談濕陷性黃土地基的處理措施

徐文成 明廷濤 王 斌

(1.中建三局建設工程股份有限公司西北公司，陜西西安 710065;2.中交第二航務工程局一公司，湖北武漢 430012;3.西安曲江建設集團有限公司，陜西西安 710065)

0 引言

黃土在全世界分布廣泛，據統(tǒng)計達1 200萬km2，約占陸地全面積的9.2%，主要分布在南、北半球的中緯度干旱、半干旱地區(qū)及大陸內部、溫帶荒漠、荒漠地區(qū)的邊緣和第四冰川地區(qū)的外緣。

我國黃土主要分布在我國北方的廣大地區(qū)，地理位置上，介于北緯32°～45°之間?？偯娣e約65萬km2，其中具有濕陷性的約25萬km2，分布范圍較廣，因此不可避免的需在具有濕陷性黃土性質的地基土上進行工程建設。

1 濕陷性黃土性質

1.1 濕陷性黃土的定義

在上覆土層自重應力作用下，或者在自重應力和附加應力共同作用下，因浸水后土的結構破壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土，屬于特殊土。有些雜填土也具有濕陷性。在我國的西北、華中地區(qū)的黃土多具濕陷性。濕陷性黃土分為自重濕陷性和非自重濕陷性黃土。

1.2 濕陷性黃土機理

黃土的濕陷性機理，目前有多種假說模型和各種不同的論點，但可歸納為內因和外因兩個方面，內因是取決于土本身的物質組成:顆粒組成、化學成分、礦物成分，外因則是水和土的壓力。如熔巖假說、毛細管假說、欠壓密理論、膠體不足說等，其中欠壓密理論支持者較多。該理論認為，黃土通常是在干旱或半干旱條件下形成，大氣降水浸濕帶厚度小于蒸發(fā)影響帶厚度，在大氣降水浸濕帶厚度范圍內，含水量充足，處于較佳壓密條件，但由于土層薄，自重力不足，未能有效壓密。隨著黃土的不斷堆積，大氣降水影響不到的土層水分持續(xù)減少，鹽類析出，膠體凝結產生了加固內聚力，雖然上覆土層壓力增大，但不足以克服土中形成的加固內聚力，成為欠壓密狀態(tài)，如此循環(huán)往復，堆積的欠壓密土層不斷增厚，一旦浸水較深，加固內聚力消失，便產生了濕陷。

1.3 濕陷性黃土的顆粒組成

我國濕陷性黃土的顆粒主要為粉土顆粒，各省市地區(qū)分布有所區(qū)別，具體如表1所示。

表1 我國濕陷性黃土的省市分布和粒徑組成 mm

2 濕陷性黃土的工程危害

濕陷性黃土是一種特殊性質的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，致使路基周圍土體軟化，土結構迅速破壞，可能產生滑坡、沉陷、潛蝕、管涌、翻漿等，并產生顯著附加下沉。就路基的承載力分析，在靜荷載和動荷載作用下，路基承載力不能滿足要求時，局部或整體產生剪切破壞，影響道路的正常使用，甚至造成道路的整體性破壞。就路基的變形分析，在靜荷載和動荷載作用下，均會產生變形，包括沉降、水平位移和不均勻沉降，當變形超過最大允許值時，對道路正常使用功能造成破壞。故在濕陷性黃土地基上進行施工建設，應根據道路的等級、路基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，采取以路基處理為主的綜合措施，防止因路基濕陷對道路產生危害。

3 濕陷性黃土路基加固處理

3.1 濕陷性黃土判定

黃土的濕陷性判定多采用室內側限壓縮實驗所得的濕陷性系數來判定，實驗方法與一般土類似，不同點是在規(guī)定壓力作用穩(wěn)定后對土開始浸水，計算土樣浸水前后穩(wěn)定的高度或孔隙比，求出濕陷性系數，判定黃土是否具有濕陷性，計算公式如下:

其中，hp，ep分別為保持天然含水量和結構的土樣，在側限條件下加壓到規(guī)定壓力時，壓縮穩(wěn)定后的高度和孔隙比;hp′，ep′分別為規(guī)定壓力加壓穩(wěn)定后，浸水作用下再次壓縮穩(wěn)定后的高度和孔隙比。

