濕陷性黃土地基的處理與邊坡加固措施

許 偉

(山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原 030006)

濕陷性黃土地基的處理與邊坡加固措施

許 偉

(山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原 030006)

介紹了黃土的特性，分析了水、水壓力、土壓力對(duì)黃土濕陷性的影響，對(duì)灰土或素土墊層、重錘夯實(shí)及強(qiáng)夯法、石灰土或二灰擠密樁等濕陷性黃土的地基處理方法進(jìn)行了闡述，同時(shí)給出了濕陷性黃土的邊坡加固措施。

黃土，濕陷性，地基，邊坡

黃土是以粉土顆粒為主，含有大量可溶鹽和膨脹性黏土礦物等，具有多孔性、滲透性、易崩解等特點(diǎn)，承載力較低，在外荷載和自重作用下受水浸濕后容易產(chǎn)生濕陷變形，特別是強(qiáng)降雨導(dǎo)致的公路路基出現(xiàn)沉陷病害，誘發(fā)各種各樣的工程質(zhì)量事故。因此，通過工程措施來提高地基承載力，以解決濕陷性黃土路基沉陷病害。

1 黃土的特性

在黃土的微觀結(jié)構(gòu)下，黃土呈現(xiàn)的是一種粒狀顆粒分布，在各個(gè)顆粒之間，形態(tài)各異，大小不一；各個(gè)顆粒之間通過接觸聯(lián)接，存在著較多的大孔隙，結(jié)構(gòu)比較松散。

在這種結(jié)構(gòu)下，黃土具有以下特性：

濕陷性，這是黃土最主要的工程性質(zhì)，但并不是所有黃土都具有濕陷性。黃土在一定壓力下受水浸濕后，土體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)迅速破壞，表現(xiàn)出的黃土層出現(xiàn)顯著下沉稱為黃土的濕陷性。根據(jù)下沉壓力來源的不同，濕陷性分為自重濕陷性和非自重濕陷性。黃土浸水后，在自身重力條件下出現(xiàn)的濕陷為自重濕陷性黃土，見圖1。自重濕陷性黃土對(duì)建筑物的危害極大，會(huì)導(dǎo)致一些自身荷重不大的建筑物，在受水浸潤后也會(huì)出現(xiàn)顯著下沉，破壞建筑物的運(yùn)行安全。還有一類是浸水條件下，在受到一定附加荷重和自身重力的共同作用下，發(fā)生的顯著下沉稱為非自重濕陷性黃土，見圖2。在我國，具有濕陷性的黃土厚度一般在土層上部的10 m～22 m。

滲透性。黃土顆粒的膠結(jié)作用較差，其排列結(jié)構(gòu)起各向異性作用，垂直方向的滲透系數(shù)一般比水平方向滲透系數(shù)大。試驗(yàn)證明，不同的黃土垂直方向滲透系數(shù)可以是水平方向的1.2倍～2.55倍。

黃土的各向同性和各向異性。通過對(duì)黃土抗剪強(qiáng)度特性的研究表明，抗剪強(qiáng)度在不同方向上并不相同，基本上呈橢圓狀。當(dāng)黃土的剪切面平行于垂直節(jié)理方向時(shí)，其抗剪強(qiáng)度相對(duì)最低，且含水量低時(shí)受各向異性的影響程度更大。

黃土地基的承載力不能滿足上部結(jié)構(gòu)的要求，就會(huì)導(dǎo)致地基失穩(wěn)，使建筑物出現(xiàn)局部或整體破壞。當(dāng)?shù)鼗冃芜^大或發(fā)生不均勻沉降，會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生傾斜、開裂或局部破壞，影響建設(shè)工程的正常使用。

2 黃土的濕陷性

黃土的濕陷性是一個(gè)多因素綜合作用的結(jié)果，直接原因是架空孔隙和支架孔隙，水和壓力是出現(xiàn)濕陷沉降的必要條件。

2.1 水對(duì)黃土濕陷性的影響

水的浸入是黃土濕陷的先決條件。不同的浸水量產(chǎn)生不同的濕陷量。當(dāng)浸水區(qū)域較小時(shí)，在浸水非飽和區(qū)域產(chǎn)生的摩阻力可有效限制浸水飽和區(qū)域的濕陷，使得浸水飽和區(qū)域的濕陷沉降難以充分展開。

