濕陷性黃土路基處理設計分析

金科

安徽國順交通咨詢設計研究院有限公司 安徽 合肥 230041

引言

黃土屬于較為普遍的黏質土，主要是粉粒，有著孔隙、顏色為黃色，涉及到較多的成分，如硫酸鈣，在浸水之后基于荷載影響出現的下沉情況，也就是濕陷。對于濕陷性黃土來講，其一般分布于西北地區，上表層是新黃土，地表下層是老黃土。文章基于濕陷性黃土設計體會，簡述個人的看法，以供商討。

1 濕陷性黃土的鑒別與判定

對于濕陷性黃土來講，其通常情況下不但具有黃土一般特點，如顏色為黃色，主要成分是粉土顆粒，具有大孔隙等外，也有著多孔結構，孔隙比一般超過1.0。多孔結構及加固凝聚力屬于其出現濕陷的根本原因，而內力與水屬于外界條件。針對其的鑒定，可采取壓縮試驗手段來完成。根據濕陷系數來進行判別，在該數值不超過0.015的情況下，則是非濕陷黃土；在該數值≥0.015時，則是濕陷黃土。何謂濕陷起始壓力，一般情況下指形成濕陷的臨界壓力。當這一參數低于飽和自重時，在壓力影響下浸水也能出現濕陷，常常被稱為自重濕陷黃土。若超過飽和自重，則不會出現濕陷，而對于附加以及自重壓力，在二者之和超過臨界壓力時，土層受水才會出現濕陷，常常被稱為非自重濕陷黃土。為精準體現濕陷程度，同時結合地基實際，實施可行防護舉措，可使用濕陷系數來對濕陷量進行計量。濕陷等級分成三級，在濕陷量大于0.05且小于等于0.15時，是第一級，在濕陷量大于0.15且小于等于0.35時，是第二級，在濕陷量大于0.35時，是第三級[1]。因我國黃土的濕陷性，相比于下部土層，上部土層較大，而其被水浸的概率較高，所以，計量濕陷土層厚度通常從基底開始算到其下5m為止。濕陷等級大，浸水之后可能形成的濕陷量越高，危害也更大，需要提出更嚴格的設計措施要求。

2 黃土工程所具備的特性及路基設計原則

①黃土工程特性。首先，滲水性，黃土具有縱向孔隙及收縮性，若水滲至裂縫內而加大滲透深度，隨之有著較多的黏粒，會發生不透水的現象；其次，濕陷性，因黃土常常受到荷載而存在自重，在水濕潤之后會引起結構破壞進而出現下沉；再次，縮脹性，此特點如果循環往復，將影響道路壽命，遇水脹大而引起路基隆起，在干燥之后收縮進而發生路基下沉；最后，多孔裂隙性，黃土屬于獨特的黏土，其含沙量在50%上下，并且孔隙度較大，常常處于傾斜狀態，同時大部分為上下貫通。

②濕陷性黃土路基設計原則。在路線經過沖溝溝頭的情況下，需要對沖溝因素與其發展方向進行分析，由此來明確遠離溝頭的距離。針對路線周圍自然與人工邊坡，要對穩定情況與條件進行調查，不良地質情況的分布，通過勘探掌握其種類、性質等。對于深路塹地段，要設置適當勘探點，以了解工程地質特點。經過黃土地段時，若承載力難以滿足自重壓力的情況下，要根據承載力要求來有效處理基底。因壓縮及濕陷特點，需要充分把握路堤壓實要求、健全排水與防護舉措，同時需要對沉降量等進行分析。無論是路基邊溝還是排水溝，都要開展封水防護。路基排水最關鍵的問題在于防沖及防滲，所以，不但要堅持常規地區的設計原則，也應該遵循以下的原則，即鞏固溝渠、分散徑流等[2]。

