黃土路基沉降原因及施工處理措施

許嚴

摘 要：濕陷性黃土獨特的性質濕陷性對于工程項目有著巨大的危害和影響，對于濕陷性黃土地區(qū)地基處理顯得尤為重要。在處理各類型濕陷性黃土時，充分考慮各種情況濕陷性黃土的特性，針對采用適當?shù)奶幚矸椒ㄒ韵驕p少濕陷性黃土的濕陷性所帶來的危害和影響。

關鍵詞：濕陷性黃土；地基處理；沉降

1、黃土路基沉降原因

黃土屬不成層的沉積土，時間在第四紀后形成，其顆粒大小介于沙粒和粘土之間。黃土有其獨特的特點：濕陷性。濕陷性變形是由于路基或地基被水浸濕后引起的一種變形，通常是局部的突然發(fā)生，并且變形不均勻，無論是對公路、鐵路還是建筑地基都有著極大的危害。濕陷性黃土地基根據(jù)其發(fā)生濕陷后的濕陷量，分為了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級，地基發(fā)生濕陷的程度越大，其濕陷等級越高，在地基浸水后，地基的變形情況越嚴重，地上建筑的變形越加嚴重，對建筑的危害也就越大。沉降原因包括：

（1）路基壓實度不足：路基土的壓實度不足，將會導致路基的不均勻沉降。黃土本身具有濕陷性特性，在自身重力的影響下遇水就會發(fā)生濕陷，從而使路基有縱向裂縫出現(xiàn)在路基的兩側。導致路基土壓實度不足的原因有：

受施工條件影響。由于天氣干燥，在路基施工時導致局部路基填料土粉碎不足使壓實度不均勻；暗埋式構造物限制使路基邊緣不能超寬碾壓，導致路基邊緣不能完全密實，壓實度不足；各車道之間施工不同步，接縫處處理不到位，施工完成通車后，接縫處會出現(xiàn)壓實度不足。

填料含水率控制不當。在濕陷性黃土地區(qū)施工時，對于填料含水率的控制更加重要，黃土的特性使之對于含水率更加敏感。含水率控制不當會影響路基強度，從而使壓實不充分，達不到設計要求。

當填方土體出現(xiàn)壓實度不足的情況時，將導致土體自重和外加荷載的應力之和大于土體前期固結壓力，使土體發(fā)生形變，從而改變負孔隙水壓力。這些應力將引起土體有效應力的改變，最終導致填方土體壓縮形變，破壞。

（2）填料不均勻：對于濕陷性黃土的處理來說，需要對地基的填料進行嚴格控制?？刂撇划敚坊盍喜痪鶆?，路面產(chǎn)生局部凹陷。在施工中，填料的級配和填料自身的原因，導致對于填料的控制并不精確。在分層碾壓的工程中，可能由于該層填料的厚度過大，導致該級配中較小顆粒和柔性顆粒很難壓實，在經(jīng)過長期的荷載作用，將會導致路基不規(guī)則形變。

（3）地下水影響：由于土體自身所具有的高孔隙比的性質，隨著地下水位的變化或雨水等的影響，使土體含水量不斷發(fā)生變化，導致土體軟化并出現(xiàn)滑動，使路基變形。所以在濕陷性黃土地區(qū)施工時，一定要做好防水防護措施，避免出現(xiàn)由于水位的改變而使地基出現(xiàn)塌陷沉降。

2、工程案例應用概況

某高速公路全長123.32km，采用雙向六車道高速公路設計標準，設計時速為120公里，路基寬度達到33.5m。穿越了黃土梁區(qū)與黃土沖溝組合區(qū)、黃土侵蝕地區(qū)等。在公路里程k110+000～k119+302區(qū)段內(nèi)，沖溝組合區(qū)與黃土臺地區(qū)分布著絕大部分的濕陷性黃土。同時在區(qū)段內(nèi)所分布的濕陷性黃土根據(jù)其濕陷性類型和等級達到了21個級別。

