濕陷性黃土地區(qū)公路排水及病害防治對(duì)策研究

王瓊 趙靜

摘 要：為解決濕陷性黃土地區(qū)公路病害問題，本文在闡述濕陷性黃土地區(qū)公路排水重要性的基礎(chǔ)上，提出濕陷性黃土地區(qū)公路病害的防治對(duì)策，如墊層法、強(qiáng)夯法及綜合處理措施，并就工后常見病害提出了相應(yīng)的處理方法，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土;公路排水;病害防治

中圖分類號(hào)：U417.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在當(dāng)前的公路工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到濕陷性黃土，在這種地基條件下若未加有效處理，將導(dǎo)致工后地基發(fā)生沉降，導(dǎo)致路基或路面被破壞。因此，有必要分析探討有效的防治對(duì)策。

1 濕陷性黃土地區(qū)公路排水

在導(dǎo)致公路病害發(fā)生的原因中，水作為主要成因在濕陷性黃土這一特殊地質(zhì)條件下的影響往往更為顯著。來源不同的水，其對(duì)公路的破壞也有所不同，比如，暴雨產(chǎn)生的徑流會(huì)給路肩、邊坡及路基造成沖刷;積水不斷滲透或毛細(xì)水上升將使路基濕軟，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起翻漿、沉降與邊坡滑塌等;已經(jīng)滲透至路面結(jié)構(gòu)中的水，會(huì)使粒料層被浸濕，使基層等結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度降低，導(dǎo)致面層產(chǎn)生松散與剝落等病害;對(duì)于混凝土的路面，因其接縫數(shù)量較多，所以積水更容易通過接縫進(jìn)入，此時(shí)受行車載荷反復(fù)作用將產(chǎn)生一定動(dòng)水壓力，使接縫處集料發(fā)生軟化，導(dǎo)致唧泥、錯(cuò)臺(tái)或斷板等問題[1]?？梢?，水會(huì)導(dǎo)致路基路面發(fā)生破壞，嚴(yán)重影響公路正常使用，縮短使用壽命。因此，排水對(duì)公路而言至關(guān)重要，尤其是建在濕陷性黃土區(qū)此類特殊地質(zhì)區(qū)域的公路，必須對(duì)排水引起足夠的重視。

2 濕陷性黃土地區(qū)公路病害防治對(duì)策

2.1 墊層法

對(duì)公路工程而言，其對(duì)地基強(qiáng)度與承載力提出的要求比建筑工程小很多，所以為保證經(jīng)濟(jì)性，通?？刹捎脡|層技術(shù)來防治濕陷性黃土地區(qū)公路病害，常用的墊層材料包括灰土與砂礫，通過墊層的設(shè)置，除了能提高地基自身承載力，還能減小水對(duì)地基造成的不利影響。

對(duì)于灰土墊層，其灰土比例一般為2：8，灰土不僅水穩(wěn)定性好，而且還具有很高膠凝強(qiáng)度，受壓力作用后能以一定剛性角不斷向外擴(kuò)散應(yīng)力，在保證墊層施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，總應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)通常不低于25 kPa～30 kPa，無論是承載力還是變形模量均能得到很大程度的提升。然而，灰土墊層容易受到氣候因素的影響，只能在處在地下水位上部的情況中使用。而砂礫墊層主要采用礫石作為墊層材料，輔以適量的中粗砂，其中，粗粒料可以起到類似于骨架的作用，而細(xì)粒料則能將骨架中的孔隙填滿，提高地基整體密實(shí)度。要達(dá)到理想的效果，砂礫填料要有良好的級(jí)配，不均勻系數(shù)應(yīng)達(dá)到5以上，且含泥量不能超過5%。砂礫墊層可以在地下水位相對(duì)較高的情況中使用，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，與灰土墊層相比，砂礫墊層有更高的承載力和更大的變形模量，除此之外，還能起到促進(jìn)排水固結(jié)的作用，使地基快速完成沉降變形，減少工后沉降[2]。

2.2 強(qiáng)夯法

除墊層法外，還可采用強(qiáng)夯法對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行處理，大量工程實(shí)踐表明，這是一種有效且經(jīng)濟(jì)的處理方法。對(duì)于強(qiáng)夯法處理厚度，可采用以下公式計(jì)算得出：

（1）

式（1）中，表示強(qiáng)夯法處理厚度，單位：m;表示夯錘的重力，單位：kN;表示夯錘的落距，單位：m;表示修正系數(shù)，通常為0.3～0.5，當(dāng)土體的實(shí)際含水量適中時(shí)，一般取較大值，而其它情況則大多取較小值。根據(jù)式（1）可知，采用重力為100 kN～200 kN的夯錘，從10 m～20 m的高空自由下落，可產(chǎn)生25 kPa～40 kPa的靜壓強(qiáng)，能對(duì)3.5 m～5.0 m范圍內(nèi)的地基進(jìn)行處理，強(qiáng)夯完成后地基整體承載力可以達(dá)到200 kPa～300 kPa，地基變形模量也可以達(dá)到10 MPa～30 MPa，黃土重度在16.0 kN/m3～18.5 kN/m3范圍內(nèi)。然而，伴隨深度不斷增加，土體重度將有所減小，而且還表現(xiàn)出不均勻[3]。

