高速公路濕陷性黃土路基處理措施

陳 文

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

隨著交通事業的發展，高速公路作為我國交通網絡中重要組成部分，人們對其質量要求較為嚴格。我國疆土遼闊，路基土組成特性也較復雜，特別是國家實行西部大開發后，在高速公路路基建設中遇到了許多嚴峻挑戰，如濕陷性黃土路基處理。黃土一般在干燥時具有較高強度，遇水后其結構立即遭到破壞，失去原有形態和牢固性。濕陷性黃土主要指黃土受到氣候條件或雨水影響，并在外部荷載作用或自身重力作用下出現下沉現象[1]。在濕陷性黃土路基上直接修筑高速公路，會出現路基沉陷、路基陷穴及路堤崩塌等破壞。本文依托實際工程，主要對高速公路濕陷性黃土路基進行處理，為日后濕陷性黃土路基施工提供指導意見。

1 濕陷性黃土地質特征及破壞原因

1.1 濕陷性黃土

濕陷性黃土屬于黃土的一種，其主要由粉土顆粒組成，成分大多為碳酸鹽，具有較多空隙且表面呈現黃色的松散沉積物。國內外學者試圖將黃土劃分為黃土和黃土狀土兩大類。在工程建設中，一般將黃土劃分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。濕陷性黃土主要由于黃土在受到地下水浸潤的同時，還受到外部荷載作用，導致其結構迅速發生破壞并出現顯著下沉的現象。

（1）從宏觀角度分析，濕陷性黃土主要具備以下特征：①外觀主要顏色為黃色，此外還有褐黃、灰黃等顏色；②具有較高的含鹽量，其中以碳酸鹽含量為主，此外，硫酸鹽和氯化物含量也較高；③濕陷性黃土中粉土顆粒含量達到一半以上，并且其松散狀沉積物中含有較多大孔隙。

（2）從微觀角度分析，濕陷性黃土主要由結構單元、膠結構和孔隙等3部分組成。

根據上述分析得知，粉土構成了濕陷性黃土結構，其中粗粉顆粒形成骨架，細粉顆粒、黏土等膠結物吸附在其表面，特別是集中于大顆粒的接觸點處，并與鹽物質反應形成的溶液和碳酸鈣、硫酸鈣等物質共同形成膠結，最終構成黃土微觀結構。濕陷性黃土的化學成分主要包含碳酸鹽、中溶鹽和易溶鹽（表1）[2]。研究資料顯示，我國濕陷性黃土的pH值一般在6.0～9.2，當酸性值越高時，黃土的濕陷性就越強。

1.2 濕陷性黃土發生原因

濕陷性黃土產生主要包括物理及化學反應，同時也受到多個因素影響。一方面受到外界壓力和水的浸潤作用，導致其發生濕陷，另一方面是受黃土物質成分和結構特征影響[3]。

表1 濕陷性黃土主要化學成分

當天氣干燥時，由于黃土沒有足夠的密實度，其水分蒸發量明顯大于大氣降水量，而造成黃土層結構密實度不足的原因主要是沒有充足的壓力和濕度條件。當覆蓋一層土后，土層不能得到充分壓實，導致濕陷性黃土具有較低濕度和較高孔隙率。

1.3 影響因素

黃土顆粒中的粘粒含量、膠結物等都會對黃土性質產生影響，其中鹽類含量是造成黃土濕陷的一個重要原因。當黃土中易溶鹽含量較高時會導致黃土濕陷的敏感性增強，同時會出現突發的沉陷現象。若其中含有較多難溶鹽，則會出現濕陷滯后現象。此外，黃土的濕陷性還與土體中水分含量、天然孔隙比和外部荷載壓力有關，當天然孔隙比小、含水量大時，黃土的濕陷性就越大；當孔隙比和含水量保持不變時，外部施加荷載越大會造成黃土濕陷性越強，當壓力達到一定數值后繼續增加，其濕陷性反而降低。針對新堆積黃土，在小壓力作用下表現出高壓縮性特征。此外，在降雨量較大地區發生濕陷性的可能性會更大，同時還受到雨水浸泡時間的影響[4]。