由于不同類型的濕陷性黃土的分布，所以在本路基處理過程中，處理濕陷性黃土的濕陷性成為了整個公路的施工中的重點與難點。要求處理后的地基能夠保證在路基受水受潮時不產(chǎn)生劇烈的沉降而致使路面開裂和沉降等。同時還要求路基具有一定的承載力承擔路基以上的荷載。此路段中的濕陷性黃土有著不同厚度，有的標段濕陷性土層只有6～7m左右，這些較淺濕陷性土層路段的路基處理可以選用強夯法進行處理，有路段濕陷性較強時，采用2000kN·m強夯處理，通常濕陷性不強時采用1000kN·m強夯處理。而遇到濕陷性黃土層達到10m之上的路段時，則采用灰土樁擠密法進行處理。經(jīng)過初步設計和計算，對于不同類型和濕陷情況的濕陷性黃土分別采用1000kN·m和2000kN·m兩種不同強夯方法進行施工改良以及灰土樁擠密法進行處理。

3、強夯法處理

在此路施工時，強夯法施工采用兩種不同的夯擊能：1000kN·m和2000kN·m，均采用的是相同夯錘（重16t，重錘錘徑2.4m），區(qū)別為不同的夯錘下落距離，分別為：6.25m和12.5m。兩種不同的強夯法都是以梅花形分布進行夯實，各個夯實點之間間距為1.6倍夯錘錘徑。在夯實過程中，進行兩遍夯擊工序。兩遍夯實之間間隔3～7天。當單點夯擊符合條件時停止夯擊：最后兩次的夯擊平均夯擊夯沉量小于5cm。單點夯實夯擊過程中，主點夯實夯擊次數(shù)不少于4次，副點夯實夯擊次數(shù)不小于5次。最后采用600kN·m的夯擊能滿夯夯平，夯點搭接為夯錘錘徑的0.25倍錘徑，以最后兩次的夯實夯擊夯沉量小于2cm確定單點的夯擊次數(shù)。第二遍夯實夯擊和最后滿夯間的間隔時間為3～7天。

4、灰土樁擠密法處理

灰土樁擠密法施工中，采用10m長的灰土擠密樁，成孔直徑為0.7m，有效的設計樁徑大于等于0.6m。樁與樁之間的設計樁間距為1.2m，樁點同樣以梅花形進行分布。施工中為了防止相鄰孔洞出現(xiàn)坍塌，施工是采用間隔成孔來防止相鄰孔洞坍塌。樁身采用的填料為灰土，灰土比為3∶7，填料通過篩孔為20mm的方孔篩進行篩選。填料前需要對孔底進行夯實，一般夯實次數(shù)需要達到4次以上。并且在每次填料約0.1m3后進行對填料進行夯擊，夯擊次數(shù)不小于10次，夯錘的下落高度為5m。施工結束后在1/3樁中心處取區(qū)間土進行檢驗是否滿足規(guī)定要求。

5、小結

根據(jù)以上的實驗結果可以看出，灰土樁擠密法在處理過程中相對穩(wěn)定，處理較深處的土體質量要好于強夯法，但是，對于灰土樁擠密法的外界干擾因素較多，施工質量并不能完全得以保證，同時相比于強夯法來說，施工的步驟較為復雜。強夯法對于土體的處理效果是較好的，同時強夯法的施工工藝較為簡便，成本更加低廉，對于施工方有利。但是強夯法對于土體的擾動較大，施工中要嚴格控制強夯法對于土體擾動的問題，不能使土體間的整體強度被破壞。同時可以看出，2000kN·m強夯法處理效果明顯于1000kN·m強夯法處理，所以在施工的過程當中，在控制好土體擾動的前提下，加大夯擊能量是處理濕陷性黃土較好的方法。

參考文獻：

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作者簡介：許巖，男，研究方向：市政道路設計