濕陷性黃土地區城市道路路基處理分析

朱武權

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

由于濕陷性黃土的主要組成是粉土顆料，因此，其在性質上表現出密低、天然含水量不高、孔隙較大、壓縮性較大的顯著特點，其土體結構在受到自重力以及外部荷載力的影響下極易出現受水浸濕后濕陷變形的問題，且土體結構受到破壞的情況下強度也會下降。濕陷性黃土這些性狀的存在一定程度上影響了路基工程施工質量，容易產生各種病害，由此可見，需要對濕陷性黃土路基病害防治措施進行研究、分析，才能確保路基工程施工質量。

濕陷性黃土天然含水量低以及孔隙大的特點，使其結構在被水浸濕后會快速被破壞，并且由于自身重力的因素影響以及受到外界的荷載壓力，在施工過程中極易出現不同程度的沉降現象，路基沉降的情況下也會出現沉陷破壞問題。橫向沉陷以及縱向沉陷是現階段路基沉陷主要表現出的兩種破壞形式，道路排水不暢、黃土路基自身強度不足以及黃土路基荷載壓力過大則是導致濕陷性黃土出現路基沉降的主要因素。城市道路路基建設中，路基下敷設的市政管線較多，如果管道滲水，路基處也會有許多的積水下滲，從而對路基造成不同程度的破壞，繼而導致路基沉陷問題產生。

1 工程概況

甘肅蘭州高新區經四路新建道路工程，道路北起緯二十五路，南至規劃路，線路全長12.58km，道路等級為快速路，道路紅線寬60m，位于甘肅省蘭州市榆中縣榆中盆地內，榆中盆地剝蝕堆積黃土丘陵分布于東南部興隆山山前和平—麻家寺一帶、北部宛川河以北Ⅱ級～Ⅲ級階地后緣的金崖—清水一帶和北部張家大坪一帶以及盆地東西邊界的敬家山、白虎山、劉家塬等呈南北向展布的黃土丘陵；黃河谷地主要分布于黃河南岸Ⅲ～Ⅴ級階地后緣的皋蘭山—大元帽一線，黃土覆蓋于白堊系、第三系地層之上。海拔一般為1700～2000m，相對高差250～350m。地形切割強烈，溝谷多呈“V”字形，由黃土梁峁、黃土殘塬組成。黃土梁峁分布于榆中盆地南北及盆地內的白虎山、營盤山、黃河兩岸大山頂—皋蘭山—雞兒咀，榆中盆地中的黃土梁峁呈孤立的黃土峁或寬窄各異的條狀梁地形將榆中盆地切割成3個次級盆地。榆中盆地各次盆地邊緣的黃土梁峁呈南北向長條狀展布，峁梁面平緩，部分形成黃土塬，如劉家坪等。該項目區域內中特殊性的巖土主要為濕陷性黃土，大部分實際厚度在19～21m。這種黃土屬于非常典型的孔隙架空結構，浸水濕陷性的特征比較顯著，會對道路路基和橋涵結構的穩定性造成嚴重的威脅。

2 濕陷性黃土等級評價

可以根據濕陷的系數δs值的大小將濕陷性黃土的濕陷程度劃分為3種：當0.015≤δs≤0.03時，為濕陷性輕微；當0.03＜δs≤0.07時，為濕陷性中等；當δs＞0.07時，為濕陷性強烈。具體黃土地層典型的剖面如圖1所示[1]。

圖1 黃土地層典型剖面

按照自重的濕陷量計算值△Zs對濕陷的類型進行劃分，濕陷性黃土可分為非自重濕陷性黃土（△Zs≤70mm）和自重濕陷性黃土（△Zs＞70mm）兩類。

自重濕陷量的計算值△Zs按照式（1）進行計算：

式中：β0為修正系數，主要是因為地區土質異常情況所致，項目區中取1.2；δZsi為第i層土的一種重濕陷系數；hi為第i層土的厚度，mm[2]。自重濕陷量的計算是從濕陷性黃土的地面直到底面為止。其中，自重濕陷系數中的δZsi值在0.015以下，且不給予累計。

濕陷性黃土整體的濕陷量的具體計算值表示為△s，按照式（2）進行計算：

式中：β為修正系數，基底深度在0～5m，取β=1.5；基底深度為5～10m，取β=1.0；非自重濕陷性黃土的基底在10m以下不需要對其進行統計；在自重濕陷性黃土的場地上，計算到濕陷性黃土的最底面，取β=1.2。δsi為第i層土的濕陷系數；hi表示為第i層土的實際厚度，mm[3]。其中，濕陷系數中的δsi值不超過0.015，土層為該值不參與累計。

