寧夏地區(qū)黃土的濕陷性危害及治理方法探析

劉會龍 （中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500）

黃土是一種因空氣干燥而產(chǎn)生的孔隙眾多的、柱狀節(jié)理的粉狀泥土，其大多出現(xiàn)在地球中緯度、內(nèi)陸較為干燥的地區(qū)。在我國，黃土主要出現(xiàn)于西北內(nèi)陸地區(qū)，北接長城、南臨陜西秦嶺、西靠祁連山脈東部，東部則是與太行山脈接壤，涉及到我國5大省，即陜西、甘肅、山西、青海以及寧夏，總面積超過50萬km2，達(dá)到我國總面積的5%以上。

1 工程概況

本文選取吳忠至中衛(wèi)鐵路項(xiàng)目為主要研究對象。該鐵路北起吳忠，途經(jīng)關(guān)馬湖和滾泉，穿過牛首山丘陵區(qū)，到達(dá)中寧東設(shè)站，最終到達(dá)中衛(wèi)市。全線總長約為140km，項(xiàng)目部僅承建中寧縣大戰(zhàn)場鎮(zhèn)和宣和鎮(zhèn)之間的線路，正線里程為DK97+702.80～DK112+170.86，全長約為總長的10%。除必要的線路施工外，項(xiàng)目還需預(yù)留宣和南站這一車站。在這種情況下，項(xiàng)目全長約為14km。雙線設(shè)計(jì)貫穿于項(xiàng)目全線，連站前工程和線路內(nèi)附屬工程。

2 不良地質(zhì)及特殊巖土

2.1 風(fēng)沙

工程項(xiàng)目的實(shí)施需充分考慮沿線的地質(zhì)情況。風(fēng)沙、高烈度區(qū)地震液化以及特殊巖土是本線遭遇到的主要不良地質(zhì)，其中，關(guān)馬湖、鳴沙以及宣和等區(qū)域是不良地質(zhì)的主要分布區(qū)。該地區(qū)屬于半干旱氣候區(qū)，在周邊環(huán)境以及氣候區(qū)的影響下，該地區(qū)不僅降雨量少，且蒸發(fā)較快。因此，該地區(qū)的地表大都為來源豐富、含量較高的黃土或粉細(xì)砂。

2000年以前，該地區(qū)以固定-半固定沙丘為主。為了改變這一現(xiàn)狀，當(dāng)?shù)鼐用耖_荒造林，在推平的沙丘上種植草被、樹木。除此之外，當(dāng)?shù)鼐用襁€積極治理風(fēng)沙，對農(nóng)田進(jìn)行灌溉。經(jīng)過長期的治理，該地區(qū)的地質(zhì)條件大大改善，沙害逐漸減少，耕地逐漸增多。

2.2 地震液化

該地區(qū)處于地震基本烈度八度區(qū)。在黃河沖積平原區(qū)，地表20m范圍內(nèi)第四系全新統(tǒng)粉細(xì)砂、粉土、砂質(zhì)黃土地震可液化層。液化土層的厚度和埋深分別為1～12.5m 和0.45～16m。

2.3 特殊巖土

2.3.1 濕陷性黃土

黃土地層大都是砂質(zhì)黃土，在山前傾斜洪積平原區(qū)以及低中山丘陵區(qū)等區(qū)域較為常見，其顯著特征有結(jié)構(gòu)松、孔隙多、濕陷性大。濕陷以非自重濕陷性為主，共分為兩個等級，濕陷的土地厚度在0.5～6m 之間[1]。

2.3.2 膨脹（巖）土

在山前傾斜洪積平原區(qū)以及低中山丘陵區(qū)等區(qū)域不僅分布著濕陷性黃土，還分布著膨脹（巖）土。膨脹（巖）土屬于上第三系泥巖，在周邊環(huán)境的影響下容易發(fā)生結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的改變。天然狀態(tài)下的上第三系泥巖結(jié)構(gòu)致密，具有較小的壓塑性和較高的抗剪強(qiáng)度，遇水時易膨脹，失水時易干縮。相關(guān)工作人員對項(xiàng)目沿線的地質(zhì)情況進(jìn)行取樣試驗(yàn)，最終確定該地區(qū)分布的主要是弱膨脹巖。在施工過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)充分考慮其膨脹性，必要時采用“保濕防滲”的方法進(jìn)行預(yù)防和處理。針對膨脹巖的路塹邊坡，施工人員一方面要注意邊坡的放緩，另一方面要及時進(jìn)行加固處理。除此之外，為防止地表水下滲，施工人員還應(yīng)完善排水功能，及時排出地表水。

2.3.3 軟土及松軟土

軟土及松軟土主要分布在黃河一級階地區(qū)，以薄層軟粘性土最為普遍，其中又以軟塑-流塑狀的粉質(zhì)黏土為主。這種黏土具有很高的有機(jī)質(zhì)含量，同時還具有壓縮性高、孔隙率大等特點(diǎn)。不僅如此，該種黏土的強(qiáng)度不高，承載力低下，因而工程性質(zhì)較差。

3 濕陷性黃土成因

通常黃土有2種類型，即濕陷性以及非濕陷性，濕陷等級判別見下表。前者是受到壓力沖擊以及水的侵蝕，導(dǎo)致原本的結(jié)構(gòu)被損壞，由此出現(xiàn)劇烈下沉；而后者是盡管受到壓力沖擊、水的侵蝕，也不會出現(xiàn)黃土下沉運(yùn)動[2]。