當 δ＞0.015時，定義為濕陷性黃土;當 δ＜0.015時，定義為非濕陷性黃土。

3.2 濕陷性黃土處理施工工藝

3.2.1 墊層法

將路基以下45°范圍內的濕陷性黃土土層全部挖除或挖至設計的深度后，用素土或灰土分層回填夯實，灰劑量根據土體的天然含水率和擊實試驗確定。墊層厚度通?？刂圃?.5 m～2.0 m。如此可消除墊層范圍內的濕陷性，減輕或避免路基因附加壓力產生的濕陷，提高路基承載力，減小路基沉降量。這種方法施工簡易，工法成熟且效果顯著，是常用的路基淺層處理或濕陷性處理的方法，經過灰土墊層處理的路基承載力可達到220 kPa以上，且有良好的均勻性和承載能力。

3.2.2 土樁和灰土樁法

土樁和灰土樁擠密地基是由樁間擠密土和填夯的樁體組成的人工復合路基。適用于處理地下水位以上，且深度4 m以上的濕陷性黃土路基，其中土樁主要適用于消除濕陷性黃土路基的濕陷性，灰土樁主要適用于提高填土路基的承載能力。注意:地下水位以下或含水量超過25%的土，不宜采用。土樁和灰土樁的施工方法是利用打入鋼套管或振動沉管在地基中成孔，通過擠壓作用，使路基得到加密，然后在孔內分層填入素土或灰土后夯實而成土樁或灰土樁。

3.2.3 強夯法

強夯法是利用起吊設備將夯錘提升到設計高度，夯錘自由下落對路基土產生夯擊作用，使夯面以下一定深度內的土層達到密實狀態(tài)，以消除濕陷性、降低壓縮性、提高路基承載力。

夯擊時錘重和落距與單擊能成正比，加大錘重和落距可減少夯擊擊數，夯擊遍數也相應減少，可改善加固效果和經濟性。通常夯錘重可取5 t～50 t，落距為10 m～20 m。對相同的錘重，增大落距可獲得較大的落地速度，得到更好的加固效果，但落距加大，對起吊設備的性能要求高，加大錘重比加大落距更易于實施。

采用強夯法處理濕陷性黃土地基，土的含水量宜低于塑限含水量(2±1)%，當土的含水量處在最佳含水量附近時，強夯加密效果最好。強夯法加固速度快，加固效果好，投資節(jié)約，是較為經濟和易實施的路基處理方法。

3.2.4 沖擊碾壓法

沖擊碾壓是沖擊式壓路機帶動非圓形輪碾壓，非圓形滾輪產生的勢能與行駛的動能相互疊加，沿地面進行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)沖擊碾壓法，形成高振幅、低頻率的沖擊壓實作用。高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產生強烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產生的沖擊碾壓功能，可使地下土層的密實度增大，達到壓實的目的。碾壓過程中分層檢測壓實度、含水量、孔隙比、最大干密度、濕陷系數等指標。全部碾壓完成后，檢測總的沉降量、濕陷系數、壓實度，判斷是否已經達到設計要求。采用沖擊碾壓法施工簡便，費用較低，在道路工程建設中廣泛應用。

3.2.5 預浸水法

預浸水法是根據濕陷性黃土在受水浸漬后，產生濕陷的特點，在施工范圍內，大面積浸水，使土體產生自重性濕陷，來消除深層路基濕陷的方法。預浸水法宜用于濕陷性土層厚度大于10 m，自重濕陷量值大于500 mm的場地，浸水的水頭高度應大于30 cm，連續(xù)浸水時間通過實驗以濕陷變形穩(wěn)定時間為基準，其最后5 d的平均濕陷量小于1 mm/d。此方法的優(yōu)點是工藝簡便、費用低廉，但施工工期長，用水量大，不宜于在干旱缺水的地區(qū)使用。

4 結語

濕陷性黃土的各種處理工藝，近年來在道路工程建設中廣泛使用，取得了較為顯著的技術和經濟效益。隨著科學技術日新月異的發(fā)展，新材料、新技術、新工藝、新理論的不斷研究和應用，濕陷性黃土路基的處理也會不斷的多樣化。因此我們需因地制宜，科學選擇，綜合使用，并進行嚴格過程質量控制，使處理的效果達到和超過工程需求。

［1］俞文學.公路工程地質勘查規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］羅宇聲.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］王繼平.灰土擠密樁在特殊地基處理中的設計應用［J］.山西建筑，2012，38(35):118-119.

［4］陳 龍，杜靜軒.濕陷性黃土路基施工技術探討［J］.科技創(chuàng)新與應用，2013(3):81-82.