濕陷性黃土對機場的危害及處置措施分析

盧海

西部機場集團有限公司機場建設(shè)指揮部 陜西 西安 710000

1 濕陷性黃土的概況

1.1 概念

濕陷性黃土是眾多土質(zhì)類型中的一種，其在自重或者附加應(yīng)力等的作用下，與水接觸后會破壞其土壤原有結(jié)構(gòu)，進而出現(xiàn)沉降。一般濕陷性黃土大部分分布在東北、華北、西北等地區(qū)。

1.2 黃土的濕陷特征

在我國，濕陷性黃土是一種較為常見的土壤類型，因為此種類型的土壤孔隙比其他土壤大，因此，在業(yè)內(nèi)還被稱為大孔土，分布在降雨量較小的地區(qū)，如甘肅、寧夏等，屬于一種沙壤土，一般，在沙壤土中黏土量在12%～25%之間；壤土中的黏土含量在25%～37.5%之間；但濕陷性黃土中的黏土含量則在8%～26%之間，其在業(yè)內(nèi)雖然被劃分為沙壤土類型中，但其與沙壤土在性質(zhì)方面存在較大差異：①若濕陷性黃土從未受外力影響，土層表面會有大量孔隙，即便是肉眼也清晰可見這些孔隙，其孔隙部分是天然的，部分是在生物作用下而成；②濕陷性黃土在干燥時，表層顏色大多呈淡黃色，在與水接觸后，呈褐黃色；③土質(zhì)結(jié)構(gòu)中不僅鹽含量較高，而且還含有一些高嶺土、石英成分；④在干燥狀態(tài)下，濕陷性黃土具備較高的可壓縮性和強度；⑤吸水性和透水能力較強；若在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)機場，不僅難度大，而且在建設(shè)期間對人力、財力、物力資源的消耗量較大[1]。

1.3 黃土濕陷機理

一般，濕陷性黃土骨架由多種成分組成，即集粉和粉粒等，在結(jié)構(gòu)排列方式具備較強的松散型，內(nèi)部空隙較多，對于濕陷性黃土來說，濕陷性與孔隙具有密切的聯(lián)系，孔隙越大濕陷率會隨著增加，若黃土含水量與孔隙比不變，濕陷量會隨著黃土的荷載不斷變化；在黃土結(jié)構(gòu)中，若其內(nèi)部含有大量可溶性鹽，則內(nèi)部孔隙率會比較大，若機場工程位于常年降雨量偏少的地區(qū)，則黃土內(nèi)部水分流失較為嚴重，導(dǎo)致涂層中水分量隨之減少，在此種條件下，黃土中的可溶性鹽會逐步被析出，膠體出現(xiàn)凝結(jié)，使得黃土的凝聚力加大，此時土層狀態(tài)呈欠壓密狀態(tài)，若在此種類型的黃土上施工時，土層遇水后，土層原有的凝聚力開始分散，致使機場地面、建筑等發(fā)生沉降，影響機場的正常運行。

1.4 黃土濕陷性評價內(nèi)容

①通過科學的方式辨別濕陷性黃土類型；②運用相應(yīng)的技術(shù)手段辨別濕陷性黃土的屬性（自重和非自重）；③運用相應(yīng)的技術(shù)手段判定其濕陷等級；④運用相應(yīng)的技術(shù)手段辨別其濕陷起始壓力，如通過分析機場土層可以了解黃土濕陷情況及類型，并采取相應(yīng)的技術(shù)手段，最小化濕陷性黃土的沉降率。

2 濕陷性黃土對機場的危害

2.1 機場地基出現(xiàn)不均勻沉降問題

在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)機場過程中，在進行大量高填方平整工作之后，機場仍會出現(xiàn)不同程度的沉降問題；另外，在沖溝底部位置，由于巖面起伏相對較大，導(dǎo)致機場地基出現(xiàn)嚴重的不均勻沉降。

2.2 機場地基土體的濕陷破壞

在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)機場過程中，在完成大量深挖高填工作后，在填挖交界位置還會存留一部分濕陷性黃土，在與水接觸后會出現(xiàn)一定下沉，進而導(dǎo)致機場道路、建筑等發(fā)生傾斜、沉降等，不僅影響機場的正常運營，而且會威脅機場工作人員和旅客的人身安全，因此需在機場建設(shè)過程中，采取相應(yīng)的措施避免濕陷性黃土出現(xiàn)沉降[2]。