通常Δs≥50，Δzs≥30可判定為Ⅲ級，30＜Δs＜50，7＜Δzs＜30 可判定為Ⅱ級按照地區(qū)實(shí)際情況分析，寧夏的黃土物理力學(xué)指標(biāo)主要是：液限在25%～35%之間、天然含水量在12%～22%之間以及塑限在16%～22%之間。根據(jù)研究可知，黃土中包含的砂粒、粗粉粒能夠在一定程度上支撐整個結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)闈裣菪渣S土并沒有過多的砂粒，同時很多砂粒是無法進(jìn)行直接接觸的，只有粗粉粒才能被直接接觸。而細(xì)粒粉主要出現(xiàn)于大顆粒的表層，能夠和一些膠質(zhì)物體混合充當(dāng)一些填充材料。由于黃土的結(jié)構(gòu)較為松散，只是通過顆粒之間的摩擦以及部分水分的聚攏，一旦水分蒸發(fā)，體積就會變小，其內(nèi)部的膠體、結(jié)合水以及鹽分都會開始緊貼細(xì)顆粒，從而實(shí)現(xiàn)膠結(jié)連接。通過頻繁的濕潤與干燥，鹽分含量就會大大上升、一些膠體也會變陳，從而導(dǎo)致膠結(jié)能力變強(qiáng)，黃土結(jié)構(gòu)更為松散。同時，若是在季節(jié)性的降水時節(jié)，分散開的粉粒往往比較好凝結(jié)起來，但若長時間的干旱，因?yàn)樗值牟粩鄿p少，會導(dǎo)致剩余水分以及鹽分附著到粗粉粒表面，以此逐漸形成越來越多的膠結(jié)物。因?yàn)樗钟l(fā)變少、土粒之間的距離拉近，顆粒與顆粒之間的引力也會不斷加強(qiáng)，從而提升內(nèi)部土粒的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)土體自重壓密的情況，以此使得粗粉粒實(shí)現(xiàn)其支撐價值，形成穩(wěn)定的多孔隙體系。在被水滲透的時候，結(jié)合水膜會不斷滲入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使結(jié)合水失去連接能力、鹽類物質(zhì)消失，從而導(dǎo)致骨架強(qiáng)度愈發(fā)變?nèi)酰谕饨鐗毫Φ膲浩戎袑?dǎo)致原本結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊，內(nèi)部土粒出現(xiàn)滑移、孔隙愈發(fā)變小，以此出現(xiàn)大面積的沉陷。上述則是黃土濕陷產(chǎn)生的原因以及全過程活動。由此可見，之所以出現(xiàn)濕陷主要是因?yàn)辄S土內(nèi)部的水連接變?nèi)趸蛳А?/p>

4 黃土濕陷的危害及其處理措施

因?yàn)辄S土的濕陷，會導(dǎo)致地基不平穩(wěn)，出現(xiàn)變形，通常情況下只需1～2d就可以出現(xiàn)超過20cm的變形。而這樣大的變形量對于絕大多數(shù)工程來說都超出了其自身的承受范圍，會出現(xiàn)表層脫落、開裂等現(xiàn)象?；诖?，對于不同的項(xiàng)目種類，應(yīng)該有針對性地做好防固。

4.1 建筑物基礎(chǔ)穿透濕陷性黃土層

濕陷性黃土層具有結(jié)構(gòu)疏松的特性，因此為了消除施工中存在的安全隱患，在施工時首先要確保建筑物基礎(chǔ)具有一定深度，且位于濕潤性黃土層下方，以此確保施工的順利進(jìn)行。灌注樁作為常用的施工方式之一，雖然使用成本較高，但其不僅可以完美避開濕陷性土層，而且相較于其他施工方式更具有安全性，因此仍被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)施工項(xiàng)目中[3]。

沿線的山前傾斜洪積平原區(qū)及低中山丘陵區(qū)為黃土地層的主要分布區(qū)域。黃土地層大都為砂質(zhì)黃土，具有結(jié)構(gòu)疏松，孔隙較多等特點(diǎn)。濕陷性是黃土場地最明顯的特征，主要為非自重濕陷性，施工人員需根據(jù)多種因素合理選擇濕陷性黃土地基的處理方式。

4.2 濕陷性黃土地基處理質(zhì)量保證措施

①沖擊碾壓是處理濕陷性黃土地基的主要方式之一。除此之外，強(qiáng)夯以及水泥土擠密樁同樣也是處理濕陷性黃土地基的主要方法。如何選擇最有效的處理方法還需要施工人員對諸多因素進(jìn)行考量，如路基填挖情況、濕陷的壓力和厚度等。

②在強(qiáng)夯施工的過程中，施工人員應(yīng)盡量保證塑限含水量要高于濕陷性土的含水量。含水量低于一定標(biāo)準(zhǔn)時，施工人員應(yīng)及時進(jìn)行增濕，保證含水量符合規(guī)范。

③水泥土擠密樁應(yīng)按孔底夯實(shí)、孔內(nèi)填料的順序進(jìn)行。施工質(zhì)量受土的含水量的影響，含水量過低時，會出現(xiàn)沉管困難等情況，需加水浸潤提升含水量之后再進(jìn)行施工；含水量過高時，拔管后會有縮頸現(xiàn)象產(chǎn)生，需采用復(fù)打法進(jìn)行處理。

④為保證施工的順利進(jìn)行，施工人員應(yīng)做好綜合排水措施，防止積水在路基停留。同時，施工人員還應(yīng)及時填平路基上的洼地、裂縫，防止路基積水。

5 結(jié)語

綜上所述，在我國西北部的工程地質(zhì)問題中，濕陷性黃土尤為常見。本文闡述了鐵路濕陷性黃土的危害、所處位置以及處理方案，在工程實(shí)踐中，可運(yùn)用以上幾種方法結(jié)合實(shí)際對諸多問題進(jìn)行處理，在此類項(xiàng)目中起到引導(dǎo)性作用。