3 濕陷性黃土路基處理措施

3.1 沖擊碾壓法

現階段，在濕陷性黃土路基處理中，沖擊碾壓法是應用最普遍的方法之一。結合工程實際情況合理選擇與工程規模相匹配的沖擊壓路機型號，通過在現場進行實驗，確定施工中的行駛速度、松鋪厚度、行駛速度與含水率等。當土體過厚過者過薄時，沖擊碾壓會出現深度無法到達導致的土體下部壓實不理想或者沖擊碾壓對土體擾動過大造成的土體振動松散情況；當沖擊遍數過多或者過少時，可能造成沖擊功不足導致的土體無法達到最大干密度以及振松已經壓實的土體而出現翻漿的問題。

3.2 擠密樁法

擠密樁法是目前處理該問題最成熟的一種方法，同時也是最基礎的一種方法。該種方法適合處理5～12m的黃土層厚度，一旦超過15m，這種方法的應用效果不顯著。擠密樁法在實際操作的原理就是先在施工的地基上打一個空心樁，將土或者灰土填入樁內，這樣可以有效提高樁體整體的承載力[4]。在打入樁體的時候，會將黃土排擠在四周，這樣就增加四周黃土的黏性，利于提高路基整體的強度。除此之外，打入樁體的時候還會對側面的土質造成壓實，直接縮減了黃土之間顆粒的間隙，可以有效消除地基的濕陷性，提高自身的承載力，縮減壓縮性，可以有效避免因外界因素所引起的坍塌事件，降低了對路面的危害[5]。擠密樁法主要是適用在含灰量比較低的濕陷性黃土中，在打入空心樁體的時候需要由專業的人員采用專業的技術進行實施，這樣才可以保障空心樁體的合理性，提升整體路基的強度和自身的荷載力，同時還可以避免出現操作不規范誘發安全隱患，影響施工的進度。擠密樁法在使用的過程中需要滿足多方要求，而且施工的難度系數也非常大，比一般技術的工期長。

3.3 換填土加固法

換填土加固法的應用十分廣泛，主要應用于淤泥、淤泥質土、暗溝、雜填土地基等，換填土加固法的應用是根據土中附加應力的分布規律使墊層的荷載應力隨著上部應力的增加而增大，軟弱層的荷載應力隨著軟弱層承擔壓力的減少而降低，從而增強地基的穩定性，使得地基施工更好地滿足設計需求[6]。在進行濕陷性黃土地基實際施工時，軟弱地基如果土層厚度較少，其抗形變性能以及荷載力則無法得到滿足，施工人員在進行施工過程中要挖去軟弱土層部分，當情況比較特殊時，可以挖除掉所有的軟弱土層并注入如碎石、高爐干渣等輕度比較大且沒有腐蝕性的材料，并注意要采用分層填換的方法填入[7]。為了確保軟弱地基的承載力，使淺表層具有較高的持力特性，要進行反復夯實處理，這樣還可以起到抗變形、提高自身穩定性的作用。施工人員可以選擇采用機械碾壓、平板振動、重錘夯實3種方法對地基進行夯實處理，使回填土分層的同時加固地基表層土。要改變濕陷性黃土的結構，就要挖取大量的黃土，唯有這樣才可以由其他的土進行代替，所以這種方法在時間上、經濟上的投入都比較高，而且工期也比較長。

3.4 預浸水法

如果黃土的土層厚度超過了10m，可以采用預浸水的方式對黃土濕陷的問題進行處理。該處理方法是將黃土全部浸水之后，產生自重濕陷的一種特性。在實際施工之前，要對施工的場地進行全面浸水，將自重濕陷性的特性全部消除，之后才對最表層的黃土采用科學的方式進行處理，可以有效提升黃土自身的強度。這種方法的浸泡時間較長，所以會對整個工程施工的進度造成一定的影響，另外，如果該工地水資源不夠充足，不建議使用該方法。

3.5 強夯法

強夯法的工作原理與沖擊碾壓法存在一定相似性，是通過重錘的自由下落對土體做功，強化地基土體致密性，從而使土體達到更高壓實度的施工過程。與沖擊碾壓施工相比，強夯法的效率較低，影響深度更大，并且需要一定的安全施工距離，避免由于施工造成的振動與噪音對周邊建筑物產生影響，一般不建議使用該方法。

4 結束語

總而言之，在我國道路工程不斷發展與進步的大環境下，我國城市道路建設需求不斷加大，對于路基的處理技術也要持續完善。在城市道路路基施工過程中，由于濕陷性黃土路基存在一定的特殊性，其壓縮性與滲透性較差，且需要耗費大量時間固結變形，一旦出現荷載超出范圍現象則會引發安全事故，如沉降、抗滑穩定性不足等問題。因此，施工人員要對各個濕陷性黃土路基的具體情況進行分析，根據分析結果采用正確的方法進行處理，以此更好地提高黃土路基質量，延長公路的壽命。