新疆濕陷性土地基處理簡析

馮好娟

（新疆兵團勘測設(shè)計院（集團）有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830002）

1 引言

我國濕陷性土面積約為1 300 km2，分布地區(qū)廣泛，有干旱的西北內(nèi)陸盆地，也有中部的濕陷性土高原，在東部山麓的丘陵以及平原等地帶也有少量分布。在濕陷性土內(nèi)部廣泛分布著結(jié)構(gòu)性明顯的區(qū)域性膨脹土和紅黏土、多年凍土、鹽漬土、濕陷性土等特殊土類，該類土對水分遷移敏感，溫度變化不穩(wěn)定，力學(xué)和物理性質(zhì)不一致，而這些特性會引起土體力學(xué)性質(zhì)的變化，屬于不良地質(zhì)現(xiàn)象，需要采取有效的處理措施來防止工程災(zāi)害的發(fā)生。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對各種特殊土的工程特性、理論模型和試驗技術(shù)進行了卓有成效的研究[1]?？梢哉f，特殊土理論與技術(shù)的發(fā)展是國內(nèi)外巖土工程研究的一個重要領(lǐng)域[2]。

土的濕陷性主要體現(xiàn)在兩個方面：一是由上覆土層自重應(yīng)力作用引起的結(jié)構(gòu)破壞或沉降；二是在土層自重以及附加應(yīng)力共同作用下導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，近而產(chǎn)生大量的快速沉降，兩者均會對工程施工造成嚴重危害[3]。在我國的新疆，由于濕陷性土分布范圍較廣并集中在新疆的西南部，對相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的影響也較大。然而，隨著社會的不斷發(fā)展和進步，人們對美好物質(zhì)生活的向往及國家對共同富裕建設(shè)的追求，特別是在上述中國的西部內(nèi)陸地區(qū)，在此薄弱的基礎(chǔ)上建設(shè)公路、鐵路及住宅樓時，將遇到越來越復(fù)雜的濕陷性土地基處理問題，為開發(fā)新型特殊土地基處理技術(shù)提供了機遇和挑戰(zhàn)[4]。

近10年來，濕陷性土地基處理的發(fā)展主要從3個方向進行：（1）從單一強化方法走向多法復(fù)合形式；（2）逐步從高人力、材料、費用消耗到發(fā)展機械、經(jīng)濟方法；（3）逐步從高能耗、高污染技術(shù)到新低碳技術(shù)，人與自然的和諧發(fā)展。因此，合理、有效地處理濕陷性土地基已成為工程建設(shè)中的一個關(guān)鍵問題。

2 濕陷性土濕陷機理及計算

濕陷性土的濕陷性是一個復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，其成因和機理可歸納為內(nèi)部原因和外部原因兩種。內(nèi)部原因主要是由于土壤的材料成分（骨架顆粒和膠結(jié)）和結(jié)構(gòu)特性；外部原因是水和壓力的作用。

初期，形成濕陷性土的少量松散粉末黏在一起，在長期干旱環(huán)境條件下，內(nèi)部水分逐漸蒸發(fā)，其中的可溶性鹽則逐漸隨著水分的蒸發(fā)而沉淀，并慢慢轉(zhuǎn)移形成沉積固結(jié)物，最終形成多孔結(jié)構(gòu)的主體骨架。顆粒的形成與結(jié)構(gòu)體系之間的聯(lián)系直接影響了濕陷性土膠結(jié)強度和結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。同時，由于膠結(jié)強度的存在，濕陷性土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和強度特性與其他土壤明顯不同。然而，一旦土壤結(jié)構(gòu)被水浸泡，內(nèi)部系統(tǒng)的化學(xué)和物理作用會導(dǎo)致土層黏結(jié)力下降、強度迅速降低，表現(xiàn)出屈服、軟化和坍塌等特征?？扇苄喳}的含量不僅影響濕陷性，而且決定了濕陷性的類型[5]。

根據(jù)GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，研究濕陷性土的濕陷性時，常以濕陷性土的濕陷系數(shù)評價濕陷性土的濕陷性，濕陷系數(shù)δs的計算公式為：

