高速公路濕陷性黃土病害分析與對策研究

孫德榮

（遼寧省交通規(guī)劃設計院 沈陽市 110166）

高速公路濕陷性黃土病害分析與對策研究

孫德榮

（遼寧省交通規(guī)劃設計院 沈陽市 110166）

遼寧省內西部地區(qū)多濕陷性黃土，高速公路的黃土處理歷來都是地基處理中的重中之重。從設計結合現(xiàn)場施工對濕陷性黃土的處理措施進行分析，為今后的設計提供參考。

濕陷性黃土；隔水墊層法；沖擊碾壓法；強夯法；灰土擠密樁法

有關高速公路的濕陷性黃土處理，一直以來都是公路設計人員比較關注的話題，處理措施是否得當將直接影響路基的質量與安全。本文以遼西北某高速公路為例，對濕陷性黃土處理進行分析。

本項目黃土狀粉土的堆積厚度不大，一般2～10m，局部可達20m以上。根據(jù)濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004），查《中國濕陷性黃土工程地質分區(qū)圖》確定該地區(qū)為濕陷性黃土Ⅶ3區(qū)。該區(qū)黃土狀粉土主要為次生黃土，由粒徑在0.005～0.075m的粉砂級顆粒組成，礦物成分包括石英、長石、云母等，富含碳酸鈣。其主要物理力學性質為：土質疏松，垂直節(jié)理、裂隙較發(fā)育，大孔隙，具輕微～中等濕陷性，濕陷性黃土狀粘性土具有大孔隙、垂直節(jié)理、濕陷系數(shù)變化大等特點。濕陷程度輕微～中等，對路基穩(wěn)定性影響較大，地基及路基需作處理。

1 各種工法及措施介紹

常規(guī)情況下，濕陷性黃土地基的處理應結合地基濕陷等級、濕陷黃土厚度、路基填挖形式、填土高度等進行，淺層地基處理主要包括隔水墊層法及沖擊碾壓法，深層地基處理主要包括強夯法及灰土擠密樁法等。

（1）灰土墊層法：以灰土做成墊層的處理方法，根據(jù)換填厚度，可以消除基底以下1～3m濕陷性黃土的濕陷，具有因地制宜、就地取材和施工簡便等特點。

（2）沖擊碾壓法：沖擊碾壓法是處理淺層濕陷性黃土地基的一種有效方法，它可以增加地基土的干密度（密實度），增加地基土的承載能力。經(jīng)過施工驗證，它能消除0.6～0.9m的黃土濕陷性，且經(jīng)濟、快捷。沖擊碾壓的處治效果與濕陷性黃土的性質及設備沖擊能有關，具體地段施工的效果應采用與施工地段地質條件相仿的路段試驗確定。在遼寧西部地區(qū)濕陷性黃土的條件下，25kJ三邊形沖擊碾壓的兩處試驗段以12km/h沖擊速度碾壓的最優(yōu)沖擊遍數(shù)為40遍，沖擊碾壓的有效影響深度為0.90m，路基下沉量為0.107～0.234m之間，地基土的密實度值≥90.2%。

（3）強夯法：采用強夯法處治黃土濕陷性是一種有效方法，根據(jù)黃土條件、設備條件、施工經(jīng)驗，按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），滿足強夯地基處理需達到最后兩擊沉降量小于5cm的要求，最小的單點夯擊次數(shù)為8擊。經(jīng)過施工驗證，它能消除4～6m的黃土濕陷性。見圖2。

（4）灰土擠密樁：灰土擠密樁是利用錘擊打入多振動沉管的方法在土中形成樁孔，然后在樁孔中分層填入素土或灰土等填充料，在成孔和夯實填料的過程中，原來處于樁孔部位的土全部被擠入周圍土體，通過這一擠密過程，從而徹底改變土層的濕陷性質并提高其承載力。

采用灰土擠密樁可以有效消除黃土濕陷性，可處理5～15m厚的黃土，消除的效果與采用的設備和設計的樁間距有關。按成孔樁徑0.4m，等邊三角形布置，樁體材料為消石灰和土，樁間距0.9m可完全消除黃土濕陷性，樁間距為1.5m僅可部分消除黃土濕陷性。

