淺談黃土地區(qū)路基軟基處理措施

許萬(wàn)科

(甘肅省天水公路管理局，甘肅 天水 741000)

1 濕陷性黃土的主要工程特性

黃土在自重壓力或附加壓力和自重壓力共同作用下因受水浸濕而產(chǎn)生急劇、大量的附加下沉變形現(xiàn)象稱為濕陷。濕陷性黃土可分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土，浸水后需在一定附加壓力作用下才發(fā)生濕陷的黃土稱為非自重濕陷性黃土；在飽和自重壓力作用下即產(chǎn)生濕陷的稱為自重濕陷性黃土，其危害性遠(yuǎn)較非自重濕陷性黃土嚴(yán)重。

1.1 濕陷性黃土的主要物性指標(biāo)

濕陷性黃土的礦物成分以石英為主，其含量為60%～70%，其次為長(zhǎng)石和云母，濕陷性黃土的顆粒成分以粉粒(0.005～0.05mm)為主，約占 50%～70%，其次為砂粒(＞0.05mm )，約占 10%～30%，粘粒含量為8%～26%?？紫侗仁呛饬繚裣菪渣S土密實(shí)度的主要指標(biāo)，一般在0.9～1.1之間，當(dāng)黃土的孔隙比小于 0.9時(shí)，濕陷性明顯減弱。

1.2 濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)

濕陷性黃土的粘聚力由二部分組成，一部分是原始粘聚力，由土粒間的電場(chǎng)力所產(chǎn)生，粘粒含量和密實(shí)度越高原始粘聚力就越大；另一部分是由于易溶鹽的存在，形成較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使黃土的粘聚力增加。內(nèi)摩擦角主要與土的顆粒成分和礦物成分有關(guān)，砂粒含量越高，內(nèi)摩擦角越大。天然狀態(tài)下，濕陷性黃土的粘聚力一般為20～60kPa，內(nèi)摩擦角在15～30°之間。

1.3 黃土的濕陷性

現(xiàn)場(chǎng)采取原狀土樣，通過(guò)室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)測(cè)定試樣的濕陷系數(shù)δs和自重濕陷系數(shù)δzs來(lái)評(píng)判黃土的濕陷性：當(dāng)δs＜0.015時(shí)為非濕陷性黃土 ，當(dāng)δs≥0.015時(shí)為濕陷性黃土。根據(jù)濕陷系數(shù)δs來(lái)劃分黃土的濕陷強(qiáng)度： 當(dāng) δs＜0.07 為輕微濕陷性，0.03＜δs＜0.07 為中等濕陷性，δs＞0.07為強(qiáng)烈濕陷性。根據(jù)實(shí)測(cè)自重濕陷量或計(jì)算自重濕陷量Δzs來(lái)評(píng)判黃土場(chǎng)地的濕陷類型，Δzs≤70mm為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，Δzs＞70mm為自重濕陷性黃土場(chǎng)地。根據(jù)濕陷性土層的累計(jì)濕陷量和自重濕陷量的計(jì)算值來(lái)確定黃土地基的濕陷等級(jí)，由累計(jì)濕陷量的大小把濕陷等級(jí)分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，濕陷等級(jí)越高，地基浸水后的濕陷性越嚴(yán)重，對(duì)建筑物的危害性也越大。

1.4 黃土的滲透性

黃土的滲透性直接影響地基濕陷變形的大小和速度，是黃土的重要工程性質(zhì)。由于影響黃土滲透性的因素很多，不同類型的黃土滲透系數(shù)有很大的差異。黃土有垂直大孔隙，滲透性具有明顯的各向異性，一般新黃土的滲透系數(shù)為 i×10-3m/s(1≤i≤9)， 老黃土約為 i×10-4～i×10-5m/s，垂直方向的滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于水平方向。滲透系數(shù)隨入滲時(shí)間和入滲水量的增加而變化，濕陷發(fā)生后的黃土，由于天然結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，兩個(gè)方向的滲透系數(shù)接近，滲透系數(shù)變小。

2 濕陷性黃土地區(qū)公路工程的主要技術(shù)問(wèn)題

2.1 地基濕陷性問(wèn)題

濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，在天然濕度下，具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，遇水浸濕時(shí)，強(qiáng)度顯著降低，發(fā)生濕陷變形。黃土濕陷變形是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，具有突發(fā)性、不連續(xù)性和不可逆性，對(duì)建筑物有很大的危害，是濕陷性黃土地區(qū)工程建設(shè)必須解決的主要技術(shù)問(wèn)題。黃土的濕陷變形可分為三個(gè)階段，第一階段為壓密變形，通常為線性變形；第二階段為濕陷變形，變形量大、速度快；第三階段為飽和黃土的固結(jié)變形，變形明顯減小并趨于穩(wěn)定。

