淺談濕陷性黃土地區的橋涵設計

楊樹

摘要：由于黃土地基具有濕陷的特點，在進行橋涵結構建設時會遭受濕陷帶來的危害。因此，在濕陷性黃土地區進行橋涵設計時，不僅要考慮通常的設計規范，而且還應針對黃土的濕陷特點采取措施進行處理，筆者結合多年的設計經驗，對濕陷性黃土地區的橋涵設計進行了分析，希望對讀者有一定的借鑒參考作用。

關鍵詞：濕陷性黃土地區 橋涵設計 黃土地基

天然黃土在水的浸濕作用下，其本身受到的自重應力或者附加應力會使土本身的結構發生破壞，隨即產生明顯的濕陷變形。在水的浸濕作用下，黃土在應力作用下產生濕陷變形，根據所受到的原始應力條件的不同，可分為自重濕陷性土（僅在自重應力作用下）和非自重濕陷性土（在自重應力和附加壓力共同作用下）。普通存在的是非濕陷性黃土，對工程建筑的意義較大。

1 黃土濕陷變形機理

目前研究普遍認為的較合理的黃土濕陷變形機理為：黃土在雨水浸濕時，其本身的膠結物質在經過一系列的物理或化學反應后，會產生變化，這種變化會導致黃土在浸濕之后土體強度大幅減小，這是黃土產生濕陷的原因，黃土產生濕陷還應具備另一個條件，黃土中存在的空隙大小應大于周圍顆粒的大小，這是種架空結構。黃土的濕陷特點會使建設于其上的橋涵結構物帶來一定程度的危害，如大變形下沉、不均勻沉降引起的傾斜以及拆裂等，這些危害都將影響橋涵結構物的安全使用。因此，橋涵結構在進行設計時，除了遵守相關的設計規范外，還應重點針對黃土濕陷的特點認真考慮措施予以處理。

2 濕陷性黃土地區橋涵的勘察和橋型方案的選擇

2.1 橋位重點位置的地質勘察

①采用專業儀器勘察黃土地層的年代、成因、土質成分、性質、膠結物的組成、黃土濕陷部分的厚度以及濕陷系數等。

②勘察了解橋位重點位置處是否存在不良地質現象，包括沖蝕、崩塌、滑坡、陷穴等，并分析這些地質現象產生的原因和對橋涵可能帶來的危害，才考慮相應措施予以處理。

③勘察了解重點橋位處沖溝的形狀、發育程度以及坡度的變化位置，還應了解溝頭的變化形狀和侵蝕情況，溝岸的穩定程度以及未來可能的變化趨勢。

④勘察了解重點橋位一定范圍內黃土地層的性質、下臥層的巖石形狀、地質的構造狀況以及地形變化情況。

⑤勘察了解濕陷性黃土在重點橋位范圍內所處的具體位置，分布的范圍大小和形成的原因，并且明確該濕陷性黃土的濕陷類型和濕陷等級。

⑥勘察了解重點橋位一定范圍內存在的地下水的情況，包括地上水的埋深、深度隨時間的變化情況以及發育程度。

⑦收集調查其他建設于濕陷性黃土之上的橋涵結構物的工程經驗，包括濕陷造成的橋涵結構的破壞原因和防治黃土濕陷的具體措施。

2.2 橋型方案的選擇

對于橋型方案的選擇，當黃土沖溝的溝岸穩定性沒達到要求時，為了避免橋梁墩臺的整體穩定性受到發育中的沖溝的影響，設計橋梁的長度應在符合要求的基礎上適當加長，留有一定的余地；在選擇橋梁形式時，盡量考慮對不均勻沉降適應性較好的簡支梁，并且預留一定的沉降空間，避免需用連續梁和懸臂梁，不得選用拱橋；橋涵涵洞的形式盡量選用鋼筋混凝土矩形涵或者蓋板涵，并且適當加大預留的涵洞拱度；在布置橋梁的孔徑時，墩臺的位置應避開陡坎一定距離，并且應給墩臺預留足夠的襟邊，保證安全；不良的地質現象如沖蝕、崩塌和滑坡等都可能對樁周的土體產生剝蝕作用，因此在設計樁基礎時，要考慮不良地質的影響，對于被消弱的有效樁長應采取措施給以補足。

3 濕陷性黃土地基的處理

對于濕陷性黃土的危害，除了在構造上采取措施之外，還可從提高地基承載力、降低土層壓縮性和減小水的滲透性等方面對地基進行處理，消除地基以下部分或全部的濕陷性黃土，達到改善土層性質的目的。濕陷性黃土地基的處理方法有以下幾種：