（5）隔水墻：隔水墻主要起隔水作用，防止水滲入地基土層，引起地基濕陷，是濕陷性地基處理的一種很好的輔助方法。隔水墻設置在坡腳與邊溝之間，開挖1m寬2m深基坑，之后采用鋪設土工布后回填灰土夯實，起到隔水作用，避免地基浸水濕陷。為降低灰土的干縮裂縫及凍裂問題，應在灰土最佳含水量的情況下進行拌和及回填夯實。

以上各種處治方法的工程適宜性如表1。

結合以上濕陷性黃土的常規(guī)處理方式，本項目的處理原則如下：

(2)由于采用高能噴射礦化器代替攪拌葉輪礦化，具有強烈溶氣析出，提高了礦化效率和選擇性，并采用多種礦化方式，照顧了粗粒和細粒礦化的條件；

表1　

（1）綜合考慮黃土分布的范圍、厚度、物理力學性質、濕陷性類型和濕陷等級等因素，結合路基處理部位，采用沖擊碾壓、強夯、灰土樁等處理措施。

（2）黃土路基土石方計算時，考慮地基處理所增加的沉降土方。

（3）填方路堤的基底、挖方路基的路床部分進行隔水處理，防止路基水滲入基底黃土層，產(chǎn)生濕陷現(xiàn)象。路堤沖溝坡腳、臨水界面等路段的路堤坡腳位置設置灰土隔水墻。

（4）加強排水設施，采取攔截、疏導、分散的處理原則，設置防沖刷、防滲漏和有利于水土保持的綜合排水設施及防護工程。

（5）路基邊溝、截水溝、急流槽等排水構筑物的基底設置灰土隔水層，進行隔水。

（6）位于沖溝溝頭的路基，需要重點分析，評價其發(fā)展趨勢及對路基的危害程度，并在設計中考慮沖溝對路基穩(wěn)定性的影響。

2 填方路基處理

2.1地基部分

（1）路基基底為不濕陷的黃土地段，基底采用正常清表碾壓，不進行其他處理。

（2）路基基底為Ⅰ級非自重性濕陷的黃土地段，路基基底清表后采用沖擊碾碾壓。橋頭20m以內的路基、墻高大于6m米的擋土墻路基基底采用1000kN·m夯擊能進行強夯處理。

（3）路基基底為Ⅱ級非自重性濕陷的黃土地段，一般路基基底清表后采用1000kNm夯擊能進行強夯處理。橋頭20m以內的路基、墻高大于6m的擋土墻路基基底采用采用表2處理措施。

表2　

（4）路基基底為Ⅱ級自重性濕陷的黃土地段，一般路基基底清表后采用1600kNm夯擊能進行強夯處理。橋頭20m以內的路基、墻高大于6m的擋土墻路基基底采用采用表3處理措施。

表3　

（5）地基處理范圍：填方路基的處理范圍為主線邊溝外1.0m；挖方路基的處理范圍為挖方邊溝外1.0m；橋臺及臺后處理范圍橫向邊溝外1.0m，臺后縱向不小于20m或2倍橋臺高（兩者取大值），臺前至錐坡范圍，且不小于3.0m。

（6）路基沖擊碾壓、強夯、灰土樁等處理措施需要設置試驗段，通過試驗確定各種指標，為施工確定標準。

（7）選用強夯處理時應注意：強夯地基的黃土飽和度不應大于80%；強夯位置距離居民區(qū)不應小于150m；橫路基向強夯范圍至征地邊界；當黃土飽和度大于80%或距離居民區(qū)小于150m時，應考慮采用灰土樁或其他方式處理。

（8）路基底設置的灰土樁樁徑40cm，樁間距1.2m；橋臺及臺后設置的灰土樁樁徑40cm，樁間距根據(jù)承載力及置換率要求采用1.0～1.2m。

2.2地表及坡腳部分

水是黃土段路基沉降與否的關鍵因素，如何阻隔路基滲水及路基坡腳外地面滲水是黃土段路基基底處理的關鍵技術問題。本項目采用在路基基底設置30cm厚的5%灰土隔水層，同時在臨水側填方路基坡腳、填方?jīng)_溝上游、填挖交界處填方一定路段的坡腳處設置80cm寬、150～300cm高的8%灰土隔水墻，同時在隔水墻外側鋪設防水土工布。

