濕陷性黃土路基處理與防治措施探討

霍建兵

(霍永高速公路監(jiān)管處，山西 隰縣 041300)

1 概述

1)黃土分布概述。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前國內(nèi)的黃土總面積超過了63萬km2，大約是世界黃土總面積的4.9%，其中濕陷性黃土所占據(jù)的比例非常的大。我國黃土主要分布在黃河流域，比較集中的是黃河中游，如山西西部，陜西及甘肅大部分地區(qū)內(nèi)。黃土分布地區(qū)氣侯干燥，降水量少，蒸發(fā)量大，屬于干旱和半干旱地區(qū)。黃土分布地區(qū)年降水量多為250 mm～500 mm，年降水量小于250 mm的地區(qū)，則黃土較少，而代之的是沙漠和戈壁;年降水量大于750 mm的地區(qū)基本上沒有黃土分布。黃土是典型的大陸性更新世沉積物，黃土厚度最大可達(dá)300 m。

2)濕陷性黃土特性分析。

從實(shí)踐中來看，因濕陷性黃土自身的特殊物理性質(zhì)而導(dǎo)致其干燥條件下具有較大的強(qiáng)度，一旦被水浸濕之后其結(jié)構(gòu)就會(huì)迅速變化，其強(qiáng)度也瞬間降低，進(jìn)而導(dǎo)致路基的嚴(yán)重破壞。在道路工程建設(shè)過程中，濕陷性黃土應(yīng)用較為常見，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)其自身的特性進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)和重視。

2 黃土特性

2.1 黃土物理力學(xué)研究

從實(shí)踐來看，黃土干燥時(shí)強(qiáng)度大，遇水后就濕陷，這主要是由黃土自身的結(jié)構(gòu)和成分造成的，它具有結(jié)構(gòu)疏松以及孔隙度大等特點(diǎn)，通常可達(dá)60%。一般而言，干容重與黃土結(jié)構(gòu)的孔隙度存在著密切的關(guān)系，黃土孔隙度越大，其干容重就會(huì)越小，即成反比例關(guān)系。黃土結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度與黃土自身的濕度存在著密切的關(guān)系，其內(nèi)摩擦角一般在5°～31°之間，最大內(nèi)聚力強(qiáng)度可達(dá)0.42×105Pa。通常黃土結(jié)構(gòu)自身的壓縮性、抗剪強(qiáng)度等與黃土自身的結(jié)構(gòu)、組成以及周圍的氣候環(huán)境等有著密切的關(guān)系，不同區(qū)域的黃土壓縮性與抗剪強(qiáng)度存在著較大的差異性，這是由地理?xiàng)l件決定的。

2.2 黃土濕陷性

1)黃土濕陷系數(shù)。

黃土的濕陷性判定多用室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)所得的濕陷系數(shù)來判定，試驗(yàn)方法基本同一般土，所不同的是在規(guī)定壓力作用下并壓縮穩(wěn)定后開始浸水，計(jì)算土樣在浸水前后并壓縮穩(wěn)定后的高度或孔隙比，求出濕陷系數(shù)，用來判定黃土是否具有濕陷性。

2)濕陷性黃土場地的自重濕陷性。

場地的濕陷類型按自重濕陷量或計(jì)算自重濕陷量來判定:自重濕陷量7 cm時(shí)，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場地;自重濕陷量7 cm時(shí)，應(yīng)定為自重濕陷濕黃土場地。

3)黃土的濕陷起始?jí)毫Α?/p>

濕陷性黃土受壓浸水后，開始出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象時(shí)的壓力稱濕陷起始?jí)毫sh(kPa)。也就是說，如果用在濕陷性黃土地基上的壓力小于這個(gè)濕陷起始?jí)毫?，地基即使浸水，也不?huì)發(fā)生濕陷。a.黃土濕陷起始?jí)毫Φ臏y(cè)定方法:濕陷起始?jí)毫Σ捎幂d荷浸水試驗(yàn)中P—S的第一拐點(diǎn)。b.影響濕陷起始?jí)毫Φ囊蛩?粘粒含量的影響:粘粒含量多，濕陷起始?jí)毫Υ??？紫侗鹊挠绊?孔隙比大，濕陷起始?jí)毫π?。天然含水量大的影?天然含水量高，濕陷起始?jí)毫Υ?。埋深大，濕陷起始?jí)毫Υ蟆?/p>

