濕陷性黃土公路路基處理方法

杜林強 李松林 任泳霖

摘? 要：濕陷性黃土具有特殊的性質，因為土壤的上層部分具有自應力作用，在水分的壓力下，土壤的結構會被發生一定的破壞，再加上土壤自重應力與附加應力的結合，從而導致路面明顯的附加變形。其他特征可以分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。在下陷的黃土地區修建高速公路時，必須在路基上采取某些處理步驟，以改善土壤的物理和機械性能，減少或消除塌陷的黃土路基塌陷的可能性，并確保高速公路的安全使用。

關鍵詞：濕陷性;黃土公路;路基處理

中圖分類號： TU433? ? 文獻標志碼：A

1 濕陷性黃土地質特性的分析

濕陷性土的特點是當其未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較低。但是，受水浸濕后，在上覆土層的自重應力或自重應力和建筑物附加應力作用下，土的結構迅速破壞，并發生顯著的附加下沉，其強度也迅速降低。由于可濕陷性黃土的特殊性質（詳見表1），當施加載荷并通過沉降使其穩定時，浸沒在水中的土壤結構會很快被破壞，并且會出現更加突出的沉降問題。因此，在進行濕陷性公路的建設時，地基處理必須結合道路工程項目本身的結構，避免在使用過程中發生不均勻沉降，從而提高黃土公路路基的可使用性[1]。在濕陷性黃土的整體結構中，粗粉和沙粒主要充當骨架，濕陷性黃土本身包括較少的沙粒，大多數沙粒無法直接接觸，直接接觸基本上是粗粉顆粒。在這種情況下，細粉末顆粒通常被用作黃土表面的填充材料，特別是在大顆粒與膠體位置的接觸點處時，土壤中所含有的物理及化學物質及其他黏土顆粒都會集中在較大顆粒的接觸點上。在外界條件的作用下，水泥自身會發生固化和結晶現象，因此，隨著時間的推移，水泥的牢固程度也會增加，濕陷性黃土的強度也得到了提高。并且當暴露于水時，水泥軟化并嚴重時甚至會出現水泥消失。最終導致土壤的強度降低，最終甚至發生公路的塌陷。

此外，我國某些地區的濕陷性黃土通常情況下含有相應的可溶性鹽，這些鹽以半固體或固體形式存儲在顆粒表面。同時濕陷性土壤中含有的一些水溶性鹽、鉆土顆粒和粗顆粒等，在一定程度上會聚集在大顆粒的接觸點上，最終形成水泥。當濕陷性黃土處于成形階段時，由于不能同時提供足夠的壓力和足夠的濕度，因此土壤壓實也不充分。其中，由于大氣降水的影響，靠近地面約2 m～3 m的土壤層濕度緊湊，土壤層很小，因此土壤的緊實程度也得到了較大的提高。

2 濕陷性黃土公路路基處理方法

在處理濕陷性黃土公路施工中，常用的處理方法如下。

2.1 墊層法

在基底中挖出所有可塌陷的土壤，或挖到預期的深度，然后用石灰材料或既定土壤將其缺陷處填充，并采取壓實處理。

一般情況下，土壤基底層的厚度要控制在1 m～3 m，在此范圍內可以較好程度地消除墊層范圍內的土壤濕陷性，避免該區的土壤由于自身或外界環境的壓力下發生濕陷。該方法易于上手，效果顯著，施工便捷，目前已經成為了濕陷性黃土公路路基的主要處理方法[2]。但是在使用過程中同時還應考慮以下3個方面。1）局部土層墊層的處理寬度小于地基底部的寬度，即使進行地基處理后，地表水和管道滲漏仍然可以從墊層側滲透到下面的未處理土層中。因此，墊子的折疊未考慮防水和阻水的作用，對基礎要求高的防潮或防滲漏的建筑物不應使用局部土壤墊層進行處理。 2）如果公路位于建筑物附近，在處理該區域的公路路基時，整個墊層的處理區域要超過建筑物外墻每一側區域的外緣寬度，同時注意該寬度不能小于墊層的厚度，一般情況下至少要大于2 m。 3）在自重濕陷性黃土地區，地下水位可能不會升高，如果不清除濕陷性地基的總量，則極有可能濕潤地基或有嚴格的防水要求采用建筑物，因此該方法更適用于整個土壤墊層處理地基。但是，一般情況下，在濕陷性黃土公路附近，其地下水位相比較高。當地下水位上升時，濕陷性黃土發生下沉的可能性將會增大。

2.2 沖擊碾壓法

沖擊軋制是壓實技術的新發展，沖擊壓路機由牽引機驅動以驅動機械的向前運動。壓路機的連續沖擊會對土壤產生較高的振幅，同時以較低的頻率來增加土壤的壓縮效果。壓縮機采用高能量的沖擊力周期性地向地面土壤周圍產生較強烈的沖擊波，同時會給土壤帶來向下振動的波率，可以增加地下土壤層的密度并達到壓實的目的。沖擊壓路機影響土壤基礎的表面，并且沖擊壓路機每周有3次壓縮和3次沖擊。沖擊壓路機將壓實輥從傾斜的束中逐漸推開1 m，輪跡在水平方向上重疊1/2，在縱向方向上重疊1/6，在壓實過程中沖擊輥的速度為10 km/h～12 km/h。 每進行12次沖擊后，應檢查其土壤的可壓縮性、水分含量、最大干密度、孔隙率、可折疊性和自重可濕陷性以及其他指標。沖擊軋制完成后，檢查沉降總量，濕陷性系數，壓實度和其他數據，以確保其工藝滿足設計要求。該方法施工方便，成本低廉，在公路工程建設中具有廣泛的應用效果。

