某公路濕陷性黃土評價及處治

崔 健

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 611756)

濕陷性黃土在我國分布很廣，山西地區(qū)的低階地新近堆積黃土和高階地山麓堆積區(qū)域多屬自重濕陷性黃土，該濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)松散，壓縮性較高，在自重壓力與增濕作用下產(chǎn)生濕陷變形，且下沉量大、下沉速度快，如果對濕陷性黃土評價和處治不當(dāng)，極易造成路基沉降變形、路面開裂和構(gòu)造物破壞等病害，因此，在濕陷性黃土場地上進行工程建設(shè)，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的差異，正確把握濕陷性黃土的工程地質(zhì)特征，并進行合理的判定和評價，確保工程建設(shè)的工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。本文以山西省境內(nèi)某公路建設(shè)工程為依托，對濕陷性黃土路基進行了研究，給合該路段濕陷性黃土的工程地質(zhì)特征，對濕陷性黃土進行了正確的判定和合理的評價，并根據(jù)評價結(jié)果，提出具體的處治措施，通過實踐表明對該路段濕陷性黃土路基的評價及其處治是可行的，對該地區(qū)濕陷性黃土路基建設(shè)具有一定的參考價值。

1 濕陷性黃土的判定與評價

1.1 判定標(biāo)準(zhǔn)

判定黃土濕陷性的主要試驗指標(biāo)為探井試樣室內(nèi)浸水壓縮試驗濕陷系數(shù) δs和自重濕陷系數(shù)δzs。利用δzs，δs的大小判定黃土的濕陷性:當(dāng) δzs，δs值小于0.015時，應(yīng)定為非濕陷性黃土;當(dāng)δzs，δs值不小于 0.015時，應(yīng)定為濕陷性黃土。

1.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

評價濕陷性黃土場地等級的主要計算指標(biāo)為自重濕陷量計算值 Δzs和總濕陷量計算值 Δs。

首先利用式(1)計算黃土場地自重濕陷量Δzs值，依據(jù)Δzs的大小判定濕陷性黃土場地的濕陷類型:當(dāng)Δzs≤70mm時，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場地;當(dāng)Δzs＞70mm時，應(yīng)定為自重濕陷性黃土場地。

其中，δsi為第i層土的自重濕陷系數(shù);hi為第i層土的厚度，mm;β0為因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)。

然后利用式(2)計算黃土場地總濕陷量Δs值，依據(jù)Δs的大小判定濕陷性黃土場地的濕陷等級:當(dāng)Δzs≤70mm，Δs≤300mm或300mm＜ Δs≤700mm或Δs＞700mm時，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土場地;當(dāng)70mm ＜ Δzs≤350mm，Δs≤300mm 或300mm ＜ Δs≤600mm時，應(yīng)定為Ⅱ級自重濕陷性黃土場地;當(dāng) Δzs＞350mm，300mm＜Δs≤700mm時或 Δs＞600mm，Δzs＞ 300mm 或 Δs＞700mm，70mm＜Δzs≤350mm應(yīng)定為Ⅲ級自重濕陷性黃土場地。

其中，δsi為第i層土的濕陷系數(shù);hi為第i層土的厚度，mm;β為考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)，在缺乏實測資料時，可按下列規(guī)定取值:

1)基底下0m～5m深度內(nèi)，取β=1.50;2)基底下5m～10m深度內(nèi)，取β=1;3)基底下10m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場地，可取工程所在地區(qū)的β0值。

2 濕陷性黃土的評價成果

2.1 濕陷性黃土的巖性特征

本文結(jié)合本項目區(qū)工程地質(zhì)特征，采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、挖探、原位測試、室內(nèi)試驗等方法，對全線71.588km的擬建公路路基進行詳細工程地質(zhì)勘察。經(jīng)全線工程地質(zhì)調(diào)繪和挖探揭示，本地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，屬干旱～半干旱地區(qū)，地處汾河沖洪積平原東部，本階段勘察充分利用初勘濕陷性探井85個，人工采取土樣，樣品規(guī)格127mm×200mm，取樣間距1.0m。

濕陷性黃土的物理力學(xué)指標(biāo)匯總表見表1。

表1 濕陷性黃土路段物理力學(xué)指標(biāo)匯總

2.2 濕陷性黃土的評價

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，通過土工試驗及計算判定，全線濕陷性黃土長度累計37.57km，占路線總長52.5%。據(jù)探井試驗結(jié)果黃土具中等濕陷性粉土多具輕微～中等濕陷性。輕微濕陷區(qū)主要分布于K30+500～K38+500段，濕陷類型劃分為Ⅰ級非自重濕陷。中等濕陷區(qū)主要分布于K0+000～K10+300，K11+230～K30+500段，濕陷類型劃分為Ⅱ級～Ⅲ級自重濕陷。

全線濕陷性黃土匯總表見表2。

表2 全線濕陷性黃土匯總表

黃土的濕化崩解性質(zhì)與其顆粒組成及天然狀態(tài)的干重度及含水量有較大關(guān)系，對于輕粉質(zhì)黃土由于天然含水量低于塑限，顆粒之間凝聚力小，具有明顯的濕陷性和敏感性。通過對該路段路基黃土的實驗數(shù)據(jù)分析表明:本路段濕陷性黃土路基含砂粒和易溶鹽量多，粘粒含量少，天然重度隨深度逐漸遞增，含水量較低，且隨深度逐漸增加，濕陷性和敏感性較強，且濕陷系數(shù)隨深度逐漸減弱。