2.2 填料改良問(wèn)題

天然狀態(tài)下黃土的含水量較低，滲透性與崩解性較強(qiáng)，不易壓實(shí)。黃土經(jīng)過(guò)碾壓改變了土體結(jié)構(gòu)，消除了部分濕陷性，但仍存在水穩(wěn)性差、浸水軟化等問(wèn)題，在冬季寒冷條件下還易發(fā)生凍脹。因此，對(duì)沉降變形控制嚴(yán)格的路堤不宜直接用濕陷性黃土作路基填料。通過(guò)在濕陷性黃土中摻入一定比例的水泥、石灰、粉煤灰等摻合劑，按最優(yōu)含水率充分拌合，即可得到滿足工程要求的改良土。在黃土地區(qū)通常采用石灰摻合劑，石灰中的鈣離子與土粒表面的陽(yáng)離子發(fā)生交換和凝聚作用，加強(qiáng)了土顆粒間的聯(lián)系，改善了土體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高了土體的水穩(wěn)性。

3 城市道路路基軟基處理方法

常用的處理方法有以下幾種：

3.1 表層排水法

對(duì)土質(zhì)較好因含水量過(guò)大而導(dǎo)致的軟土地基，在填土之前，地表面開(kāi)挖溝槽；排除地表水。同事降低地基表層部分的含水率。以保障施工機(jī)械通行。為了發(fā)揮開(kāi)挖的溝槽在施工中達(dá)到盲溝的效果，應(yīng)回填透水性的砂礫或碎石。

3.2 換填土法

換土加固是處理淺層地基的方法，所謂換填土發(fā)是指當(dāng)?shù)鼗至拥某休d力和變形滿足不了設(shè)計(jì)要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時(shí)，一般采用把一定厚度的弱土層挖除，然后分層換填強(qiáng)度較大的砂或其他性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性的材料，并壓實(shí)至要求的密實(shí)為止，多用于公路構(gòu)筑物的地基處理。機(jī)械輾壓、重錘夯實(shí)、平板振動(dòng)可作為壓實(shí)墊層的不同施工方法，這些施工方法不但可處理分層回填土，又可加固地基表層土。換填土發(fā)的加固原理是根據(jù)土中附加應(yīng)力分布規(guī)律，讓墊層承受上部較大的應(yīng)力，軟弱層承擔(dān)較小的應(yīng)力，以滿足設(shè)計(jì)對(duì)地基的要求。根據(jù)換填方式的不同可分：換填土；拋石擠淤法及爆破擠淤法。

3.3 砂墊層法

對(duì)于地基上部軟土層極薄且含水量大時(shí)，在軟土地基上敷墊0.5-1.2m左右厚的砂墊層。這樣可達(dá)到固結(jié)軟土層，使砂墊層起到上部排水層作用；同時(shí)，砂墊層又成為填土內(nèi)的地下排水層，以降低填土內(nèi)的水位；在進(jìn)行填土及地基處理施工時(shí)，為施工機(jī)械提供良好的通行條件。

設(shè)計(jì)與施工:(1)如采用機(jī)械施工，在確定砂墊層厚度時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)械的重量，輪胎對(duì)地面接觸壓力，偏心程度及軟土地基表層強(qiáng)度等。在極軟地基上，僅用砂墊層來(lái)確保大型施工機(jī)械的通行，往往需要較厚的砂墊層，是不經(jīng)濟(jì)的，所以常與表層排水或敷墊材料等法并用。(2)砂墊層施工時(shí)應(yīng)設(shè)放樣板。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)一般采用自卸汽車與推土機(jī)聯(lián)合操作。要盡量做到均勻一致。用透水性差的粉土作填料時(shí)，其坡腳附近的砂墊層一旦被土復(fù)蓋，就有可能妨礙側(cè)向排水，因此對(duì)砂墊層的端部要妥善處理。

3.4 添加劑法

對(duì)于表層為粘性土?xí)r，在表層粘性土內(nèi)滲入添加劑，改善地基的壓縮性能和強(qiáng)度特性。以保施工機(jī)械的行駛。同時(shí)也可達(dá)到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拌和或廠拌，除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團(tuán)粒效果外，對(duì)被固結(jié)的土隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生化學(xué)性固結(jié)，使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化，從而促進(jìn)土體穩(wěn)定。

3.5 加固土樁法

用帶有回轉(zhuǎn)、翻松、噴粉與攪拌功能的機(jī)械，將軟土地基局部范圍的某一深度、某一直徑內(nèi)的軟土用固化材料予以改良、加固，形成加固土樁體，例如:粉噴樁、旋噴樁。施工速度快、加固深度大、效果好，但造價(jià)較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

在設(shè)計(jì)與施工中，應(yīng)全面分析濕陷性黃土地區(qū)公路建設(shè)的工程特性及路基產(chǎn)生病害的原因和機(jī)理，因地制宜采取有效的處理措施，保證路基的完整和穩(wěn)定。

[1]龔曉南.地基處理新技術(shù)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[2]莫德飛.淺析軟土地基深基基礎(chǔ)工程處理技術(shù)[J].陜西建筑.

[3]徐至鈞.軟土地基和預(yù)壓法地基處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.