2 工程實踐

2.1 工程概況

某高速公路全長71.58 km，全線設計采用雙向6車道，設計時速為100 km。該路線所在區域屬于大陸性季風氣候，光照充足且四季分明，一年中最低氣溫可達-20 ℃，最高氣溫達到38 ℃。試驗段為K18+250～K20+540段，填土高度為2.4～5.0 m，地貌類型以侵蝕性地貌為主，土質為非自重濕陷性黃土，濕陷層厚度1.0～4.3 m。該段路是地區戰略經濟發展項目區的重要組成部分，其建設對地區經濟、商品流通和旅游業等發展具有重要意義。現依據GB 50025—2004《濕陷性黃土地區建筑規范》，對該試驗段濕陷性黃土地基進行處理。

2.2 換填墊層法

換填墊層法適用于濕陷性黃土層厚度不大，可以一次性將軟弱土層全部挖除，然后更換強度或穩定性更大的土或無侵蝕材料。研究分析2～3 m的換填厚度經濟性最佳，若濕陷性黃土層厚度過大，會導致換填法工程量大大增加。

換填墊層法一般可以用來對濕陷性土、膨脹土、素填土等地基進行處理，墊層種類包括砂墊、土墊層、粉煤灰墊層和干渣墊層等，其適用范圍見表2。

換填墊層法可以適用于地下水位上部處理或整片地基處理，具體作用有：①通過整體或局部換填施工，可消除濕陷性黃土的濕陷量；②可有效減小地基土的抗壓縮性和滲水特性；③可降低下臥層頂面的附加應力。

2.3 重錘夯實法

重錘夯實法主要將重錘提升至一定高度后自由下落，利用其自身重力對土體進行夯實，采用這種方法可消除濕陷性黃土層厚度約1.5 m。研究顯示，經夯實后的土層特性大都向好的方向發展，其干密度變大，濕陷性也逐漸消除，透水性也大大減弱，降低了土層的壓縮性，同時增強了土體承載力。由于黃土的濕陷性不是自重濕陷引起，因此采用重錘對濕陷性土層進行夯實，可以降低濕陷變形量。因此，若黃土不具有自重濕陷性，選取重錘夯實法是一種很好的地基處理方式。

表2 墊層適用范圍

2.4 強夯法

強夯法也稱作動力固結法，是將重錘提升至一定高度后，使其在重力作用下自由落體，對地基產生強大的沖擊和振動。針對不同土質類型，強夯法加固深度均不同（表3）。

表3 強夯法有效加固深度

強夯法施工周期短、設備簡單、經濟性好且能夠對多種土質類型進行加固，優點：①施工機械和方法簡單，可根據施工現場實際狀況選擇合適的施工設備；②強夯法加固效果好；③施工工期短且速度快。④有效加固深度大，高能級的單層夯擊范圍可達到11 m，普通能級的單層夯擊處理區域在5.5～7.5 m。

2.5 擠密法

擠密法主要通過擠密的方法使深層土體達到密實狀態，進而降低土體孔隙比，增大強度。根據回填材料不同，可以將擠密法分為渣土樁擠密法、灰土擠密樁法、砂樁擠密法和土擠密樁法，其中砂樁擠密法和土擠密樁法用于濕陷性黃土地基加固。

土擠密樁和灰土擠密樁一般在地基土中設置一個半徑為14～30 cm的樁孔，并需要向樁中回填素土或灰土。其加固原理一方面是在成孔的同時，樁孔位置的土體從側面擠出，從而間接使樁孔周圍土體密實，另一方面是樁體中的石灰和土發生物理和化學反應，形成新的樁體結構并具有較高強度。

3 結語

高速公路濕陷性黃土路基破壞類型包括路基沉陷、路基陷穴和路堤破壞等。本文在分析濕陷性黃土特性的基礎上，研究其破壞原因及影響因素。依托實際工程，提出幾種濕陷性黃土路基處理技術，即換填墊層法、重錘夯實法、強夯法和擠密法，工程實際應用中，可根據實際情況選擇合適的處理技術，對濕陷性黃土路基進行處置。