某公路濕陷性黃土評(píng)價(jià)及處治

李國(guó)嬡

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西太原 030006)

黃土在我國(guó)分布很廣，黃河中游大部分地區(qū)均被黃土所覆蓋。黃土分兩種，一種是非濕陷性黃土，一種是濕陷性黃土。濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉，故在濕陷性黃土場(chǎng)地上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。某公路路線全長(zhǎng)71.588 km，經(jīng)過對(duì)全線的詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，全線濕陷性黃土長(zhǎng)度累計(jì)37.57 km，占路線總長(zhǎng)的52.5%，其物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 濕陷性黃土路段物理力學(xué)指標(biāo)匯總

1 濕陷性黃土巖性特征

擬建公路地處汾河沖洪積平原東部，本地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，屬干旱～半干旱地區(qū)。經(jīng)全線工程地質(zhì)調(diào)繪和挖探揭示，勘察區(qū)濕陷性黃土主要為新生界第四系全新統(tǒng)(Qal+pl4)沖洪積物，上更新統(tǒng)(Qdl+pl3)坡洪積物?？辈旃餐瓿蓾裣菪蕴骄?5個(gè)，人工采取土樣，樣品規(guī)格127 mm×200 mm，取樣間距1.0 m。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，通過土工試驗(yàn)及計(jì)算判定，全線濕陷性黃土長(zhǎng)度累計(jì)37.57 km，占路線總長(zhǎng)52.5%。全線濕陷性黃土分布及特征簡(jiǎn)述如下:項(xiàng)目區(qū)濕陷性黃土主要為黃土丘陵區(qū)分布的第四系上更新統(tǒng)(Qdl+pl3)坡洪積相黃土及沖積傾斜平原區(qū)分布的全新統(tǒng)(Qal4)粉土、粉質(zhì)粘土，巖性為灰黃色低液限粘土與低液限粉土，疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，具備濕陷的先決條件。1)第四系全新統(tǒng)(Q4)。河流階地地層巖性以粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土為主;河床及河漫灘、山前河流出口處地層巖性以砂、礫石、卵石及亞粘土為主。沿線粉土以稍濕狀為主，粘性土以硬塑狀態(tài)為主，灰黃色為主，結(jié)構(gòu)均較疏松，具輕微濕陷。主要分布在K23+000～終點(diǎn)段。2)第四系上更新統(tǒng)(Q3)。區(qū)內(nèi)第四系上更新統(tǒng)坡洪積物Qdl+pl3主要分布于邊山地帶的黃土丘陵區(qū)的頂部，地層巖性以灰黃色粉質(zhì)粘土、粉土為主，疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，厚3 m～15 m，普遍具中等～嚴(yán)重濕陷性。

2 濕陷性黃土的判評(píng)原則

2.1 判定標(biāo)準(zhǔn)

判定黃土濕陷性的主要試驗(yàn)指標(biāo)為探井試樣室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)濕陷系數(shù)δs和自重濕陷系數(shù) δzs。利用 δzs，δs的大小判定黃土的濕陷性:當(dāng) δzs，δs值小于0.015時(shí)，應(yīng)定為非濕陷性黃土;當(dāng)δzs，δs值不小于 0.015 時(shí)，應(yīng)定為濕陷性黃土。

2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)濕陷性黃土場(chǎng)地等級(jí)的主要計(jì)算指標(biāo)為自重濕陷量計(jì)算值Δzs和總濕陷量計(jì)算值Δs。首先利用式(1)計(jì)算黃土場(chǎng)地自重濕陷量Δzs值，依據(jù)Δzs的大小判定濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷類型:當(dāng)Δzs≤70 mm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地;當(dāng)Δzs＞70 mm時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

其中，δsi為第i層土的自重濕陷系數(shù);hi為第i層土的厚度，mm;β0為因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按下列規(guī)定取值:1)隴西地區(qū)取1.50;2)隴東—陜北—晉西地區(qū)取1.2;3)關(guān)中地區(qū)取0.90;4)其他地區(qū)取0.50。然后利用式(2)計(jì)算黃土場(chǎng)地總濕陷量Δs值，依據(jù)Δs的大小判定濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷等級(jí):當(dāng) Δs≤300 mm或300 mm＜ Δs≤700 mm或 Δs＞700 mm，Δzs≤70 mm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地;當(dāng)70 mm＜Δzs≤350 mm，Δs≤300 mm 或 300 mm ＜ Δs≤600 mm 時(shí)，應(yīng)定為Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地;當(dāng)Δzs＞350 mm，300 mm＜Δs≤700 mm時(shí)或 Δs＞600 mm，Δzs＞300 mm 或 Δs＞700 mm，70 mm ＜ Δzs≤350 mm應(yīng)定為Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

其中，δsi為第i層土的濕陷系數(shù);hi為第 i層土的厚度，mm;β為考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)，在缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按下列規(guī)定取值:

1)基底下0 m～5 m深度內(nèi)，取β=1.50;2)基底下5 m～10 m深度內(nèi)，取β=1;3)基底下10 m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，可取工程所在地區(qū)的β0值。

3 濕陷性黃土的評(píng)價(jià)成果

據(jù)探井試驗(yàn)結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)沿線特殊性巖土主要為濕陷性黃土，其分布及特征簡(jiǎn)述如下:區(qū)內(nèi)分布的第四系上更新統(tǒng)坡洪積相黃土及全新統(tǒng)粉土，巖性為灰黃色低液限粘土與低液限粉土，疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育。