3 黃土濕陷的因素

黃土結構特點與其物質構成屬于其形成濕陷的內部原因，而水及壓力的影響屬于形成濕陷的外界原因。結構特點為其產生環境導致的，處于干旱以及半干旱環境，降雨將粉粒進行黏聚，而干旱天氣促使水分持續蒸發，鹽類物質開始析出，慢慢沉淀進而產生膠結物。在含水量不斷變少的情況下，土粒互相靠近，引力與聯結力也開始變大，這些均提高了抗滑移性能，防止了自重壓密，產生了多孔結構。附在表面的膠體，及鹽與水分子產生聯結，由此產生了集合體。附近存在顆粒包圍孔隙，即大孔隙。在水浸之后，楔入顆粒間，因此，聯結效果消失，鹽溶在水內，強度跟著弱化，在自重及附加壓力一起影響下結構短時間內破壞，土粒朝著大孔滑移，顆粒之間的孔隙變小，引起很多的附加濕陷立即形成，這就是黃土濕陷的根本因素。

4 推動濕陷性黃土路基設計處理的可行措施和方法

路面發生變形與開裂，邊坡發生剝落，可能形成土洞與暗河。形成以上病害的內部因素為黃土特性，外因則主要為水。鑒于危害性，對于濕陷性黃土，現如今對其防治與施工技術已開展了大量研究與實踐，以下闡述一些常用的防治方法。就路基處理原理而言，一般是對大孔結構進行破壞，以消除濕陷性，經常使用的處理方式包括這幾種，即：重錘表層夯實、擠密樁法、樁基法等，接下來，將從這些方面進行分析，以供參考。

①墊層法。先對黃土進行挖除處理，接著，使用素土做成墊層，以對濕陷量進行消除，同時能減小變形，增強承載力，能把其分成墊層。在只需要消除基底下1～3m黃土的濕陷量時，應通過土墊層來處理；在同時需要增強承載力時，應通過灰土墊層來處理。墊層設計涵蓋多個方面，如墊層厚與壓實系數。設計原則為：在達到變形與穩定要求的同時，也應該具備經濟性與科學性，并且，還應該思考以下問題。首先，處理寬度大于基底寬度較小，在進行處理之后，漏水容易滲入濕陷性土層進而導致濕陷，所以，設計局部墊層不分析防水與隔水效果，水浸概率高，以及存在防滲標準的建筑，不應通過土墊層來處理。其次，在墊層處理范圍，大于外墻邊緣的寬，要確保超過墊層厚，也就是要超過2m。最后，在水位難以上升的黃土場地，在沒有消除所有濕陷量時，對存在防水標準的建筑應通過土墊層來處理；在水位容易上升的場地，要分析上升之后對土層造成濕陷的可能性。

②重錘夯實。對于飽和度低于60%的黃土地基，這一方法有著較好的適用性。通常使用重錘，落距介于4～4.5m之間，能消除濕陷性。處于夯實層范圍，土的性質得以優化，干密度極大提高，壓縮能力弱化，承載力增強。對于非自重黃土地基，臨界壓力較大，在整治土層之后，能切實降低變形。所以，針對非自重黃土場地，采取這一方法的優越性相對顯著。

③強夯法。該措施鞏固地基機理是，通過重錘對地基實行沖擊與振動，由此實現提高壓實度，優化振動液化條件，對濕陷性進行消除。這一方法是針對地基土體，施加沖擊能量，使土體出現變化，比如排水固結。它的作用結果為：增強地基強度以及孔隙擠密。通常情況下，使用100～200kN重錘，來對黃土進行夯擊處理，能有效消除濕陷，并且也能增強地基承載力[3]。

④擠密樁法。針對地下水位之上的黃土地基，這一方法有著較好的適用性，在進行施工作業時，先結合方案布設樁孔且成孔，接下來，把素土填入樁孔之中，同時夯實到標高。基于橫向擠壓效果，完成擠密，由此產生復合地基。值得一提的是，不能使用粗顆粒材料填入樁孔中。對于土樁地基來講，通常適用于人工黃土以及填土，處理深度能實現5～10m。就灰土擠密樁而言，是采取錘擊打入的手段，在土內產生樁孔，接著填充材料，成孔以及夯實期間，土被擠入附近土體，基于此過程，有效優化濕陷性質，同時增強承載力。

