濕陷性黃土地區鐵路橋梁施工風險研究

【摘 要】隨著我國濕陷性黃土地區基本建設事業的發展，建設用地日趨緊張，許多大型工程建設項目不得不建在大厚度自重濕陷性黃土場地上。這會使鐵路橋梁施工過程存在一定的風險，我們要解決這些問題。

【關鍵詞】濕陷性黃土；鐵路橋梁；風險研究

0 前言

眾所周知我國是一個土地面積遼闊的大國，但是自然資源的破壞和人為不適當的利用使我國的濕陷性黃土面積在加大，如果在這些土地上進行施工建設帶來巨大的風險，本文在此探討一下濕陷性黃土地區的施工建設問題。

1 濕陷性黃土特性的簡單介紹

黃土作為一種具有特殊力學性質的土質，在全國范圍內黃土分布面積大約有63.2萬平方千米，約占全國陸地面積的6.6%。由于黃土形成環境的特殊性，導致其對水具有特殊的敏感性即濕陷性。濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔隙和垂直節理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強度較高，但遇水浸濕時，土的強度顯著降低，引起的濕陷變形是一種下沉量大、下沉速度快的失穩性變形，對建筑物危害性大。因此在濕陷性黃土地區進行建設，應根據濕陷性黃土的特點和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基受水浸濕引起濕陷對建筑物產生危害。濕陷性黃土場地的濕陷類型，又分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土兩類。自重濕陷性黃土是指在上覆土的自重壓力下受水浸濕，發生顯著附加下沉的濕陷性黃土。非自重濕陷性黃土是指在上覆土的自重壓力下受水浸濕，不發生顯著附加下沉的濕陷性黃土。自重濕陷性黃土層、地層特征和物理力學性質與既有的認識有一定差距，地基的濕陷性危害極為嚴重，體現了我國濕陷性黃土分布的復雜性，給高速鐵路建設帶來很大的困難。大厚度自重濕陷性黃土場地，泛指濕陷性黃土層厚度大于15m、自重濕陷性強烈的黃土場區。近些年來，隨著我國濕陷性黃土地區基本建設事業的發展，建設用地日趨緊張，許多大型工程建設項目不得不建在大厚度自重濕陷性黃土場地上，地基處理的深度和難度越來越大。現有成熟的濕陷性黃土地基處理方法一般只能消除基底下10～15m地基土的濕陷性，為使處理后的地基技術先進、經濟合理，尚應研究行之有效的處理大厚度自重濕陷性黃土地基的新方法。

2 濕陷性黃土橋梁施工遇到的風險問題

2.1 地基濕陷性問題

由濕陷性黃土的判定及透水性、濕陷性等特征引出該地區鐵路橋梁施工工藝多樣、專業性較強的施工特點。在濕陷性黃土地區，樁基處理是重中之重。若處理不當，則會使地上結構物發生沉降、傾斜、甚至是倒塌，影響人民生命財產安全，其使用性更無從談起。根據濕陷性黃土地區鐵路橋梁項目特點及施工風險的特殊性，歸納總結出風險管理流程。在天然濕度下，具有一定的結構強度，遇水浸濕時，強度顯著降低，發生濕陷變形。黃土濕陷變形是一種下沉量大、下沉速度快的失穩性變形，具有突發性、不連續性和不可逆性，對建筑物有很大的危害，是濕陷性黃土地區工程建設必須解決的主要技術問題。黃土的濕陷變形可分為三個階段：第一階段為壓密變形，通常為線性變形；第二階段為濕陷變形，變形量大、速度快；第三階段為飽和黃土的固結變形，變形明顯減小并趨于穩定。濕陷性黃土存在濕陷和壓縮兩種不同性質的變形，以濕陷性變形為主，地基處理的原則是首先消除地基的濕陷變形。新近堆積黃土既存在濕陷變形，也存在較大的壓縮變形。飽和度大于80%的飽和黃土，濕陷性已退化，常處于軟塑到流塑狀態，承載力很低，地基壓縮變形大。濕陷性黃土在工程上的特點主要有兩個方面：一是力學指標較低，二是在遇水情況下產生濕陷。因此，相對于其他非濕陷性黃土地區而言，要滿足高速客運專線的高平順性要求的難度更大，問題更加突出，需要根據工程情況采取相應的地基處理措施、防水措施和工程措施。