表2 全線濕陷性黃土匯總表

4 地基承載力及鉆孔樁周土的極限摩阻力的確定

本次勘察所取原狀土均按要求進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，其中壓縮試驗(yàn)按土質(zhì)采用常規(guī)壓縮和雙線法壓縮，剪力試驗(yàn)采用固結(jié)快剪，軟弱地基路段中軟弱土采用三軸(UU)試驗(yàn)，擾動(dòng)砂類土、碎石類土進(jìn)行篩分試驗(yàn)或顆粒分析。在土工試驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合野外記錄及原位測(cè)試，根據(jù)有關(guān)規(guī)范對(duì)地基土進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定［fa0］及qik值。對(duì)濕陷性黃土的［qik］值，依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關(guān)條款取值;qik值按照《勘察設(shè)計(jì)指導(dǎo)卡》要求:處于傾斜平原區(qū)自重濕陷性黃土應(yīng)按(94)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.2.14.1和5.2.16.1條款要求計(jì)算負(fù)摩阻力，計(jì)算結(jié)果為5.0 m以上為－10 kPa，以下為50 kPa;非自重濕陷黃土取50 kPa。

5 濕陷性黃土處理

1)路基。Ⅰ級(jí)非自重濕陷性黃土填方地基采用沖擊碾壓處理，挖方區(qū)開挖至路床沖擊碾壓后回填30 cm厚的6%石灰土;Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土填方路基采用強(qiáng)夯處理，路塹段開挖至路床后先重錘夯實(shí)，后回填30 cm厚的6%石灰土。2)橋頭填方路段。Ⅰ級(jí)非自重濕陷性黃土采用重夯處理，挖方橋頭路塹段開挖至路床后先重錘夯實(shí)，后回填30 cm厚的6%石灰土;Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土橋頭填方路段采用強(qiáng)夯或灰土樁處理，挖方橋頭路塹段開挖到路床后先重錘夯實(shí)，后回填30 cm厚的6%石灰土。3)低填淺挖路段。Ⅰ級(jí)非自重濕陷性黃土低填淺挖路段先沖擊碾壓后回填30 cm厚的6%石灰土，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土低填淺挖路段先重錘夯實(shí)后回填30 cm厚的6%石灰土。在不具備重、強(qiáng)夯條件的路段，路堤底設(shè)50 cm厚的6%灰土墊層，并在坡腳增設(shè)灰土隔水墻。

6 沖擊碾壓和重、強(qiáng)夯的施工要點(diǎn)

1)沖擊碾壓和重、強(qiáng)夯處理前應(yīng)檢查地基土的含量，當(dāng)?shù)鼗恋暮砍^18%或飽和度大于60%時(shí)，改用其他處理措施。2)沖擊碾壓采用25 kJ三角形沖擊壓實(shí)機(jī)沖擊壓實(shí)20遍～40遍為宜，以消除地表下1.5 cm內(nèi)黃土的濕陷性。沖擊壓實(shí)遍數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)確定，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和填料性質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。3)重夯單擊的夯擊能應(yīng)達(dá)到600 kN·m，強(qiáng)夯單擊的夯擊能應(yīng)達(dá)到200 kN·m。4)試夯及停夯的標(biāo)準(zhǔn):工程開工前應(yīng)先清理平整場(chǎng)地，查明場(chǎng)地內(nèi)構(gòu)造物及管線設(shè)施，采取必要措施，以防破壞。選擇合適場(chǎng)地進(jìn)行試夯，強(qiáng)夯(重夯)以消除地面下5.0(3.0)m深度內(nèi)土層的濕陷性為原則，確定合理的施工技術(shù)參數(shù)和施工方案。夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)滿足下列條件:當(dāng)采用強(qiáng)夯時(shí)，最后二擊的平均夯沉量不大于50 mm;當(dāng)采用重夯時(shí)，最后二擊的平均夯沉量不大于20 mm。5)夯擊遍數(shù):一般為三遍，每遍每點(diǎn)夯擊8擊，前兩遍按3 m～4 m間距跳夯，最后一遍為滿夯。6)質(zhì)量檢驗(yàn):夯實(shí)地基內(nèi)每個(gè)夯點(diǎn)的累積夯沉量，不小于試夯時(shí)各夯點(diǎn)平均夯沉量的95%為合格。檢查后，如質(zhì)量不合格，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)夯或調(diào)整參數(shù)，直至合格為止。地基夯實(shí)處理后應(yīng)放置3周，以排除土層內(nèi)部高壓氣體。

7 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土作為一種黃土地區(qū)常見的特殊巖土，對(duì)工程的危害性很大，應(yīng)引起勘察、設(shè)計(jì)和施工部門的高度重視，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的疏漏，都會(huì)給工程的后續(xù)正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不可估量的損失和后果。只有在勘察階段對(duì)該類土進(jìn)行詳細(xì)勘察，做出正確適宜的評(píng)價(jià)，才有可能在實(shí)施處治時(shí)，根據(jù)具體工程，對(duì)癥下藥，提出既科學(xué)又經(jīng)濟(jì)的處治方案。

［1］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］ 衛(wèi)海宏.自重濕陷性黃土高速鐵路路基的處理及施工［J］.山西建筑，2012，38(1):150-151.