2.3 強夯法

動態夯實方法的原理是使用提升裝置將一定質量的夯錘提升到額定高度。自由落下的夯錘在基礎土壤上產生的夯實效果，在夯實表面以下的一定深度內形成一層土壤，達到致密的條件，消除了褶皺，降低了可壓縮性并提高了基礎承載力。夯實時，錘的重量和落下距離最好，敲擊能量大，打夯次數少，打夯次數減少，對于土壤的加固效果以及該操作的經濟實用性都符合要求。目前我國強芬法的拆卸重量大約為10 t ～40 t，下放距離為10 m～20 m。以相同的芬實能量為基礎對比較，下落距離的增加時，芬實的重量及速度也會得到一定的增加，土壤的壓實效果也會得到一定的增加，但是增加落下距離會降低起重機的穩定性。夯實道次的數量取決于下層土壤的特性，土壤壓實層越厚，土壤顆粒越細，水分含量越高，則需要夯實道次的次數越多。對于較細的土壤層，通常需要3次通過。第一遍和第二遍是排列成正方形的點形撞錘。夯實點的間距通常取決于壓實層的厚度和土壤質量。夯點間隔為6 m。為了加固深層土壤，第一遍的夯實點間距必須較大，以便夯實能量可以傳遞到深處。第二搗固點通常布置在前一個搗固點的中間。第三階段是完全夯實，夯實能量低，互相重疊以確保土壤層的均勻性和密度。 為促進土壤中超靜壓力的散布，兩次夯擊之間應保持恒定的時間間隔，典型的間隔為1至3周，在大規模動態夯擊施工前應選擇代表。夯實路段（路段）以確定合理的動態夯實參數和施工技術。在試驗夯實區域，夯實點的布置應不少于5×5夯實點，試驗夯實區域的寬度應至少為預期加固深度的兩倍，長度應至少為60 m。

2.4 換填法

換填法是將底部下方的可塌陷的土壤層完全清除或開挖到預期的深度，然后回填并夯實普通土壤層或石灰土層，厚度通常約為1 m～3 m。該方法可以有效地去除替代土壤范圍內的濕陷性，并有效避免由于基礎上施加額外壓力而引起的一系列土壤濕陷的情況。如果在施工過程中黃土的含水量相對較大，或者如果某些區域發生水滲透，滲入量過大，則可以采取干燥措施來嚴格控制石灰石或普通土壤的含水量。其不僅降低了土壤的強度，甚至還會引起路面的變形問題?？紤]到這一點，在進行軋制前要測量土壤的水分含量，在碾壓過程中要注意路面邊角部位的碾壓。同時注意施工的過程中，碾壓層的厚度一般情況下不會超過300 mm，并且應逐層測試可壓縮性以確保其滿足要求。

2.5 振沖法

振沖法被廣泛用作一種簡單有效的復合路基處理和加固方法，其原理僅由2個部分組成。1）振動裝置的強烈振動，從而促進了砂層的飽和。從而進行黃土路基連續液化，砂粒重排，降低孔隙率。2）通過振動沖擊裝置的水平振動添加填料，以確保砂層的壓實。

2.6 樁基

在可濕陷的黃土地區中使用樁基的目的是使濕陷性黃土層穿過樁，并落入一層堅硬的不可塌陷的土壤中，以安全地支撐來自上部非結構性，如一旦路基受水浸濕，就可以完全避免濕陷的危害。根據施工方法，樁可分為打樁，鉆孔和爆破。

2.7 砂石樁法

沙子和碎石樁可用于處理疏松的沙子、淤泥、黏性土，平坦的填土和其他填筑路基。它的工作機理主要是增加樁的壓實度和樁周圍的土壤壓實度，依靠結構的振動作用來增加低等級的承載力，并降低可壓縮性。

2.8 水泥土攪拌法

在使用水泥土攪拌法前，通常情況下會采用石灰以及水泥作為路面的硬化劑，同時采用攪拌機進行路基深層軟土和硬化劑的攪拌，從而使土壤內部的軟土以及硬化劑產生充分的物理及化學反應。土壤的硬度會逐漸升高，同時其完整性和強度也會逐漸提高[3]。采用水泥土攪拌法可以有效地提高地下土壤的結構強度。在采用水泥土攪拌法處理黃土公路路基時，水泥材料的含量通常較小，因此該過程的物理及化學反應通常會在某種活性的介質中進行，因此突然的硬化程度就會得到一定程度的降低，該方法主要適用于小范圍。

3 結論

總的來說，濕陷性黃土公路在我國建筑工程中是一種常見的病害類型，并且其會直接影響到公路路面的使用質量及使用安全。因此提高對濕陷性黃土路基處理的重視程度，對于公路工程未來的發展十分重要，為今后我國濕陷性黃土公路工程的施工提供了相應的參考。

參考文獻

[1]董永超.寧夏地區濕陷性黃土路基處理及監測技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2018.

[2]任玟運.試談濕陷性黃土公路路基陷穴的處理及質量控制方法[J].城市建筑，2013（20）：257.

[3]李春霞.對公路工程特殊地基處理的探討——濕陷性黃土路基的處理方法[J].黑龍江科技信息，2010（35）：313.