濕陷性黃土對機場的危害及處置措施分析

盧海

西部機場集團有限公司機場建設指揮部 陜西 西安 710000

1 濕陷性黃土的概況

1.1 概念

濕陷性黃土是眾多土質類型中的一種，其在自重或者附加應力等的作用下，與水接觸后會破壞其土壤原有結構，進而出現沉降。一般濕陷性黃土大部分分布在東北、華北、西北等地區。

1.2 黃土的濕陷特征

在我國，濕陷性黃土是一種較為常見的土壤類型，因為此種類型的土壤孔隙比其他土壤大，因此，在業內還被稱為大孔土，分布在降雨量較小的地區，如甘肅、寧夏等，屬于一種沙壤土，一般，在沙壤土中黏土量在12%～25%之間；壤土中的黏土含量在25%～37.5%之間；但濕陷性黃土中的黏土含量則在8%～26%之間，其在業內雖然被劃分為沙壤土類型中，但其與沙壤土在性質方面存在較大差異：①若濕陷性黃土從未受外力影響，土層表面會有大量孔隙，即便是肉眼也清晰可見這些孔隙，其孔隙部分是天然的，部分是在生物作用下而成；②濕陷性黃土在干燥時，表層顏色大多呈淡黃色，在與水接觸后，呈褐黃色；③土質結構中不僅鹽含量較高，而且還含有一些高嶺土、石英成分；④在干燥狀態下，濕陷性黃土具備較高的可壓縮性和強度；⑤吸水性和透水能力較強；若在濕陷性黃土地區建設機場，不僅難度大，而且在建設期間對人力、財力、物力資源的消耗量較大[1]。

1.3 黃土濕陷機理

一般，濕陷性黃土骨架由多種成分組成，即集粉和粉粒等，在結構排列方式具備較強的松散型，內部空隙較多，對于濕陷性黃土來說，濕陷性與孔隙具有密切的聯系，孔隙越大濕陷率會隨著增加，若黃土含水量與孔隙比不變，濕陷量會隨著黃土的荷載不斷變化；在黃土結構中，若其內部含有大量可溶性鹽，則內部孔隙率會比較大，若機場工程位于常年降雨量偏少的地區，則黃土內部水分流失較為嚴重，導致涂層中水分量隨之減少，在此種條件下，黃土中的可溶性鹽會逐步被析出，膠體出現凝結，使得黃土的凝聚力加大，此時土層狀態呈欠壓密狀態，若在此種類型的黃土上施工時，土層遇水后，土層原有的凝聚力開始分散，致使機場地面、建筑等發生沉降，影響機場的正常運行。

1.4 黃土濕陷性評價內容

①通過科學的方式辨別濕陷性黃土類型；②運用相應的技術手段辨別濕陷性黃土的屬性（自重和非自重）；③運用相應的技術手段判定其濕陷等級；④運用相應的技術手段辨別其濕陷起始壓力，如通過分析機場土層可以了解黃土濕陷情況及類型，并采取相應的技術手段，最小化濕陷性黃土的沉降率。

2 濕陷性黃土對機場的危害

2.1 機場地基出現不均勻沉降問題

在濕陷性黃土地區建設機場過程中，在進行大量高填方平整工作之后，機場仍會出現不同程度的沉降問題；另外，在沖溝底部位置，由于巖面起伏相對較大，導致機場地基出現嚴重的不均勻沉降。

2.2 機場地基土體的濕陷破壞

在濕陷性黃土地區建設機場過程中，在完成大量深挖高填工作后，在填挖交界位置還會存留一部分濕陷性黃土，在與水接觸后會出現一定下沉，進而導致機場道路、建筑等發生傾斜、沉降等，不僅影響機場的正常運營，而且會威脅機場工作人員和旅客的人身安全，因此需在機場建設過程中，采取相應的措施避免濕陷性黃土出現沉降[2]。