2.3路堤部分

本項目土方利用過程中優(yōu)先利用非黃土填料，缺方路段有條件利用的黃土總量較少，因此考慮僅在下路堤部分（93區(qū)）填筑黃土。同時考慮黃土填筑路基有隔排水的風險，如隔水不徹底，路基內長時間積水，黃土路基容易軟化，因此仍建議黃土填料進行摻灰處理，摻灰比例為3%。

3 挖方路基基底處理

黃土段挖方路基路床部分采用灰土進行回填，其中上路床回填8%灰土，下路床回填5%灰土。路床以下根據(jù)剩余黃土層厚度、濕陷等級分別采用換填、沖擊碾壓及強夯處理。具體要求如下：

（1）如剩余黃土層厚度不大于1.5m，則采用換填處理。

（2）如剩余黃土層厚度大于1.5m，且為Ⅰ級非自重性濕陷黃土，則采用沖擊碾壓處理。

（3）如剩余黃土層厚度大于1.5m，且為Ⅱ級非自重性濕陷黃土，則采用1000kN·m夯擊能進行強夯處理。

4 橋頭路基處理

（1）橋頭路基基底處理詳見填方地基處理。

（2）橋臺臺后考慮填筑40cm8%灰土墊層，墊層以上采用透水性材料。

5 跨越?jīng)_溝段路基處理

5.1沖溝壁處理

沖溝處的路基填筑從溝底向上分層施工，并采取一邊填筑一邊將溝壁挖成臺階，使之咬合；每級臺階寬度不小于2m（臺階平均坡度不大于1∶1，反坡4%）；每級臺階填筑完成后采用1000kN·m的夯擊能對整個沖溝范圍內進行強夯補壓。如沖溝內設置構造物時，構造物臺后6m范圍內及構造物上方填土少于4m時，不允許采用強夯處理。

5.2沖溝底處理

本項目沖溝底面基本為Ⅱ級非自重性濕陷黃土或Ⅱ級自重性濕陷黃土，建議采用強夯或灰土樁進行處理，處理寬度為邊溝外1m。兩側坡腳采用隔水墻進行隔水處理。

5.3設置構造物時的沖溝防護

沖溝內的路堤左右側邊坡采用35cm的漿砌片石護坡進行防護，防護高度為設計水位+50cm且不小于150cm。護坡的坡腳處設漿砌片石矩形基礎，基礎頂寬60cm，深度80cm，漿砌片石基礎下設灰土隔水墻，片石基礎+灰土隔水墻高度應根據(jù)黃土層厚度、地下水位高度及地基處理形式等因素確定，但不宜小于200cm。

一般情況下，沖溝內的路堤左右側護坡道、邊溝及邊溝外100cm范圍內采用漿砌片石進行封閉。如沖溝上、下游排水不暢、容易擁堵或地質條件較差時，上下游砌護范圍應適當加大。

沖溝壁挖臺階后的坡面與路堤坡面之間形成的凌空面，必須進行工程防護，防護型式與沖溝內的路堤迎水面邊坡防護相同。

［1］ 中華人民共和國交通部.JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 中華人民共和國交通部.JTG F10-2006公路路基施工技術規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］ 趙玉凡.淺談遼寧省濕陷性黃土地區(qū)路基設計及施工［J］.北方交通，2009（12）.

［4］ 祁鶴，等.黃土地區(qū)的路基設計［J］.北方交通，2006（4）.

［5］ 李寶銘，王瑩.朝陽至黑水高速公路黃土地區(qū)路基設計［J］.北方交通，2006（8）.

［6］ 吳偉平.阜朝高速公路濕陷性黃土地基處理［J］.北方交通，2008（4）.

［7］ 李淑艷.淺談朝黑高速公路黃土路基設計［J］.北方交通，2011（6）.

［8］ 王桂虎，等.河北圍場高速公路路基黃土的工程地質性質［J］.北方交通，2010（11）.

［9］ 劉冰，等.阜新至朝陽高速公路濕陷性黃土地基處理研究［J］.北方交通，2006（5）.

Highway Collapsible Loess Disease Analysis and Countermeasure Study

SUN De-rong

（Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute，Shenyang 110166，China）

As majority areas in the west of Liaoning Province are collapsible loess，highway loess treatment has always been the top priority of foundation treatment.Combing with design and site construction collapsible loess treatment has been analyzed，providing reference for future design.

Collapsible loess；Water cushion method；Rolling cushion method；Dynamic compaction；Limesoil compaction pile method

U418.4

B

1673-6052（2016）01-0043-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.011