寧夏地區黃土的濕陷性危害及治理方法探析

劉會龍 （中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500）

黃土是一種因空氣干燥而產生的孔隙眾多的、柱狀節理的粉狀泥土，其大多出現在地球中緯度、內陸較為干燥的地區。在我國，黃土主要出現于西北內陸地區，北接長城、南臨陜西秦嶺、西靠祁連山脈東部，東部則是與太行山脈接壤，涉及到我國5大省，即陜西、甘肅、山西、青海以及寧夏，總面積超過50萬km2，達到我國總面積的5%以上。

1 工程概況

本文選取吳忠至中衛鐵路項目為主要研究對象。該鐵路北起吳忠，途經關馬湖和滾泉，穿過牛首山丘陵區，到達中寧東設站，最終到達中衛市。全線總長約為140km，項目部僅承建中寧縣大戰場鎮和宣和鎮之間的線路，正線里程為DK97+702.80～DK112+170.86，全長約為總長的10%。除必要的線路施工外，項目還需預留宣和南站這一車站。在這種情況下，項目全長約為14km。雙線設計貫穿于項目全線，連站前工程和線路內附屬工程。

2 不良地質及特殊巖土

2.1 風沙

工程項目的實施需充分考慮沿線的地質情況。風沙、高烈度區地震液化以及特殊巖土是本線遭遇到的主要不良地質，其中，關馬湖、鳴沙以及宣和等區域是不良地質的主要分布區。該地區屬于半干旱氣候區，在周邊環境以及氣候區的影響下，該地區不僅降雨量少，且蒸發較快。因此，該地區的地表大都為來源豐富、含量較高的黃土或粉細砂。

2000年以前，該地區以固定-半固定沙丘為主。為了改變這一現狀，當地居民開荒造林，在推平的沙丘上種植草被、樹木。除此之外，當地居民還積極治理風沙，對農田進行灌溉。經過長期的治理，該地區的地質條件大大改善，沙害逐漸減少，耕地逐漸增多。

2.2 地震液化

該地區處于地震基本烈度八度區。在黃河沖積平原區，地表20m范圍內第四系全新統粉細砂、粉土、砂質黃土地震可液化層。液化土層的厚度和埋深分別為1～12.5m 和0.45～16m。

2.3 特殊巖土

2.3.1 濕陷性黃土

黃土地層大都是砂質黃土，在山前傾斜洪積平原區以及低中山丘陵區等區域較為常見，其顯著特征有結構松、孔隙多、濕陷性大。濕陷以非自重濕陷性為主，共分為兩個等級，濕陷的土地厚度在0.5～6m 之間[1]。

2.3.2 膨脹（巖）土

在山前傾斜洪積平原區以及低中山丘陵區等區域不僅分布著濕陷性黃土，還分布著膨脹（巖）土。膨脹（巖）土屬于上第三系泥巖，在周邊環境的影響下容易發生結構和力學性質的改變。天然狀態下的上第三系泥巖結構致密，具有較小的壓塑性和較高的抗剪強度，遇水時易膨脹，失水時易干縮。相關工作人員對項目沿線的地質情況進行取樣試驗，最終確定該地區分布的主要是弱膨脹巖。在施工過程中，相關工作人員應充分考慮其膨脹性，必要時采用“保濕防滲”的方法進行預防和處理。針對膨脹巖的路塹邊坡，施工人員一方面要注意邊坡的放緩，另一方面要及時進行加固處理。除此之外，為防止地表水下滲，施工人員還應完善排水功能，及時排出地表水。

2.3.3 軟土及松軟土

軟土及松軟土主要分布在黃河一級階地區，以薄層軟粘性土最為普遍，其中又以軟塑-流塑狀的粉質黏土為主。這種黏土具有很高的有機質含量，同時還具有壓縮性高、孔隙率大等特點。不僅如此，該種黏土的強度不高，承載力低下，因而工程性質較差。

3 濕陷性黃土成因

通常黃土有2種類型，即濕陷性以及非濕陷性，濕陷等級判別見下表。前者是受到壓力沖擊以及水的侵蝕，導致原本的結構被損壞，由此出現劇烈下沉；而后者是盡管受到壓力沖擊、水的侵蝕，也不會出現黃土下沉運動[2]。

