設(shè)、夯實成為灰土墊層。由于加入了無機膠結(jié)材料，墊層土料力學指標和不透水性均比原濕陷性黃土有了大幅度提高。該施工不受機械設(shè)備的限制，而且工程造價低，質(zhì)量指標容易控制。

3.2.2 土樁或灰土樁法

這是在機械、人力或爆擴成孔后，填以最優(yōu)含水量的素土或灰土并分層夯實成樁的方法。成樁的過程中也可以擠密濕陷性土，消除部分濕陷性。該法一般適用于地下水位以上且飽和度小于65%的濕陷性黃土，處理的深度一般為5～15m。

3.2.3 強夯法

強夯法是將重錘起吊后自由落下，對土進行反復(fù)強力夯實，以提高其強度，降低壓縮性和消除濕陷性。強夯對濕陷性黃土濕陷性消除效果明顯，一般處理深度可達8～10m。強夯法適用于土的飽和度小于60%的濕陷性黃土地基的處理。由于濕陷性黃土一般都處于非飽和狀態(tài)，土中基本不存在或只有極少量的自由水，因此強夯過程中不涉及到孔隙水壓力的消散和排水固結(jié)一系列問題，這就為簡化施工順利提供了有利條件。夯擊點一般可按正方形或梅花形網(wǎng)格布設(shè)，一般可以在一個夯擊點上一遍連續(xù)夯擊所需夯擊的總擊數(shù)，然后再移至下一個夯擊點，逐點一遍夯成。最后，再降低落距，搭夯一遍將坑底夯平。

3.2.4 鉆孔夯擴擠密法

鉆孔夯擴樁擠密法又稱為孔內(nèi)強夯法，它先用鉆機成孔，再向孔內(nèi)分層填筑建筑垃圾、素土等，然后在孔內(nèi)夯實。與土樁不同的是，鉆孔夯擴樁是在回填的時候?qū)堕g土進行擠密，而土樁是在成孔的時候?qū)堕g土進行擠密。

3.2.5 預(yù)浸水法

此法可消除地面以下6m內(nèi)全部土層的濕陷，需要一定的浸水時間和停水時間，一般是一年。如果在其他已建工程附近，可能會引起新的陷穴，故這種情況不宜使用該法。

3.2.6 化學加固法

單液硅化法是將相對密度為1.13～1.15的硅酸鈉溶液利用帶孔眼的管注入土中，使溶液中的鈉離子與土中水溶鹽中的鈣離子發(fā)生交換反應(yīng)，在土顆粒表面形成硅酸凝膠薄膜，從而增強土粒間的粘結(jié)，填塞粒間孔隙，使土體具有抗水性、穩(wěn)固性、不濕陷性和不透水性特征。

4 結(jié)語

我國西部地區(qū)分布著廣大面積的黃土，由于黃土具有特殊的工程性質(zhì)，黃土地區(qū)公路在使用中出現(xiàn)了許多病害。本文通過對黃土地區(qū)公路病害的分析，認為應(yīng)在設(shè)計和施工中提出有針對性的防范措施，在養(yǎng)護中給出相應(yīng)的處治方法。希望這能為我國即將來臨的西部公路建設(shè)高潮提供一定的技術(shù)參考。

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