式中，h0為土壤樣品的原始高度，mm；hp為土壤樣品在實驗規(guī)定壓力p的作用下壓縮穩(wěn)定后的高度，mm；hp′為受壓穩(wěn)定后的土樣在浸水（飽和）作用下，附加下沉穩(wěn)定后的高度，mm。

據(jù)本規(guī)范，當(dāng)δs≥0.015時，該類型濕陷性土應(yīng)視為濕陷性土；當(dāng)δs＜0.015時，為非濕陷性土。濕陷性地基的等級劃分見表1。此外，實驗表明，濕陷性土的濕陷性還與其受到的壓力有關(guān)，濕陷性土出現(xiàn)濕陷性的最小壓力稱為濕陷性土的起始壓力。由上覆土層的自重壓力而產(chǎn)生濕陷性的土層為自重濕陷性土，否則稱其為非自重濕陷性土。

表1 濕陷性地基等級劃分

為如實反映濕陷性土的濕陷程度，應(yīng)從實際角度出發(fā)，通過式（2）計算地基中各土層的濕陷量之和Δs：

式中，δsi為第i層土的濕陷系數(shù)；hi為第i層土的厚度。

通常按照表1的Δs確定濕陷性土的濕陷度，但Δs不能反映地基的實際情況，只能反映濕陷性土地基的定性指標(biāo)。需要注意的是，Δs的計算應(yīng)自基礎(chǔ)底面算起。

當(dāng)建筑物基底以下土層為非自重濕陷性土?xí)r，可用式（3）計算其濕陷量Δzs：

式中，δzsi為第i層自重濕陷性土的濕陷系數(shù)；hzi為第i層自重濕陷性土的厚度。

3 濕陷性土處理要點

3.1 濕陷性土地區(qū)路基施工后沉降控制

在濕陷性土地區(qū)修建路基時，地基變形量往往較大，常面臨工后沉降的控制，主要包括對路基壓縮變形產(chǎn)生的沉降和地基自重變形產(chǎn)生的沉降的控制。對此類地基開展地基處理，消除地基的濕陷性是基本要求。此時，工后沉降可以分解為處理層下方地基的壓縮變形和沉降變形，無論是何種變形，在地基處理中都有嚴格的控制要求。

3.2 合理確定濕陷性土地基的深度

對于濕陷性土地基，一方面應(yīng)考慮消除濕陷性土的濕陷性；一方面還應(yīng)考慮對土層進行改善，如改善地基土層的壓縮性等。因此，這就涉及濕陷性土地基的處理深度問題?，F(xiàn)場試驗和實踐表明，處理深度較小，基礎(chǔ)的總沉降和工后沉降越大?？傊?，確定濕陷性土地基的合理處理深度是路基施工中的難點問題之一。

3.3 路基中濕陷性土填料的改進

平原濕陷性土屬于粉土和粉質(zhì)黏土，其塑性指數(shù)大多為8～11，約占90%。以公路路基填料為例，一般將其分為C類。較A、B其他兩類填料相比，C類土的壓縮變形持續(xù)時間更長、性能更差。使用濕陷性土作為填料很難滿足鐵路15 mm以下的施工沉降要求。此外，在此類土地區(qū)，考慮路基填筑量往往很大，對于路基中黃土填料的改進極其重要，因此，對濕陷性土的處理，首先應(yīng)考慮采用物理改良的粗粒類土填筑，在缺乏粗類土顆粒的地區(qū)，可考慮化學(xué)改良方法的可行性。

4 濕陷性土的處理方法及控制措施

傳統(tǒng)的對于濕陷性土地基的處理方法一般有以下幾種：動壓實法、換土墊層法、樁復(fù)合地基法等，每種方法都有其優(yōu)缺點。濕陷性土地基處理的目的是最大限度地消除其濕陷性，減少土壤孔隙體積，提高濕陷性土的干密度，減少其壓縮量，少數(shù)是為了提高承載力，改善不均勻地基，提高地基的異質(zhì)性。本文對濕陷性土地基的處理方法進行討論。

