淺談多豐鐵路濕陷性黃土路基處理措施

趙作林

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院，河南鄭州 450001)

新建多倫至豐寧段地方鐵路，簡稱“多豐鐵路”，項目位于河北省承德地區豐寧縣境內，北起東水泉隧道出口，沿灤河南下，經大騾子溝、牛圈子，翻越梁家營進入潮河流域，經上窩鋪、上黃旗、土城子，與虎什哈—豐寧鐵路終點豐寧站接軌。本線主要通過的工程地質分區包括:壩下剝蝕中山區及山間谷地、河床河漫灘等。壩下剝蝕山區地層以中生代火山巖系和燕山期花崗巖系組成，由于山勢陡峻、裂隙構造發育，巖體破碎;本線不良地質類型主要為崩塌堆積、泥石流及風沙堆積，上部上更新統砂質黃土質粉土普遍具有輕微至中等的濕陷性，黃土質粉土丘陵及高階地沖溝陡壁易崩塌，溝底多有崩塌堆積物，工程地質條件較差。

1 沿線自然特征

1.1 氣象特征

本區屬中溫帶半干旱半濕潤大陸季風型山地氣候區，冬長寒冷干燥少雪，夏短炎熱多雷降雨，春季干旱少雨，秋季天涼氣爽，冷暖適中;歷年平均日照時數2 754.8 h，日照時數百分率為65%。年平均氣溫為7.2℃，最熱月平均氣溫為22.6℃，最冷月平均氣溫為－10.7℃，年極端最高氣溫為40.5℃，年極端最低氣溫為－28.1℃。土壤凍結時間為11月中旬至次年4月底，最大凍結深度1.40 m。降水分布不均，六月至九月為雨季，年平均降水量457.4 mm，其中夏季降水量為303.4 mm，占全年總降水量的三分之二，主要集中在七月、八月份。年平均蒸發量1 628.4 mm，年平均濕度53%。冬春季盛行西北風、北風，夏季多為偏南風(東南風、西南風)，年平均風速1.9～2.0 m/s，極端最大風速14.3 m/s，年平均大風日數為42.7天，以四月、五月份最多。

1.2 地形地貌特征

東水泉—豐寧屬中山區，海拔高度在650～1 700 m之間，地形起伏較大，溝谷下切強烈，山坡自然坡度為15°～40°，大部分基巖裸露，局部山坡腳覆蓋新黃土質粉土，分布無規律，厚度差異較大。主要河流有灤河、潮河，河谷寬闊，岸坡明顯，局部河岸為基巖陡壁，陡壁高30～40 m，河床內覆蓋第四系卵石土、碎石土及砂類土。

2 濕陷性黃土的工程特性及危害

2.1 多豐線濕陷性黃土的特性

多豐鐵路濕陷性黃土主要分布在哈拉海灣至豐寧的山坡坡腳和潮河河谷岸坡，沿線路長度約為50 km;另外，東水泉至哈拉海灣的灤河河谷岸坡及山間谷地中也零星分布。多豐線黃土質粉土為第四系上更新統沖積、坡積和風積層，多呈淡黃、灰黃色，厚度5～30 m;結構較為致密，質地均勻，以粉粒含量為主，多具垂直節理，邊坡具有較強的直立性，屬Ⅱ級非自重濕陷性黃土質粉土。濕陷性黃土質粉土層厚2～5 m，濕陷系數0.015～0.057，孔隙比0.86～1.09，塑性指數一般9～12，壓縮系數一般為 0.06 ～0.3 MPa－1。局部深切沖溝、坳谷地下水位較高地段，分布有飽和黃土質粉土;濕陷性黃土質粉土和飽和黃土質粉土抗剪強度低、壓縮性高，屬中等壓縮性土;其余地段新黃土質粉土含水量較低，抗剪強度較高，屬低壓縮性土。

2.2 黃土濕陷的原因和機理

濕陷原因與機理問題，是濕陷性黃土研究領域中的一個基本課題。多少年來，不同學者通過各種途徑來探求這個問題，對黃土濕陷原因與機理的認識，可以歸納為以下幾點:

①干旱、半干旱的氣候環境，使黃土堆積具備了欠壓密的大孔隙結構，這是黃土產生濕陷的一個重要條件。

②黃土在荷載和浸水作用下，結構連接的松弛和強度削弱是產生濕陷變形的基本原因。

③黃土微結構特征的不同，即組成黃土骨架顆粒的成分、形態，顆粒間連接的性質，孔隙發育狀況的不同，濕陷變形發生的遲緩和劇烈程度就不同。

④在有側限的壓縮實驗中，土的壓縮變形本質上是一種粒間受剪現象，能夠引起變形的應力大小決定于土的抗剪強度。所以，土的凝聚力和內摩擦力，是影響這種變形的基本因素。在荷載和浸水聯合作用下，由于連接強度的進一步削弱破壞而發生的濕陷變形，則是一個較復雜的物理化學過程。從這個意義上講，黃土濕陷的機理及原因，至今并未了解得十分清楚。

總之，黃土的濕陷性主要取決于土的內在基本特征、所處地區的地質環境這兩個方面的因素。同時，這兩個因素也決定了黃土的其他工程地質性質。

2.3 濕陷性黃土的危害

在濕陷性黃土地基上進行工程建設時，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害。濕陷性黃土的危害主要表現在以下幾個方面:濕陷性、膨縮性、崩解性、壓實難及受含水量影響大。濕陷性是濕陷性黃土最明顯的表現特征，它是指黃土在一定壓力下受水侵濕后，造成土中的空隙擴大、連通，土結構迅速破壞而發生顯著下沉的現象。膨縮性是指其遇水膨脹，失水收縮的特性。崩解性是指其侵水后，土顆粒迅速分散，造成土體分崩解體。壓實難及受含水量影響大是指在施工過程中難以控制施工質量，施工條件難以滿足規范要求。

因此，濕陷性黃土具有多種不利工程路基穩定的特性，針對濕陷性黃土的各個不利特性，要采取相應的技術措施進行處理。

3 濕陷性黃土路基處理措施

3.1 濕陷性黃土常用路基處理措施

國內眾多項目的工程實踐證明，濕陷性黃土的處理方案主要有以下幾種:換填法、擠密樁法、強夯法、預侵水法等。針對不同濕陷性黃土的工程特性，采取相應的處理措施，既可以節約投資，又能達到工程的預期效果。

3.2 多豐鐵路濕陷性黃土路基處理措施

(1)路堤地段

采用灰土擠密樁加固地基，路堤在基地(兩側排水溝外緣外1 m)范圍內，使用樁徑0.4 m、樁距1.2 m的灰土擠密樁，采用等邊三角形布置，樁長6 m，樁頂設0.3～0.5 m厚2∶8灰土墊層。有排水溝時，路堤坡腳內1.5 m至排水溝及排水溝砌體下均以二八灰土封閉(厚0.3 m);無排水溝時，坡腳內1.5 m至坡腳外2.0 m用厚0.3 m二八灰土封閉處理(如圖1所示)。

圖1 路堤地段濕陷性黃土處理措施

(2)路塹地段

當濕陷性黃土埋深在路肩以下小于4 m時，基床與側溝平臺進行沖擊碾、重錘夯實處理，消除黃土濕陷性;在側溝及天溝周邊砌體下采用0.3 m厚二八灰土墊層封閉。然后路塹在基床表層及以下0.5 m換填A組填料，換填底面鋪設一層兩布一膜，兩布一膜下鋪設一層0.05 m的中粗砂，兩布一膜上鋪設一層0.10 m的中粗砂。當濕陷性黃土埋深在路肩以下大于4 m時，處理措施與路堤地段相同，在路基面(含側溝及側溝平臺)范圍內，使用樁徑0.4 m、樁距1.2 m的灰土擠密樁，采用等邊三角形布置，樁長6 m，樁頂設0.3～0.5 m厚2∶8灰土墊層，側溝及天溝周邊砌體下采用0.3 m厚二八灰土墊層封閉(如圖2所示)。

圖2 濕陷性黃土埋深在路肩以下小于4 m時處理措施

此外，該類路基地段應加強截、排地表水措施，一般在路堤坡腳設排水溝，路塹側溝平臺需采用M7.5水泥砂漿砌片石防護。

4 結束語

濕陷性黃土的處理措施很多，針對不同地區濕陷性黃土的特性采用相應的處理措施，既能滿足路基的安全使用要求，又能節約投資，具有良好的經濟效益。

多豐鐵路所經過的濕陷性黃土地區，路基采用擠密樁、沖擊碾、重錘夯等方法進行處理，現場試驗證明，該方法能夠滿足路基的安全使用要求。

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