3 處理濕陷性黃土地基危害的措施

在建設(shè)機場工程過程中，需根據(jù)實際情況，采取可行的技術(shù)措施降低濕陷性黃土的濕陷率，在選擇處理技術(shù)時，可以根據(jù)工程所在地區(qū)濕陷性黃土的特征、類型，科學選擇相應(yīng)的處理方式，一般，常用的技術(shù)有墊層法、預(yù)浸水法、換填法、夯實法等，以最大限度降低濕陷性黃土出現(xiàn)沉降的概率，在保障機場旅客、工作人員人身安全的同時，使機場可以正常運營，為旅客的出行提供方便。

3.1 墊層法

在機場工程施工中，墊層法是處理濕陷性黃土時，常用的方式之一。所謂墊層法在業(yè)內(nèi)也被稱為開挖置換法、換土墊層法，此方式主要是通過相應(yīng)的工具設(shè)備挖出基底下部分或者全部濕陷性黃土，接著使用灰土或者素土分層回填并夯實形成一種墊層，從而降低地基中黃土的濕陷量，并使地基的滲透性和壓縮變形能力得到減少，達到提升地基承載能力的目的。此方式一般常用于地下水位以上土層厚度在1～3m范圍內(nèi)的工程中，在地基處理范圍方面，可以對其進行細分，一般可分為兩大部分，即整片和局部墊層。若在機場工程施工中，僅要求降低地基下部3m范圍內(nèi)的濕陷量，此時，在施工時，采取局部或者整片墊層法均可以達到相關(guān)施工要求；若機場工程中對濕陷性黃土的承載能力和水穩(wěn)性均提出了較高的要求，則需采取整片墊層法或者局部灰土墊層法，對濕陷性黃土進行置換，以消除黃土的濕陷性。在機場工程施工中，處理濕陷性黃土時，若選擇使用墊層法，則需嚴格控制墊層分層鋪填厚度，一般要求控制在200～300mm范圍內(nèi)；為使分層壓實質(zhì)量得到提升，在壓實過程中，應(yīng)嚴格對機械輾壓速度進行控制；在檢測墊層質(zhì)量時，應(yīng)始終遵循分層檢測的原則，確保每層墊層壓實系數(shù)達到規(guī)定標準后，方可對上層土進行鋪填處理，進而保證施工質(zhì)量。

3.2 夯實法

夯實法主要是通過應(yīng)用重錘自由落下過程中產(chǎn)生的沖擊力對地基進行夯實，夯實法一般分為兩種，即強夯法和重夯法。在機場工程施工中，此方式多用于對飽和度不到60%的濕陷性黃土進行處理。在施工中，重夯法一般用于處理1～2m厚度范圍內(nèi)的濕陷性黃土；而強夯法一般用于處理3-6m范圍內(nèi)的濕陷性黃土；這兩種方式使用的設(shè)備和工藝非常相似，但強夯法的夯擊能力比重夯法高[3]。

3.3 擠密樁法

在機場工程施工中，擠密樁法常用于處理位于地下水位之上的黃土，在此施工中，無論是使用整片處理方式或者使用局部處理方式，應(yīng)嚴格將處理厚度控制在5～15m范圍內(nèi)，在應(yīng)用擠密樁法施工中，人力、機械、爆破等均是常用的成孔方式，待完成成孔工作后，可以選擇含水量最佳的灰土或者素土進行分層回填夯實，在使用此處理方式時，要求將壓實系數(shù)控制住0.93范圍內(nèi)，進而構(gòu)成一種灰土樁或者土樁，達到穩(wěn)固機場地基的目的。由于土樁具備較強的柔性特點，與鋼筋混凝土類型的剛性樁存在較大區(qū)別，土樁不僅要承受上部荷載，而且經(jīng)特殊工藝處理的樁間土要承受大部分荷載。實際上，在業(yè)內(nèi)土樁擠密地基俗稱復(fù)合地基，由土樁和樁間土兩部分構(gòu)成，土樁擠密地基在功能方面，與土墊層相同，即可以使?jié)裣菪渣S土的力學結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最小化黃土地基的濕陷量，使得土層的壓縮性和滲透性發(fā)生變化，進而最大化黃土地基的承載力，因此，在對濕陷性黃土處理方式進行選擇時，應(yīng)結(jié)合機場工程的實際情況進行科學選擇。若機場工程項目對隔水、防滲提出了較高的要求，則可以優(yōu)先選擇整片處理法；若機場工程對隔水、防滲方面無較高的要求，則可以優(yōu)先選擇局部處理法；若黃土剩余濕陷量較小，可以優(yōu)先選擇局部處理法；若黃土剩余濕陷量非常大，則可以優(yōu)先選擇整片處理法；通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，擠密樁法在處理濕陷性黃土時，效果較為突出，因而在業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

3.4 樁基礎(chǔ)

