淺析黃土地區(qū)軟基對(duì)高速公路建設(shè)的影響

【摘 要】軟土地基的特點(diǎn)是強(qiáng)度低、固結(jié)慢、變形大，在路堤設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮其工程地質(zhì)特征。當(dāng)路堤為高填方時(shí)，必須考慮到地基與路堤是否發(fā)生由于抗剪強(qiáng)度不足造成的路基邊坡滑動(dòng)破壞和地基承載力不夠而引起的路基沉降，以及黃土的濕陷性引起附加沉降對(duì)路基的危害。

【關(guān)鍵詞】軟土地基；黃土；高速公路

1 黃土的主要特性

典型的黃土為黃灰色或棕黃色的塵土和粉沙細(xì)粒組成，質(zhì)地均一，含多量鈣質(zhì)或黃土結(jié)核，多孔隙，有顯著的垂直節(jié)理，無(wú)層理，在干燥時(shí)較堅(jiān)硬，一被流水浸濕，通常容易剝落和遭受侵蝕，甚至發(fā)生坍陷。所以在黃土地區(qū)進(jìn)行各種工程建設(shè)時(shí)，如果對(duì)黃土的特性不了解，往往會(huì)給工程帶來(lái)嚴(yán)重的損失和破壞。黃土的主要特性為以下五個(gè)方面。

1.多孔性。由于黃土主要是由極小的粉狀顆粒所組成，而在干燥、半干燥的氣候條件下，它們相互之間結(jié)合得很不緊密，一般只要用肉眼就可以看到顆粒間具有各種大小不同和形狀不同的孔隙和孔洞，所以通常有人將黃土稱(chēng)為大孔土。一般認(rèn)為黃土的多孔性與成巖作用、植物根系腐爛和水對(duì)黃土的作用等有關(guān)，更重要的是與特殊的氣候條件有關(guān)。典型的黃土孔隙度較高，而黃土狀巖石的孔隙度較低。

2.垂直節(jié)理發(fā)育。當(dāng)深厚的黃土層沿垂直節(jié)理劈開(kāi)后，所形成的陡峻而壯觀的黃土崖壁是黃土地區(qū)特有的景觀。垂直節(jié)理發(fā)育，就是典型黃土和黃土狀巖石所具有的普遍而特殊的性質(zhì)。目前較多的人認(rèn)為，垂直節(jié)理的形成主要是由于黃土在堆積加厚的過(guò)程中受重力的影響，土粒間的上下間距變得愈來(lái)愈緊密，而土粒間的左右間距卻保持原狀不變。這樣水和空氣即沿著抵抗力最小的上下方向移動(dòng)，也就是說(shuō)沿著黃土的垂直管狀孔隙不斷地作升降運(yùn)動(dòng)并反復(fù)進(jìn)行，這就造成了黃土垂直節(jié)理發(fā)育的傾向。

3.層理不明顯。凡是沉積巖一般都應(yīng)該具有層理，因?yàn)槿魏纬梢虻某练e巖的形成都必須經(jīng)過(guò)沉積物逐步堆積的過(guò)程。黃土既然也屬于沉積巖的范疇，很多學(xué)者把黃土無(wú)層理或?qū)永聿幻黠@，作為黃土風(fēng)成的標(biāo)志，而有層理的黃土則認(rèn)為是水成的依據(jù)。

4.透水性較強(qiáng)。一般典型的黃土透水性較強(qiáng)，而黃土狀巖石透水性較弱；未沉陷的黃土透水性較強(qiáng)，沉陷過(guò)的黃土透水性較弱。黃土之所以具有透水性，這是和它具有多孔性以及垂直節(jié)理發(fā)育等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分不開(kāi)的。黃土的多孔性及垂直節(jié)理愈發(fā)育，黃土層在垂直方向上的透水性愈高，而在水平方向上的透水性則愈微弱。此外，當(dāng)黃土層中具有土壤層或黃土結(jié)核層時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致黃土層的透水性不良，甚至產(chǎn)生不透水層。

以K36+060為例，填土高度按7.95m考慮，則路中心的沉降量：101.05cm：路基坡角處的沉降量為：34.49cm。按公路工程的要求，其軟土地基不能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 黃土的濕陷性及其對(duì)公路路基的危害

黃土的濕陷性泛指飽和的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黃色土，在自重壓力或自重壓力與附加壓力作用下，受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著下沉的現(xiàn)象。濕陷性黃土除了具備黃土的一般特征外，粒度成份以粉土顆粒為主，約占50%以上，具有肉眼可見(jiàn)的孔隙，它呈松散、多孔結(jié)構(gòu)狀態(tài)，孔隙比很大，天然剖面上具有垂直節(jié)理，含可溶鹽（碳酸鹽、硫酸鹽類(lèi)等）較多。垂直大孔性、松散多孔結(jié)構(gòu)和遇水即降低或消失的土顆粒間的加固凝聚力是它發(fā)生濕陷的內(nèi)部因素，而壓力及水是外部條件。

以K36+036為例，軟土地基土的濕陷性經(jīng)計(jì)算，其自重濕陷量為12.15cm；總濕陷量為20.7cm。因此，軟土地基土為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為II級(jí)。

自重濕陷性黃土受水浸濕后，濕陷現(xiàn)象比較明顯且嚴(yán)重，它的這種濕陷特性，會(huì)對(duì)公路建設(shè)帶來(lái)不同程度的危害，主要表現(xiàn)在：填方路基不均勻沉陷或過(guò)量沉降；路塹段路基軟化和翻漿；浸水地基承載力不足；由路基變形引起半剛性基層和面層裂縫等等。使路基大幅度沉降、傾斜，嚴(yán)重影響其安全和使用。所以在濕陷性黃土地基上進(jìn)行公路建設(shè)時(shí)，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對(duì)公路路基可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。

5 分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算及分析，該公路軟土地基的最大沉降量為101.05cm，軟土地基土的承載力為70～100kPa左右，地基穩(wěn)定安全系數(shù)為0.92，軟土地基土濕陷等級(jí)為II級(jí)。

由于某高速公路軟土地基之上路基填土高度一般在3～7.95m之間，以此推算其地基土承載力應(yīng)在150～200KPa以上、沉降量應(yīng)小于30cm、穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范值才能滿(mǎn)足工程要求。顯然該軟土地基在地基沉降量、地基土承載力和地基穩(wěn)定安全系數(shù)方面都不滿(mǎn)足上述要求時(shí)，因此必須對(duì)該高速公路軟土地基進(jìn)行處治。