通過研究表明，不同的黃土性質(zhì)，使得上述限制也不盡相同。在一些水穩(wěn)性較強(qiáng)的濕陷性黃土地區(qū)，只有在較大的壓力和增濕量條件下才能使得濕陷發(fā)生，黃土的抗剪強(qiáng)度隨濕度增加而緩慢降低。因此，在非飽和浸濕區(qū)內(nèi)，土體所發(fā)生的沉降變形很小。而在一些黃土水穩(wěn)性很差的地區(qū)，即使很少量的水分也會(huì)使得土體的抗剪強(qiáng)度發(fā)生驟減，導(dǎo)致非飽和增濕區(qū)不僅難以限制濕陷的發(fā)生，反而參與并加劇濕陷的發(fā)生與擴(kuò)張。因此，在該土質(zhì)條件下，當(dāng)發(fā)生浸水量很少或是小面積的浸水時(shí)，也會(huì)迅速的產(chǎn)生明顯的濕陷沉降變形。

2.2 水壓力對(duì)黃土濕陷性的影響

研究表明，在水壓力不同的條件下，即使是同等增濕所產(chǎn)生的沉降變形也不同。

在小的水壓力下，要達(dá)到一定的沉降變形需要較高的增濕量。研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，黃土的濕陷性呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢，但隨著浸水滲透時(shí)間的延長，土層的濕陷敏感性會(huì)逐漸減弱。因此，在施工設(shè)計(jì)中，選擇采用較低荷載的路基路面是降低黃土濕陷性的一種有效方法。

在大的水壓力下，隨著黃土含水量的不斷增大，黃土的濕陷性會(huì)逐漸減弱。因此，在施工中，預(yù)浸水法是一種消除地基濕陷性的有效方法。

2.3 土壓力對(duì)黃土濕陷性的影響

不同類型的黃土要產(chǎn)生濕陷，所要求的濕度和壓力都不盡相同。在濕陷敏感性較強(qiáng)的土質(zhì)條件下，即使上覆飽和土自重壓力很小，在增濕量很小的條件下，也能產(chǎn)生非飽和濕陷。在濕陷不敏感的一些黃土地區(qū)，即使有較高的濕度和壓力，也難以產(chǎn)生自重濕陷。

浸濕是黃土發(fā)生沉陷的條件之一。局部增濕與大面積增濕相當(dāng)于點(diǎn)增濕與面增濕的比較。在點(diǎn)增濕條件下，摩阻力會(huì)強(qiáng)烈限制濕陷的發(fā)生和擴(kuò)展，而面增濕則沒有摩阻力的限制。可以看出，在同等的增濕條件下，面增濕的濕陷量遠(yuǎn)超過點(diǎn)增濕的濕陷量。對(duì)施工中出現(xiàn)的工程地質(zhì)條件改變導(dǎo)致的大面積增濕情況應(yīng)特別給予重視。沒有足夠的浸濕范圍就難以產(chǎn)生足夠的自重壓力，沉陷量大的濕陷也就難以發(fā)生。

壓力也是濕陷的必要條件。在同等的浸濕條件下，壓力條件不同，產(chǎn)生的濕陷也不同。研究發(fā)現(xiàn)，干燥性自重濕陷性黃土的強(qiáng)度較高，但是在大的壓力條件下，即使增濕范圍不大，黃土產(chǎn)生的沉陷變形還是非常顯著的。在黃土地區(qū)進(jìn)行公路建設(shè)，防水措施與路塹邊坡的穩(wěn)定密切相關(guān)。在黃土路基的濕陷過程中，土的壓力條件受許多因素的影響，處于動(dòng)態(tài)變化之中。在一定范圍內(nèi)，自重濕陷量的大小與試坑的面積密切相關(guān)，兩者呈現(xiàn)正比關(guān)系。

可以看出，即使在較低的含水量條件下，黃土很容易產(chǎn)生液化，導(dǎo)致接觸聯(lián)接結(jié)構(gòu)的迅速破壞，出現(xiàn)顯著的沉陷。因此，在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行路基修筑，病害預(yù)防應(yīng)以防水為主，并輔以其他工程措施。

3 濕陷性黃土的地基處理

在濕餡性黃土地區(qū)進(jìn)行公路修筑，進(jìn)行地基處理是確保公路安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。進(jìn)行黃土地基處理，通過對(duì)黃土性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，以減少黃土的滲水性和壓縮性，部分或全部消除黃土的濕陷性，確保路基安全。

在路基施工中，通過勘測，取得濕陷性黃土層厚度、濕陷類型等資料，綜合考慮工程性質(zhì)、水文地質(zhì)、施工條件、工程投資等因素，選擇合理的地基處理方法，以確保路基的安全運(yùn)行。

在我國黃土地基施工中，常用的地基處理方法主要有以下幾種：

1)灰土或素土墊層。這是施工中最常見的淺層濕陷性黃土地基處治方法。該法施工簡易，地基處理效果顯著。在施工中，首先按照工程設(shè)計(jì)要求將路基下的濕陷性黃土層部分或全部挖除掉，通常挖深為1 m～3 m，再使用灰土(三分石灰七分土)或素土對(duì)其進(jìn)行分層夯填、壓實(shí)至設(shè)計(jì)要求。