3.1 重錘夯實

重錘夯實就是根據計算將一定重量的重錘提高到一定的高度后，令其自由下落，通過這種方式的重復夯打，達到密實土層目的，從而改善了土層的物理性質，提高了地基承載力，減小了黃土的濕陷性危害，降低了土的壓縮性。這種方法適用于位于地下水位以上的濕陷性黃土層，并且其飽和度應小于0.6，對于厚度為1.5m的濕陷性黃土重錘夯實效果最為顯著。通過此種夯實的土層，其計算中的承載力可適當加以提高，但不可超過原有承載力的30%。

3.2 土墊層或灰土墊層

當處理較濕的地基時，可用土墊層法。對于含水量較大的地基，可以先將這部分土層挖出，放在特定的場地晾曬，使土的含水量達到最佳含水量，接著再進行分層壓實或夯實。土墊層的干重度一般大于16N/。設置土墊層這種方法可以使基礎下一定深度的黃土層濕陷性降低，從而可以減弱黃土層的濕陷變形和滲透性，加強了地基的防水效果，土墊層的設置對其下未經過處理的土層也有一定的防水作用。灰墊層的設置效果比土墊層顯著，原理相同。

3.3 預浸水

預浸水是在橋涵結構物修建之前先使濕陷性土層充分浸濕，讓其發生濕陷作用，在濕陷作用結束之后在修建橋涵結構物，這種方法效果明顯，對地表數米以下的黃土層的濕陷性有很大的減弱作用。

3.4 其他處理方法

根據現場的實際情況，用于消除黃土的濕陷性危害的方法還有灰土擠密樁法、旋噴法以及堿液加固地基法等，這些地基處理方法都能有效的達到要求。（上接第101頁）4 橋涵的防排水設計

黃土要發生濕陷作用，水是引起這種作用的必要條件，因此在濕陷性黃土地區修建橋涵結構物時，要做好放排水設計，避免或盡量減小這種濕陷作用產生的危害，保障橋涵結構物的安全和使用。如果沒有進行防排水措施或者防排水措施不夠完善，在雨水的長期作用下，地基的濕陷作用會使橋涵結構物產生一定程度的危害。因此，為了橋涵結構物的長久安全，必須重點考慮橋涵的放排水設計。

對于黃土地區橋涵，當進行防排水設計應遵循迅速引離、分散逕流、降低流速、加固溝渠以及防止地表水積聚而下滲的設計原則，同時對于邊坡和施工坡還應采取相應的防沖和防滲措施。橋梁的橋面應采用集中防水的方式，通過設置排水溝將集中起來的水排出橋梁場地；對于可能遭受雨水浸濕的橋涵地基，應在溝床的表面鋪砌漿砌片，鋪砌的范圍應大于同種類型的橋涵結構，同時加大垂裙的深度；當橋梁的選址位于發育中的黃土沖溝時，此情況應特別注意，可以采取綜合防治的方式，通過將截水溝內的水流改變方向，對坡面采取措施防治以及加強支擋結構等科學合理的措施，達到防止黃土沖溝對溝岸的長期侵蝕的目的，從而提高橋梁結構的安全性能。

防排水設計時還應考慮施工階段的防排水要求。施工中可根據需要修建永久性的防洪、防水溝，也可簡單修建臨時性的；用水設施在保持一定距離的基礎上，還應做好漏水措施，并盡量將其放置在地勢較低的地方；當進行地基處理或者較大的土方工程的施工時，應盡量避開雨季，同時做好措施避免地表水進入基礎的坑槽內；當無法一次性全部完成基礎工程時，應在基礎上覆蓋大于50cm的土層加以保護，等到下次施工時在予以挖除；施工中設置沉降縫時，應采用柔性材料對沉降縫進行填塞密實，并且在沉降縫的周圍用不透水的土進行封閉，嚴格防止漏水。

5 結語

在濕陷性黃土地區進行橋涵結構設計時，應特別重視濕陷性黃土這種不良地質的危害。在做好充分的工程勘察的基礎上，針對性的進行橋型方案的選擇，同時應采取措施對橋涵結構物的地基進行適當的處理，合理有效的地基處理方法，能在很大程度上提供土的性質，降低黃土濕陷性的危害，而且應重視橋涵結構的防排水設計，最終才能保證橋涵結構物的長久安全和使用。

參考文獻：

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