3 處理濕陷性黃土地基危害的措施

在建設機場工程過程中，需根據實際情況，采取可行的技術措施降低濕陷性黃土的濕陷率，在選擇處理技術時，可以根據工程所在地區濕陷性黃土的特征、類型，科學選擇相應的處理方式，一般，常用的技術有墊層法、預浸水法、換填法、夯實法等，以最大限度降低濕陷性黃土出現沉降的概率，在保障機場旅客、工作人員人身安全的同時，使機場可以正常運營，為旅客的出行提供方便。

3.1 墊層法

在機場工程施工中，墊層法是處理濕陷性黃土時，常用的方式之一。所謂墊層法在業內也被稱為開挖置換法、換土墊層法，此方式主要是通過相應的工具設備挖出基底下部分或者全部濕陷性黃土，接著使用灰土或者素土分層回填并夯實形成一種墊層，從而降低地基中黃土的濕陷量，并使地基的滲透性和壓縮變形能力得到減少，達到提升地基承載能力的目的。此方式一般常用于地下水位以上土層厚度在1～3m范圍內的工程中，在地基處理范圍方面，可以對其進行細分，一般可分為兩大部分，即整片和局部墊層。若在機場工程施工中，僅要求降低地基下部3m范圍內的濕陷量，此時，在施工時，采取局部或者整片墊層法均可以達到相關施工要求；若機場工程中對濕陷性黃土的承載能力和水穩性均提出了較高的要求，則需采取整片墊層法或者局部灰土墊層法，對濕陷性黃土進行置換，以消除黃土的濕陷性。在機場工程施工中，處理濕陷性黃土時，若選擇使用墊層法，則需嚴格控制墊層分層鋪填厚度，一般要求控制在200～300mm范圍內；為使分層壓實質量得到提升，在壓實過程中，應嚴格對機械輾壓速度進行控制；在檢測墊層質量時，應始終遵循分層檢測的原則，確保每層墊層壓實系數達到規定標準后，方可對上層土進行鋪填處理，進而保證施工質量。

3.2 夯實法

夯實法主要是通過應用重錘自由落下過程中產生的沖擊力對地基進行夯實，夯實法一般分為兩種，即強夯法和重夯法。在機場工程施工中，此方式多用于對飽和度不到60%的濕陷性黃土進行處理。在施工中，重夯法一般用于處理1～2m厚度范圍內的濕陷性黃土；而強夯法一般用于處理3-6m范圍內的濕陷性黃土；這兩種方式使用的設備和工藝非常相似，但強夯法的夯擊能力比重夯法高[3]。

3.3 擠密樁法

在機場工程施工中，擠密樁法常用于處理位于地下水位之上的黃土，在此施工中，無論是使用整片處理方式或者使用局部處理方式，應嚴格將處理厚度控制在5～15m范圍內，在應用擠密樁法施工中，人力、機械、爆破等均是常用的成孔方式，待完成成孔工作后，可以選擇含水量最佳的灰土或者素土進行分層回填夯實，在使用此處理方式時，要求將壓實系數控制住0.93范圍內，進而構成一種灰土樁或者土樁，達到穩固機場地基的目的。由于土樁具備較強的柔性特點，與鋼筋混凝土類型的剛性樁存在較大區別，土樁不僅要承受上部荷載，而且經特殊工藝處理的樁間土要承受大部分荷載。實際上，在業內土樁擠密地基俗稱復合地基，由土樁和樁間土兩部分構成，土樁擠密地基在功能方面，與土墊層相同，即可以使濕陷性黃土的力學結構發生變化，最小化黃土地基的濕陷量，使得土層的壓縮性和滲透性發生變化，進而最大化黃土地基的承載力，因此，在對濕陷性黃土處理方式進行選擇時，應結合機場工程的實際情況進行科學選擇。若機場工程項目對隔水、防滲提出了較高的要求，則可以優先選擇整片處理法；若機場工程對隔水、防滲方面無較高的要求，則可以優先選擇局部處理法；若黃土剩余濕陷量較小，可以優先選擇局部處理法；若黃土剩余濕陷量非常大，則可以優先選擇整片處理法；通過調查分析發現，擠密樁法在處理濕陷性黃土時，效果較為突出，因而在業內得到廣泛應用。