2)重錘夯實(shí)及強(qiáng)夯法。重錘夯實(shí)法是一種消除淺層黃土濕陷性的常用方法。根據(jù)工程實(shí)例，使用范圍為5 kN～40 kN范圍內(nèi)的重錘，落高范圍在2.5 m～4.5 m之間，在最佳含水量的情況下，可有效消除1.0 m～1.5 m深度內(nèi)黃土層的濕陷性。強(qiáng)夯法則是一種常見的消除較深土層濕陷性的方法。根據(jù)工程實(shí)例表明，使用100 kN～200 kN范圍內(nèi)的重錘，自由落高范圍為10 m～20 m之間錘擊兩遍，能有效消除4 m～6 m范圍內(nèi)土層的濕陷性。當(dāng)在施工中確定采用該兩種方法時(shí)，均需事先進(jìn)行夯擊試驗(yàn)，取得進(jìn)行夯擊所必需的夯點(diǎn)、錘擊數(shù)、夯沉量等數(shù)據(jù)，確保地基處理質(zhì)量和施工效果。

3)石灰土或二灰(石灰與粉煤灰)擠密樁。在濕陷性黃土層較厚的地區(qū)，擠密樁是一種消除黃土層濕陷性效果顯著的施工方法，主要適用于消除5 m～10 m深度內(nèi)地基土的濕陷性。該法的原理在于通過擠密的方法來破壞黃土的松散大孔結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到消除濕陷性的目的。在施工中，首先采用打入樁、沖鉆或爆擴(kuò)等方法成孔，再將石灰土或是二灰料分層夯填、壓實(shí)成樁。

4)預(yù)浸水處理。在自重濕陷性黃土地區(qū)，在施工前，充分利用黃土的自重濕陷特性，通過將地基充分浸水，促使其在自重作用下發(fā)生濕陷來緩解和消除土層的濕陷性。

4 濕陷性黃土的邊坡加固

黃土的邊坡防護(hù)是黃土地區(qū)公路建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。如不能及時(shí)有效地對(duì)黃土邊坡進(jìn)行科學(xué)防護(hù)，不僅容易造成水土流失，還會(huì)危及工程安全。

常用的邊坡防護(hù)方法有直接植草防護(hù)、拱式砌石或漿砌片石結(jié)合植草防護(hù)、六角形預(yù)制塊邊坡防護(hù)及土工網(wǎng)植被防護(hù)等，各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1)直接植草防護(hù)，具有方法簡單、施工方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。在黃土地區(qū)，直接植草防護(hù)容易受風(fēng)吹雨淋等因素的影響，在沒有加筋處理的情況下，在暴雨和徑流的沖蝕下容易導(dǎo)致坡面破壞，可靠度極低。

2)拱式砌石或漿砌片石結(jié)合植草防護(hù)。由于施工繁瑣、速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、造價(jià)高等缺點(diǎn)不宜推廣應(yīng)用。

3)六角形預(yù)制塊防護(hù)。六角形預(yù)制塊中間空格面積較小，最大限度地減小了坡面防護(hù)對(duì)植草綠化的依賴性，難以產(chǎn)生太嚴(yán)重的沖蝕現(xiàn)象，目前應(yīng)用較多，見圖3。

4)土工網(wǎng)植被防護(hù)。為了滿足護(hù)坡和綠化的要求，近年來采用土工網(wǎng)與植被結(jié)合的方法較多。以免受雨水的直接沖擊。該方法的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低，施工方便，能滿足一定的護(hù)坡綠化要求，見圖4。但可靠度較低，在暴雨的沖刷下容易產(chǎn)生沖溝。

5 結(jié)語

在我國，濕陷性黃土地基處理技術(shù)還不是很完善。參考國外先進(jìn)技術(shù)，通過研究探索，引進(jìn)地基處理新機(jī)械，提高各種工法的施工能力，發(fā)展地基處理理論和地基處理新技術(shù)、提高地基處理技術(shù)綜合應(yīng)用水平是未來的發(fā)展方向。

在施工中，合理選擇處理方法，認(rèn)真完善施工，確保建筑物使用安全。

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The process of collapsible loess foundation and slope reinforcement measures

XU Wei

(Shanxi Highway Engineering Supervision Technology Consulting Company, Taiyuan 030006, China)

This paper introduced the characteristic of loess, analyzed the influence of water, water pressure, soil pressure to loess collapsible, elaborated the lime soil or soil cushion, tamping and dynamic compaction, lime soil or two ash compaction pile and other collapsible loess foundation treatment methods, and gave the slope reinforcement measures of collapsible loess.

loess, collapsible, foundation, slope

1009-6825(2014)31-0168-02

2014-08-25

許 偉(1981- )，男，工程師

TU444

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