2.2 黃土隧道變形問題

根據黃土隧道的研究與調查，單線老黃土隧道的垂直壓力較小，但側壓力相對較大，隧道跨度對圍巖壓力的影響顯著。影響黃土隧道圍巖壓力的因素很多，通常分為地質因素和施工因素。地質因素包括開挖前圍巖的初始應力狀態、節理裂隙發育程度及物理力學性質等，工程因素包括開挖方法、襯砌施作時間和隧道斷面形狀等。黃土隧道具有變形量大、初始變形急劇等特點，圍巖變形不局限于在洞周附近，松動圈范圍可能發展到地表，隨掌子面推進，地面開裂變形相應發展。黃土雙線隧道施工較困難，一次開挖進尺不能過大，且支護工序必須緊跟，并注意現場監控量測，及時施作二次襯砌和仰拱，盡早形成封閉結構。隧道洞口地段由于淺埋及偏壓，自穩時間很短，受開挖擾動后，極易產生坍塌冒頂現象。施工過程中應行地面水準測量和洞體收斂變形量測，及時掌握洞頂地表和開挖斷面的變形情況，根據監測成果及時調整初期支護的強度和施作二次襯砌的時間。穩定性好的路基主要靠控制路基的工后沉降和不均勻沉降以及路基頂面的初始不平順。這也正是高速客運專線的路基設計、施工與普通鐵路的主要區別，高速客運專線鐵路主要是以“變形”控制路基的設計和施工，普速鐵路主要是以“強度”控制。

2.3 樁基負摩擦力問題

濕陷性黃土中的樁基，當地基浸水時樁周土會發生濕陷，樁土之間形成相對位移，地基土的沉降常大于樁身的變形，在樁周表面產生向下的負摩擦力，與設計荷載疊加，增大了樁基的豎向荷載，影響結構的使用安全。鐵路橋梁對基礎沉降要求較高的建筑物，在濕陷性。黃土地區一般采用樁基礎，應穿過濕陷性黃土層伸入非濕陷性土層內適當深度。位于濕陷性黃土和軟土地基中的樁基礎，當土壤可能出現濕陷或固結下沉時，地基土對樁身產生相對下沉，會對樁身產生向下的下拉力，應考慮樁側土的負摩阻力的作用。負摩擦力既與樁土間的相對濕陷量大小有關，還受地基浸水范圍、浸水時間和浸水方式的影響，一般通過現場試驗確定。自重濕陷性黃土浸水后濕陷強烈，樁基的負摩擦力問題尤為突出。在確定自重濕陷性黃土場地的樁基承載力時，除不計算濕陷性土層范圍內的樁周正摩擦力外，還要扣除樁側的負摩擦力。

3 解決濕陷性黃土施工風險的策略

黃土地區地形復雜，地表破碎、溝谷切割嚴重，工點設計必須根據工程地質條件進行多方案的比選，如高填與橋梁、橋梁與涵洞、隧道與深挖的比選，科學確定工點方案。深厚濕陷性黃土地區，由于濕陷性黃土較厚，往往路基尤其是路堤工程的地基處理工程較大，按照《黃土建筑規范》地基處理需穿過濕陷性黃土層，并多采用樁基礎，工程較大，而且容易形成人為的新集水區，影響工程的長久穩定。因此，建議深厚濕陷性黃土地區線路應盡量以橋梁通過，受地形條件限制時也應盡量考慮以隧道或者路塹通過，并酌情進行地基加固處理。為減小或避免濕陷性黃土地區水對工程的影響，確保工程的長期穩定，應盡量避免設置長路塹工程。不得以時，應考慮結合地形條件設置橫向排水盲溝或泄水洞，進行分段排水。

4 結束語

通過本研究的介紹，我們知道了濕陷性黃土建筑存在的潛在的風險。為了減少這些問題的產生本研究提出了一些小的建議，希望改善濕陷性黃土橋梁的建設施工問題。

【參考文獻】

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[責任編輯：湯靜]