3.4 樁基礎

在濕陷性黃土地區建設機場工程時，采取樁基礎法施工，主要是在濕陷性黃土層中設置一個特定長度的樁，并支撐在強度較高的非濕陷性土層上，從而分散承載壓力，采取樁基礎法穩固地基，即使在后期地基與水接觸，也可以避免黃土濕陷對機場的影響，樁基礎法常用于處理基礎荷載大、現場具備持力層的地基工程中，若土層厚度在30m范圍內，可以優先選擇此方式。在濕陷性黃土工程施工中，樁基礎作為主要的端承樁，自然形成的濕陷性黃土樁基礎，樁側正摩阻力較大，但與自重濕陷性黃土地基具有明顯不同，其在被水侵蝕后樁周邊的土層會出現不同程度的沉降，在此條件下，樁側正摩阻力基本不存在，且還會引發負摩阻力，此時，來自外界的荷載全部樁端土承擔。另外，非自重濕陷性黃土地基，樁與水接觸后，樁側還存在部分正摩阻力，但因為土體完全飽和，摩阻力會隨之減少，以端承為主。因此，在設計樁基礎時，在確定單樁承載力時，應將樁側負摩阻力考慮在內，在單樁承載力達到相關要求的基礎上，可以省去對群樁承載力的驗算。

3.5 預浸水法

預浸水法即在機場工程開工建設前期，需相關人員需對自重濕陷性黃土場地進行大面積浸水處理，以在飽和自重作用下，使黃土出現沉陷，以將土體壓實，一般，由于這種土體表層4～5m范圍內的土層類型為被動層，輕易不會發生自重濕陷問題，因此，預浸水法多用于對厚度在4～5m以下的自重濕陷性黃土進行處理，但這種土體存在相應的外荷濕陷性，需采取技術措施解決外荷濕陷性問題；由于預浸水法不僅施工簡單、處理效果顯著，而且成本低廉，可以解決地下暗縫等隱蔽性問題，因此，在處理自重濕陷性黃土中較為常用，若自重濕陷性黃土土層厚度、濕陷量分別大于10m、50m，則可以優先選擇預浸水法；但在施工中，由于此方式的浸水面較大，操作不當則會影響周圍建筑，因此，要求在機場工程施工中，應將浸水坑與建筑物間的凈距離控制在自重濕陷性土層厚度的3倍左右，以免影響其他建筑的穩定性[4]。

3.6 DDC樁法

DDC樁法是近年來新研發的一種擠密樁法，一般是借助機械器具進行鉆孔，待成孔后，分層填入土、砂石、混凝土等，最后利用重錘對填料進行擠壓，以最大化地基的承載力。

應用范圍：現階段，在處理濕陷性黃土時，若土層較厚，土擠密樁法和灰土擠密樁法還存在一定局限性，因此，為保障處理效果，提高黃土的承載力，一些科研人員通過總結經驗，研究出一種處理濕陷性黃土的新方式，即DDC樁法，此方式可以更好對厚度大于15m的濕陷性黃土地基進行處理，其效果非常顯著。

4 處理方法的優選原則

由于處理濕陷性黃土地基的方法較多，每種方法具有不同的特點和應用范圍，在機場場道工程中應用這些方法，對濕陷性黃土進行處理時，同時可能應用到多個處理方法，因此，必須結合機場場道工程現場的實際情況和每種處理方式的優缺點，科學對濕陷性黃土地基的處理方式進行選擇。在對濕陷性黃土地基處理方法進行選擇時，首先應深入機場場道工程的內部進行初步實際勘察，將來自各方面的影響因素綜合考慮在內，如地基地質條件、土層厚度、地下水位、濕陷性黃土類型、建設面積、場地大小、工期、建設企業實力、投資費用、造價、機械設備及材料配置情況等，然后基于此進行分析研究，確定最符合實際情況的處理方式[5]。

5 結束語

濕陷性黃土是一種常見的土壤類型，其在與水接觸后，極易出現不同程度的沉降，因此，在濕陷性黃土地區建設機場工程過程中，必須采取相應的處置措施對濕陷性黃土進行處理，使機場地基具備較強的穩定性。