4.1 改善地基濕陷性土的工程特性

4.1.1 控制地基濕陷性土含水率

由濕陷性土的濕陷特性及濕陷性土的濕陷機理可知，濕陷性土的含水率對濕陷性土的濕陷特性影響極大，一旦土壤結(jié)構(gòu)被水浸泡，在土層成分的化學(xué)和物理作用下導(dǎo)致其內(nèi)部黏結(jié)力下降，強度被快速破壞，表現(xiàn)出屈服、軟化和坍塌等特征，因此，對于濕陷性土地基，應(yīng)加強對其含水率的控制。

4.1.2 控制地基濕陷性土的可溶性鹽含量

對于濕陷性土，除了水會影響其濕陷性之外，易溶鹽的含量也是一個不可忽視的主要因素，易溶鹽的含量不僅可以影響濕陷性土的濕陷性，而且決定了其濕陷性的類型，因此，在進行地基處理時，應(yīng)加強對土層易溶鹽含量的控制。

4.2 采用樁板結(jié)構(gòu)等特殊技術(shù)進行控制

4.2.1 選取合適的構(gòu)造類型

對濕陷性土區(qū)采用樁板結(jié)構(gòu)進行處理時，綜合施工條件和造價等因素，對于不同類型的濕陷性土的處置措施也不盡相同。以上部為濕陷性土，下部為厚而弱的粉質(zhì)黏土層為例，在此類濕陷性土地基上方進行高填方路基施工時，路基沉降量較大，傳統(tǒng)的復(fù)合地基處理方法不能滿足工后沉降控制的要求。同時，當(dāng)涵洞密度較大時，路涵基礎(chǔ)過渡段的施工質(zhì)量難以控制，基礎(chǔ)處理后的路涵過渡段的平整度難以保證。此時宜采用既可以保證路基工后沉降要求又可以滿足路基平整度要求的埋樁式連續(xù)樁板結(jié)構(gòu)新技術(shù)進行處理。

4.2.2 合理設(shè)計樁板結(jié)構(gòu)

樁板結(jié)構(gòu)適用于深、弱基礎(chǔ)、濕陷性土地基、低路堤、路橋過渡段地基、支路路基和現(xiàn)有路基的固結(jié)，并有嚴格的變形控制。在進行樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，除滿足耐久性要求以外，還應(yīng)遵循經(jīng)濟適用等設(shè)計原則。

4.2.3 嚴格要求樁板結(jié)構(gòu)的施工

由上述條件可知，樁板結(jié)構(gòu)雖然具備較好的濕陷性土處置能力，但樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計較為復(fù)雜，在施工時，應(yīng)嚴格按照設(shè)計要素對樁板結(jié)構(gòu)進行施工。

4.3 控制路基防水排水設(shè)計

路基排水設(shè)施應(yīng)可以應(yīng)對50年一遇的暴雨強度，在進行排水設(shè)計時，應(yīng)遵循以下原則和要求：攔截可能流入的地表水等，沿最短路徑排入涵洞或溝渠以及集水溝，以保證路基的穩(wěn)定。確保排水溝坡度，當(dāng)排水溝底設(shè)有縱坡時，平邊溝和反坡排水溝側(cè)溝的縱坡應(yīng)不小于1%，當(dāng)溝底縱向坡度等于或大于0.3%時，設(shè)置激流通道。在自重型濕陷性土區(qū)，除應(yīng)滿足以上基本要求之外，還應(yīng)對溝底進行防滲處理。

5 結(jié)語

各種特殊土壤都具有特殊的區(qū)域和結(jié)構(gòu)特征，復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境會引起濕陷性土的濕陷性破壞。在過去的幾年里，我國在濕陷性土治理方面積累了豐富的經(jīng)驗和技術(shù)資料，取得了一些有效的、有影響力的研究成果。相信，通過對濕陷性土濕陷性的不斷探究和研究，在未來的理論研究和工程實踐中，我國將在特殊土壤領(lǐng)域取得更多、更好的成果，為國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供強有力的科學(xué)技術(shù)支持。