在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)機場工程時，采取樁基礎(chǔ)法施工，主要是在濕陷性黃土層中設(shè)置一個特定長度的樁，并支撐在強度較高的非濕陷性土層上，從而分散承載壓力，采取樁基礎(chǔ)法穩(wěn)固地基，即使在后期地基與水接觸，也可以避免黃土濕陷對機場的影響，樁基礎(chǔ)法常用于處理基礎(chǔ)荷載大、現(xiàn)場具備持力層的地基工程中，若土層厚度在30m范圍內(nèi)，可以優(yōu)先選擇此方式。在濕陷性黃土工程施工中，樁基礎(chǔ)作為主要的端承樁，自然形成的濕陷性黃土樁基礎(chǔ)，樁側(cè)正摩阻力較大，但與自重濕陷性黃土地基具有明顯不同，其在被水侵蝕后樁周邊的土層會出現(xiàn)不同程度的沉降，在此條件下，樁側(cè)正摩阻力基本不存在，且還會引發(fā)負摩阻力，此時，來自外界的荷載全部樁端土承擔。另外，非自重濕陷性黃土地基，樁與水接觸后，樁側(cè)還存在部分正摩阻力，但因為土體完全飽和，摩阻力會隨之減少，以端承為主。因此，在設(shè)計樁基礎(chǔ)時，在確定單樁承載力時，應(yīng)將樁側(cè)負摩阻力考慮在內(nèi)，在單樁承載力達到相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，可以省去對群樁承載力的驗算。

3.5 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法即在機場工程開工建設(shè)前期，需相關(guān)人員需對自重濕陷性黃土場地進行大面積浸水處理，以在飽和自重作用下，使黃土出現(xiàn)沉陷，以將土體壓實，一般，由于這種土體表層4～5m范圍內(nèi)的土層類型為被動層，輕易不會發(fā)生自重濕陷問題，因此，預(yù)浸水法多用于對厚度在4～5m以下的自重濕陷性黃土進行處理，但這種土體存在相應(yīng)的外荷濕陷性，需采取技術(shù)措施解決外荷濕陷性問題；由于預(yù)浸水法不僅施工簡單、處理效果顯著，而且成本低廉，可以解決地下暗縫等隱蔽性問題，因此，在處理自重濕陷性黃土中較為常用，若自重濕陷性黃土土層厚度、濕陷量分別大于10m、50m，則可以優(yōu)先選擇預(yù)浸水法；但在施工中，由于此方式的浸水面較大，操作不當則會影響周圍建筑，因此，要求在機場工程施工中，應(yīng)將浸水坑與建筑物間的凈距離控制在自重濕陷性土層厚度的3倍左右，以免影響其他建筑的穩(wěn)定性[4]。

3.6 DDC樁法

DDC樁法是近年來新研發(fā)的一種擠密樁法，一般是借助機械器具進行鉆孔，待成孔后，分層填入土、砂石、混凝土等，最后利用重錘對填料進行擠壓，以最大化地基的承載力。

應(yīng)用范圍：現(xiàn)階段，在處理濕陷性黃土時，若土層較厚，土擠密樁法和灰土擠密樁法還存在一定局限性，因此，為保障處理效果，提高黃土的承載力，一些科研人員通過總結(jié)經(jīng)驗，研究出一種處理濕陷性黃土的新方式，即DDC樁法，此方式可以更好對厚度大于15m的濕陷性黃土地基進行處理，其效果非常顯著。

4 處理方法的優(yōu)選原則

由于處理濕陷性黃土地基的方法較多，每種方法具有不同的特點和應(yīng)用范圍，在機場場道工程中應(yīng)用這些方法，對濕陷性黃土進行處理時，同時可能應(yīng)用到多個處理方法，因此，必須結(jié)合機場場道工程現(xiàn)場的實際情況和每種處理方式的優(yōu)缺點，科學對濕陷性黃土地基的處理方式進行選擇。在對濕陷性黃土地基處理方法進行選擇時，首先應(yīng)深入機場場道工程的內(nèi)部進行初步實際勘察，將來自各方面的影響因素綜合考慮在內(nèi)，如地基地質(zhì)條件、土層厚度、地下水位、濕陷性黃土類型、建設(shè)面積、場地大小、工期、建設(shè)企業(yè)實力、投資費用、造價、機械設(shè)備及材料配置情況等，然后基于此進行分析研究，確定最符合實際情況的處理方式[5]。

5 結(jié)束語

濕陷性黃土是一種常見的土壤類型，其在與水接觸后，極易出現(xiàn)不同程度的沉降，因此，在濕陷性黃土地區(qū)建設(shè)機場工程過程中，必須采取相應(yīng)的處置措施對濕陷性黃土進行處理，使機場地基具備較強的穩(wěn)定性。