3 濕陷性黃土地基處理方法

1)換填墊層法。

換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基處理，其主要施工方法是將路基基礎(chǔ)底面以下某一深度的軟土層徹底去除，用質(zhì)地堅(jiān)硬、高強(qiáng)度以及性能相對(duì)比較穩(wěn)定的填料對(duì)其進(jìn)行分層填充，然后通過機(jī)械、人工方法對(duì)其進(jìn)行分層施工作業(yè)，以保證其密實(shí)度。實(shí)踐證明，采用該方法對(duì)地基、墊層進(jìn)行處理，可將其上部的荷載有效地轉(zhuǎn)移至下臥層，這樣就可以有效地確保上部結(jié)構(gòu)地基承載力，對(duì)于降低沉降量也非常的有利。如果墊層的下面存在著軟土層，則可通過加速弱土層排水固結(jié)，提高其強(qiáng)度，此法用于濕陷性黃土地基可以消除地基的濕陷性。

2)重錘表層夯實(shí)法。

該方法主要是在基坑中基礎(chǔ)標(biāo)高位置以下，對(duì)天然土層進(jìn)行有效的夯實(shí)，具體夯實(shí)加固機(jī)理為，讓提升高度為4 m、重18 kN～30 kN的夯錘做自由落體運(yùn)動(dòng)，通過重復(fù)夯打的方法來增大土層的密度，這樣就可以有效地改善土層的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，進(jìn)而建設(shè)路基變形量。

3)強(qiáng)夯法。

強(qiáng)夯法是利用夯錘自由落下產(chǎn)生的沖擊波使地基密實(shí)。這種沖擊引起的振動(dòng)在土中以波的形式向地下傳播。這種振動(dòng)波可分為體波和面波兩大類。體波又包括壓縮波和剪切波，面波如瑞利波、樂夫波。

4)土樁及灰土樁擠密法。

在濕陷性黃土地區(qū)多采用土樁擠密法。土樁擠密地基是由素土夯填的土樁和樁間擠密土體組合而成。樁孔內(nèi)夯填的土料多為就近挖運(yùn)的黃土類土，其土質(zhì)及夯實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)與樁間擠密土基本一致，因此它們的物理力學(xué)性質(zhì)也無明顯的差異。很顯然，土樁擠密法的加固作用主要是增加土的密實(shí)度，降低土中孔隙率，從而達(dá)到消除地基濕陷性和提高水穩(wěn)定性的工程效果。

土樁是一種柔性樁，不但樁孔部分夯填土要承受上部荷載，擠密后的樁間土也將分擔(dān)很大一部分荷載。其主要特點(diǎn)是不需大挖大填，土方量少。

5)振沖法。

振沖法作為一種簡單而有效的復(fù)合式地基處理加固方法而得到廣泛的應(yīng)用，其原理簡單來說是包括兩部分，第一是通過振沖裝置的強(qiáng)力振動(dòng)，促使飽和砂層不斷液化，重新排列砂粒、減少孔隙;第二是通過靠振沖裝置的水平振動(dòng)作用，不斷添加填料，以確保砂層的擠壓密實(shí)度，通常稱為振沖密實(shí)法。

6)樁基礎(chǔ)。

濕陷性黃土地區(qū)采用樁基礎(chǔ)的目的，是將樁穿過濕陷性黃土層，落在其下堅(jiān)實(shí)的非濕陷性土層中，以便安全支承從上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，如一旦地基受水浸濕，就可以完全避免濕陷的危害。按施工方法樁可以分為打入、鉆孔和爆擴(kuò)幾種。

7)砂石樁法。

砂石樁可用于處理松散砂土、粉土、粘性土、素填土及雜填土地基。其工作機(jī)理主要靠樁的擠密和施工中的振動(dòng)作用使樁周圍土的密實(shí)度增大，從而使地基的承載力提高，壓縮性降低。