⑤樁基法。對于樁基礎來講，它并不屬于天然以及人工地基，處在基礎范圍，把上部荷載傳至土層，通過非擠土手段進而成樁，成孔期間把土排出，附近土的性質并沒有改善。設于樁基礎，在水浸之后，樁測助力顯著降低，在形成自重濕陷時，及時轉變成負摩擦力。所以，基于濕陷性黃土場地，不應該考慮摩擦型樁，對于設置的樁基礎，在強度達到標準的同時，還要結合地質情況，選取端承型樁。樁底之下的受力層：處于非自重黃土場地，務必為非濕陷土層；處于自重黃土場地，務必為穩定的持力層。如此，在受水浸，轉變為負摩擦力時，就能通過土層所承受，且能達到設計標準，確保建筑安全應用。

⑥預浸水法。對于土厚超過10m、濕陷量超過0.5m的場地，這一方法有著較好的適用性，用來對濕陷性進行消除。能消除地面之下6m所有上層的濕陷。需一定的浸水及停水時間，方可開展施工作業，通常情況下需要12個月，同時上部4～5m由于土地自重不大，難以有效消除濕陷，需實施其他處理方法，在已建項目周圍，又容易產生陷穴的地段不能考慮這一種方法。

⑦強化挖方以及填方路段控制。從中濕路段來看，對于路基頂面之下0.3m土基，通過灰土改良處理，從上而下使用達到設計標準的土進行填充，還需結合邊坡變形因素以及種類，在設計環節要結合過去的經驗采取科學的邊坡形式，且結合水流來源及水量，設置適當的攔水以及排水設施。若雨水沖擊量偏大、過快時，要通過攔水帶與急流槽進行融合的設置以及作業手段，把水流引至坡面，同時有效排除，漸漸弱化雨水的侵蝕效果，如針對邊坡坡頂，可增設截水溝，采取封閉等舉措。

5 黃土路基施工處理措施分析

黃土常常有著一定的強度及壓縮性，不過在浸水之后，基于自重及荷載的影響，它的結構短時間內被破壞，出現變形，隨之使強度弱化，形成濕陷。所以，在施工排水及道路竣工之后，避免水浸路基尤為關鍵，水屬于形成病害的外界條件，在滲入路基之后，會溶解成可溶鹽，另外，在微粒之間起到潤滑效果，促使黃土出現位移，形成濕陷。所以，對于基底的處理要根據設計標準及濕陷種類開展施工作業。并且，將施工排水及防水舉措落實到位。因黃土存在直立特性，可以支持邊坡，路塹邊坡結合黃土特點一般設為陡坡，因黃土抗水能力不強，陡坡能減小受淋面積，防止剝離崩塌，可實現邊坡的穩定。并且，能節約土方，所以，對于黃土路塹邊坡，要全面根據設計坡度進行開挖處理，若設成陡坡時，在作業中不能放緩，防止造成邊坡沖刷。路塹路床壓實度標準嚴格，針對高速以及一級公路，要超過95%，對于別的公路，要超過93%，所以，在挖至設計標高時，應該對土基開展檢測，如路床土質不滿足設計要求，需進行挖除處理，取土攤鋪到要求的壓實度。

黃土路基施工，需要加以關注路基排水，針對地表水需要遵循有關的原則，比如攔截以及防滲，結合設計第一時間落實好排水設施，將水及時引離路基。當對邊溝水進行引出時，需要認真加固出水口，同時要結合設計對排水設施開展加固及實施防滲舉措。在路堤施工過程中，需要設置阻水以及攔水設施，避免邊坡被沖毀。在填到設計高程之后，需要結合設計對設施與急流槽開展修筑，把水引到坡腳之外。針對高超過20m的路堤，應結合設計留出壓縮下沉量。針對地基土層，如果具備較強壓縮性，同時允許小于自重壓力時，需要對壓縮下沉進行考慮[4]。不但能實施避免水下滲的舉措，也能使用其他措施，如重錘夯實。落實好排水工程尤為關鍵，要將水引至水溝排走。針對陷穴，應該追蹤到發源地點，將進口封到位，同時引排周圍地表水，以避免流入進口。

6 結束語

針對濕陷性黃土路基，其處理旨在有效消除濕陷變形，另外，當對處理方案進行考慮時，需要結合構造物種類、濕陷性黃土特點，通過技術經濟對比，且遵循就地取材原則，以實現安全穩定，也不導致經濟浪費。