3 濕陷性黃土路基處理

濕陷性黃土造成公路的主要病害表現(xiàn)為路基邊坡坡面剝落、沖蝕、滑塌、崩塌和整體失穩(wěn)等，填方路基不均勻沉降和過量沉降，路塹段路基軟化和翻漿、路面開裂和構(gòu)造物破壞等等，引起濕陷性黃土濕陷的主要原因是水和力，因此，在濕陷性黃土路基設(shè)計及處治時，根據(jù)濕陷工程地質(zhì)特征、濕陷等級及濕陷起始壓力、濕陷土層所處的地理位置、路基填挖情況等，首先是排水、防水設(shè)計，完善的排水系統(tǒng)，最大限度地降低地基受水浸濕的可能性，提高路基適應(yīng)變形的能力;在此前提下，通過表層或淺層地基處理措施加固表層土體，達到提高承載力和消除部分濕陷量的目的，使基底的承載力和路堤工后的剩余壓縮變形滿足要求，具體可采用沖擊壓實法、重夯法和強夯法等對路堤基底、零填路基或路塹路床進行碾壓和重錘夯實，最大程度地消除黃土層的濕陷性和高壓縮性。

3.1 一般路基

Ⅰ級非自重濕陷性黃土填方地基采用沖擊碾壓處理，挖方區(qū)開挖至路床沖擊碾壓后回填30cm厚的6%石灰土;Ⅱ，Ⅲ級自重濕陷性黃土填方路基采用強夯處理，路塹段開挖至路床后先重錘夯實，后回填30cm厚的6%石灰土。

3.2 低填淺挖路段

Ⅰ級非自重濕陷性黃土低填淺挖路段先沖擊碾壓后回填30cm厚的6%石灰土，Ⅱ，Ⅲ級自重濕陷性黃土低填淺挖路段先重錘夯實后回填30cm厚的6%石灰土。在不具備重、強夯條件的路段，路堤底設(shè)50cm厚的6%灰土墊層，并在坡腳增設(shè)灰土隔水墻。

3.3 橋頭填方路段

Ⅰ級非自重濕陷性黃土采用重夯處理，挖方橋頭路塹段開挖至路床后先重錘夯實，后回填30cm厚的6%石灰土;Ⅱ，Ⅲ級自重濕陷性黃土橋頭填方路段采用強夯或灰土樁處理，挖方橋頭路塹段開挖到路床后先重錘夯實，后回填30cm厚的6%石灰土。

3.4 沖擊碾壓和重、強夯的施工要點

1)工程開工前應(yīng)先清理平整場地，查明場地內(nèi)構(gòu)造物及管線設(shè)施，采取必要措施，以防破壞。

2)沖擊碾壓和重、強夯處理前應(yīng)檢查地基土的含水量，當(dāng)?shù)鼗恋暮砍^18%或飽和度大于60%時，改用其他處理措施。

3)沖擊碾壓采用25kJ三角形沖擊壓實機沖擊壓實20遍～40遍為宜，以消除地表下1.5cm內(nèi)黃土的濕陷性。沖擊壓實遍數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場壓實試驗確定，并根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)和填料性質(zhì)進行適當(dāng)調(diào)整。

4)重夯單擊的夯擊能應(yīng)達到600kN·m，強夯單擊的夯擊能應(yīng)達到200kN·m。

5)夯擊一般為三遍，每遍每點夯擊8擊，前兩遍按3m～4m間距跳夯，最后一遍為滿夯。

6)夯實時地基內(nèi)每個夯點的累積夯沉量不小于試夯時各夯點平均夯沉量的95%為合格。檢查后，如質(zhì)量不合格，應(yīng)進行補夯或調(diào)整參數(shù)，直至合格為止。

4 結(jié)語

本文通過對山西省境內(nèi)某公路濕陷性黃土路基的詳細地質(zhì)勘探和相關(guān)的試驗研究，表明該路段黃土路基具有明顯的地質(zhì)分布特征，且具有濕陷性和敏感性，通過對黃土地基濕陷的判定和評價，全面把握其工程特性，并因地制宜地采取相應(yīng)的處治措施，采取攔截、分散的原則，設(shè)置防沖刷、防滲漏和有利于水土保持的綜合排水措施。結(jié)合地基處理、防水和結(jié)構(gòu)等措施進行綜合設(shè)計，即以治本為主，治標(biāo)為輔，標(biāo)本兼治，突出重點，消除隱患。

只有在勘察階段對該類土經(jīng)過詳細的工程地質(zhì)勘察，做出正確的判定和適宜的評價，才能在實施處治時，根據(jù)具體工程，對癥下藥，提出既科學(xué)又經(jīng)濟的處治方案，確保工程建設(shè)的工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。

［1］GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［3］JTG D30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］李振華.對濕陷性黃土路基處理的探討［J］.河南建材，2008(1):71-72.

［5］遲俊德.濕陷性黃土地基處理方法比較［J］.科技信息，2011(11):410-412.

［6］吳曉霞，陳若翔.公路濕陷性黃土路基分析處理［J］.交通科技，2004(4):32-34.

［7］林宗元.巖土工程治理手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.