8)水泥土攪拌法。

該方法主要是將石灰和水泥當(dāng)作固化劑使用，利用攪拌機(jī)在地基深處對(duì)軟土、固化劑進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，然后再使固化劑與土層發(fā)生物理或者化學(xué)反應(yīng)，從而使軟土逐漸硬結(jié)，并保證其整體性和強(qiáng)度。通過水泥土攪拌法，可有效提高路基基土的實(shí)際強(qiáng)度。該方法與混凝土硬化原理有所不同，后者主要是利用水泥的水解、水化作用，加快混合料凝結(jié)。在水泥加固土過程中，由于水泥材料的摻入量非常的小，水解、水化反應(yīng)總是在一定活性的介質(zhì)土中進(jìn)行，因此硬化速度就會(huì)變慢，同時(shí)也可以看出水泥土的強(qiáng)度增長較混凝土緩慢。

9)高壓噴射注漿加固法。

首先在成孔階段應(yīng)用該方法，即利用普通鉆機(jī)進(jìn)行預(yù)成孔操作，或驅(qū)動(dòng)噴射管、帶有橫向噴嘴的噴射頭成孔作業(yè)。在成孔過程中，可配合使用鉆機(jī)、振動(dòng)等方式和方法，以保證噴射頭能夠達(dá)到設(shè)計(jì)深度;其次在噴射加固階段應(yīng)用該方法，利用高壓水泥、15 MPa的壓強(qiáng)，經(jīng)噴射管自噴射頭橫向噴嘴噴射至土層之中。同時(shí)，要保持鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)與向上提升的同步性。實(shí)踐中我們可以看到，由于高壓細(xì)噴射流自身具有非常強(qiáng)大的切削功能，因此噴射水泥漿過程中應(yīng)當(dāng)是切削四周土體、攪拌混合同步進(jìn)行，這樣才能形成加固體。一般而言，高壓噴射注漿法通常包括旋噴、擺噴以及定噴等類型，實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際需要和土質(zhì)條件，可分為采用單管法、雙管法和三管法。加固體形狀可分為柱狀、壁狀、條狀和塊狀。

4 防排水措施

從本質(zhì)上來講，水是黃土濕陷的最主要外因，防排水措施是不可避免的，只有采取內(nèi)外兼治的方法，才能有效防止黃土濕陷路基病害問題的出現(xiàn)。

1)地面排水。

首先應(yīng)當(dāng)確定實(shí)踐中所用的排水設(shè)施種類、出水點(diǎn)，同時(shí)利用截水溝和邊溝對(duì)流向路基和路面的水進(jìn)行有效的截流，將其引到自然溝谷、低洼河溝之中。在布置排水系統(tǒng)過程中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持就近排水原則，盡量避免匯集問題的出現(xiàn)，優(yōu)選地下排水方式和相關(guān)設(shè)施，并與地面排水設(shè)施相配套。同時(shí)還要做好排水設(shè)施之間的有效銜接，尤其要注意具體施工過程中的防水作業(yè)。

2)地下排水。

在進(jìn)行地下排水作業(yè)過程中，基底位置應(yīng)當(dāng)設(shè)置適當(dāng)?shù)囊疂B溝，并在路堤的上游位置布設(shè)截水滲溝，這樣可以避免各種病害的發(fā)生。同時(shí)，側(cè)溝出水口位置也應(yīng)當(dāng)留出足夠的長度，防止因此而流出的水對(duì)邊坡填土造成嚴(yán)重的沖刷。

5 結(jié)語

對(duì)于濕陷性黃土處理措施的控制，將會(huì)影響整個(gè)工程，濕陷性黃土處理不當(dāng)，將會(huì)引起地基的不均與沉降，路面的破壞等等，所以，只有在濕陷性黃土的處理過程中，仔細(xì)琢磨、因地制宜采取合適的方法，提高從事處理濕陷性黃土工作隊(duì)伍的整體素質(zhì)，并且要注意環(huán)境，不能造成環(huán)境的污染，廣泛發(fā)展適用于各地、各種條件下處理方法，避免片面性，無論在路基施工還是地基施工過程中只有對(duì)濕陷性黃土足夠重視，才能對(duì)路基結(jié)構(gòu)層或地基結(jié)構(gòu)層充分壓實(shí)，才能保證路基或地基強(qiáng)度、剛度及平整度，保證及延長路基或地基的使用壽命。