通過強(qiáng)夯試驗(yàn)可得出夯擊沉降量和最佳夯擊數(shù)之間的關(guān)系，即單次夯擊的沉降量因夯擊次數(shù)的增加而減小，當(dāng)前后兩次夯擊對(duì)應(yīng)的沉降量處在規(guī)定要求范圍內(nèi)時(shí)，可得出此擊實(shí)功對(duì)應(yīng)的最佳夯擊數(shù)。因濕陷性黃土有很高的天然含水量，所以當(dāng)錘重一定時(shí)，最佳夯擊數(shù)和擊實(shí)功之間有直接關(guān)系。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)擊實(shí)功等于1.0×105 kN·m時(shí)，若夯擊6次，則地基開始產(chǎn)生反彈;而當(dāng)擊實(shí)功等于2.0×105 kN·m時(shí)，即便夯擊9次，每次夯擊的沉降量還很大。因此，正式施工開始前，需要以濕陷性黃土自身天然含水量為依據(jù)，確定適宜的夯擊功和處理厚度。另外，還應(yīng)考慮夯擊完成后土體力學(xué)指標(biāo)的時(shí)間效應(yīng)，夯擊剛結(jié)束后，由于土體結(jié)構(gòu)被破壞，還沒有重新緊密，所以此時(shí)土體的強(qiáng)度還較低，但伴隨時(shí)間的不斷推移，土體將形成一定加固凝聚力，使強(qiáng)度明顯提高[4]。單擊夯實(shí)沉降量和夯擊數(shù)之間的關(guān)系如圖1所示，強(qiáng)夯地基承載力和壓縮模量的時(shí)間效應(yīng)如圖2所示。

2.3 綜合處理

如前所述，因濕陷性黃土有很高的天然含水量，所以強(qiáng)度較低，容易壓縮，對(duì)此，應(yīng)注重排水固結(jié)控制，同時(shí)避免外界水不斷滲入，以此確保土體受外界因素綜合作用后依然保持較高的強(qiáng)度與良好的穩(wěn)定性，排水固結(jié)法原理如圖3所示。如果地表水源豐富，但濕陷性黃土實(shí)際層厚并不大，則可通過墊層法和隔水墻進(jìn)行綜合處理，其中，墊層的設(shè)置可以提高地基整體承載力，并起到一定控水的作用，而隔水墻的設(shè)置則能避免路基兩側(cè)的水逐漸向路基中滲透。如果濕陷性黃土的實(shí)際層厚很大，則可在設(shè)置砂礫墊層的基礎(chǔ)上采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理，其中，砂礫墊層的鋪設(shè)能在提高地基整體承載力的同時(shí)，促進(jìn)地基排水，而強(qiáng)夯法能促使地基在工后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，避免工后沉降現(xiàn)象的發(fā)生。在實(shí)踐過程中，要以工程實(shí)際情況為依據(jù)，采取合理可行的處理方法，嚴(yán)格遵循因地制宜、技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理等基本原則[5]。

2.4 工后常見病害與防治

因前期處理不到位導(dǎo)致的工后病害主要表現(xiàn)為因地基強(qiáng)度不足使路基出現(xiàn)明顯的下沉。如果路面被破壞，則雨水將通過裂縫等部位滲入到路基當(dāng)中，導(dǎo)致已經(jīng)被壓實(shí)的黃土再次變得濕軟，使強(qiáng)度大幅下降，受行車荷載作用后導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。對(duì)此，影響路基工后整體穩(wěn)定性的因素包括以下兩個(gè)方面：其一，黃土地基因浸水軟化使承載力大幅下降;其二，浸水濕陷。對(duì)于上述導(dǎo)致失穩(wěn)的因素，可采用下列措施來防治：

（1）通過注漿、強(qiáng)夯或復(fù)合地基來擠密加固，使地基自身豎向承載力得以大幅提升。

（2）加固路基兩側(cè)，采用壓重或強(qiáng)夯的方法，以增強(qiáng)側(cè)向抗力。

（3）盡可能減少水的影響，比如設(shè)置隔水墻等防水設(shè)施，這樣能在隔水的同時(shí)增強(qiáng)地基側(cè)向抗力。

總而言之，濕陷性黃土一直以來都是公路工程建設(shè)常見技術(shù)難題，在工程建設(shè)開始前，應(yīng)認(rèn)真完成勘探與試驗(yàn)，掌握工程地質(zhì)條件，以此為路基施工過程中濕陷性黃土方面問題的解決提供可靠參考依據(jù)。

3 結(jié)語

綜上所述，對(duì)濕陷性黃土地基而言，其病害以沉陷為主，也就是工后沉降相對(duì)較大。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了很多解決辦法，但不同方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，有不同的適用條件。因此，在實(shí)際工程中需要結(jié)合實(shí)際情況選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方法。當(dāng)然，所選方法既可以單一的一種，也可以是多種方法的綜合。

參考文獻(xiàn)：

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[5]王選鋒.過濕性黃土路基的處理技術(shù)及病害防治研究[J].土工基礎(chǔ)，2009（5）：12-13+54.