通常Δs≥50，Δzs≥30可判定為Ⅲ級，30＜Δs＜50，7＜Δzs＜30 可判定為Ⅱ級按照地區實際情況分析，寧夏的黃土物理力學指標主要是：液限在25%～35%之間、天然含水量在12%～22%之間以及塑限在16%～22%之間。根據研究可知，黃土中包含的砂粒、粗粉粒能夠在一定程度上支撐整個結構，但是因為濕陷性黃土并沒有過多的砂粒，同時很多砂粒是無法進行直接接觸的，只有粗粉粒才能被直接接觸。而細粒粉主要出現于大顆粒的表層，能夠和一些膠質物體混合充當一些填充材料。由于黃土的結構較為松散，只是通過顆粒之間的摩擦以及部分水分的聚攏，一旦水分蒸發，體積就會變小，其內部的膠體、結合水以及鹽分都會開始緊貼細顆粒，從而實現膠結連接。通過頻繁的濕潤與干燥，鹽分含量就會大大上升、一些膠體也會變陳，從而導致膠結能力變強，黃土結構更為松散。同時，若是在季節性的降水時節，分散開的粉粒往往比較好凝結起來，但若長時間的干旱，因為水分的不斷減少，會導致剩余水分以及鹽分附著到粗粉粒表面，以此逐漸形成越來越多的膠結物。因為水分愈發變少、土粒之間的距離拉近，顆粒與顆粒之間的引力也會不斷加強，從而提升內部土粒的穩定性，避免出現土體自重壓密的情況，以此使得粗粉粒實現其支撐價值，形成穩定的多孔隙體系。在被水滲透的時候，結合水膜會不斷滲入到結構內部，使結合水失去連接能力、鹽類物質消失，從而導致骨架強度愈發變弱，在外界壓力的壓迫中導致原本結構受到沖擊，內部土粒出現滑移、孔隙愈發變小，以此出現大面積的沉陷。上述則是黃土濕陷產生的原因以及全過程活動。由此可見，之所以出現濕陷主要是因為黃土內部的水連接變弱或消失。

4 黃土濕陷的危害及其處理措施

因為黃土的濕陷，會導致地基不平穩，出現變形，通常情況下只需1～2d就可以出現超過20cm的變形。而這樣大的變形量對于絕大多數工程來說都超出了其自身的承受范圍，會出現表層脫落、開裂等現象。基于此，對于不同的項目種類，應該有針對性地做好防固。

4.1 建筑物基礎穿透濕陷性黃土層

濕陷性黃土層具有結構疏松的特性，因此為了消除施工中存在的安全隱患，在施工時首先要確保建筑物基礎具有一定深度，且位于濕潤性黃土層下方，以此確保施工的順利進行。灌注樁作為常用的施工方式之一，雖然使用成本較高，但其不僅可以完美避開濕陷性土層，而且相較于其他施工方式更具有安全性，因此仍被廣泛應用于各項施工項目中[3]。

沿線的山前傾斜洪積平原區及低中山丘陵區為黃土地層的主要分布區域。黃土地層大都為砂質黃土，具有結構疏松，孔隙較多等特點。濕陷性是黃土場地最明顯的特征，主要為非自重濕陷性，施工人員需根據多種因素合理選擇濕陷性黃土地基的處理方式。

4.2 濕陷性黃土地基處理質量保證措施

①沖擊碾壓是處理濕陷性黃土地基的主要方式之一。除此之外，強夯以及水泥土擠密樁同樣也是處理濕陷性黃土地基的主要方法。如何選擇最有效的處理方法還需要施工人員對諸多因素進行考量，如路基填挖情況、濕陷的壓力和厚度等。

②在強夯施工的過程中，施工人員應盡量保證塑限含水量要高于濕陷性土的含水量。含水量低于一定標準時，施工人員應及時進行增濕，保證含水量符合規范。

③水泥土擠密樁應按孔底夯實、孔內填料的順序進行。施工質量受土的含水量的影響，含水量過低時，會出現沉管困難等情況，需加水浸潤提升含水量之后再進行施工；含水量過高時，拔管后會有縮頸現象產生，需采用復打法進行處理。

④為保證施工的順利進行，施工人員應做好綜合排水措施，防止積水在路基停留。同時，施工人員還應及時填平路基上的洼地、裂縫，防止路基積水。

5 結語

綜上所述，在我國西北部的工程地質問題中，濕陷性黃土尤為常見。本文闡述了鐵路濕陷性黃土的危害、所處位置以及處理方案，在工程實踐中，可運用以上幾種方法結合實際對諸多問題進行處理，在此類項目中起到引導性作用。