濕陷性黃土公路路基處理方法

杜林強(qiáng) 李松林 任泳霖

摘? 要：濕陷性黃土具有特殊的性質(zhì)，因?yàn)橥寥赖纳蠈硬糠志哂凶詰?yīng)力作用，在水分的壓力下，土壤的結(jié)構(gòu)會(huì)被發(fā)生一定的破壞，再加上土壤自重應(yīng)力與附加應(yīng)力的結(jié)合，從而導(dǎo)致路面明顯的附加變形。其他特征可以分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。在下陷的黃土地區(qū)修建高速公路時(shí)，必須在路基上采取某些處理步驟，以改善土壤的物理和機(jī)械性能，減少或消除塌陷的黃土路基塌陷的可能性，并確保高速公路的安全使用。

關(guān)鍵詞：濕陷性;黃土公路;路基處理

中圖分類號(hào)： TU433? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 濕陷性黃土地質(zhì)特性的分析

濕陷性土的特點(diǎn)是當(dāng)其未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較低。但是，受水浸濕后，在上覆土層的自重應(yīng)力或自重應(yīng)力和建筑物附加應(yīng)力作用下，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著的附加下沉，其強(qiáng)度也迅速降低。由于可濕陷性黃土的特殊性質(zhì)（詳見表1），當(dāng)施加載荷并通過(guò)沉降使其穩(wěn)定時(shí)，浸沒(méi)在水中的土壤結(jié)構(gòu)會(huì)很快被破壞，并且會(huì)出現(xiàn)更加突出的沉降問(wèn)題。因此，在進(jìn)行濕陷性公路的建設(shè)時(shí)，地基處理必須結(jié)合道路工程項(xiàng)目本身的結(jié)構(gòu)，避免在使用過(guò)程中發(fā)生不均勻沉降，從而提高黃土公路路基的可使用性[1]。在濕陷性黃土的整體結(jié)構(gòu)中，粗粉和沙粒主要充當(dāng)骨架，濕陷性黃土本身包括較少的沙粒，大多數(shù)沙粒無(wú)法直接接觸，直接接觸基本上是粗粉顆粒。在這種情況下，細(xì)粉末顆粒通常被用作黃土表面的填充材料，特別是在大顆粒與膠體位置的接觸點(diǎn)處時(shí)，土壤中所含有的物理及化學(xué)物質(zhì)及其他黏土顆粒都會(huì)集中在較大顆粒的接觸點(diǎn)上。在外界條件的作用下，水泥自身會(huì)發(fā)生固化和結(jié)晶現(xiàn)象，因此，隨著時(shí)間的推移，水泥的牢固程度也會(huì)增加，濕陷性黃土的強(qiáng)度也得到了提高。并且當(dāng)暴露于水時(shí)，水泥軟化并嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)水泥消失。最終導(dǎo)致土壤的強(qiáng)度降低，最終甚至發(fā)生公路的塌陷。

此外，我國(guó)某些地區(qū)的濕陷性黃土通常情況下含有相應(yīng)的可溶性鹽，這些鹽以半固體或固體形式存儲(chǔ)在顆粒表面。同時(shí)濕陷性土壤中含有的一些水溶性鹽、鉆土顆粒和粗顆粒等，在一定程度上會(huì)聚集在大顆粒的接觸點(diǎn)上，最終形成水泥。當(dāng)濕陷性黃土處于成形階段時(shí)，由于不能同時(shí)提供足夠的壓力和足夠的濕度，因此土壤壓實(shí)也不充分。其中，由于大氣降水的影響，靠近地面約2 m～3 m的土壤層濕度緊湊，土壤層很小，因此土壤的緊實(shí)程度也得到了較大的提高。

2 濕陷性黃土公路路基處理方法

在處理濕陷性黃土公路施工中，常用的處理方法如下。

2.1 墊層法

在基底中挖出所有可塌陷的土壤，或挖到預(yù)期的深度，然后用石灰材料或既定土壤將其缺陷處填充，并采取壓實(shí)處理。

一般情況下，土壤基底層的厚度要控制在1 m～3 m，在此范圍內(nèi)可以較好程度地消除墊層范圍內(nèi)的土壤濕陷性，避免該區(qū)的土壤由于自身或外界環(huán)境的壓力下發(fā)生濕陷。該方法易于上手，效果顯著，施工便捷，目前已經(jīng)成為了濕陷性黃土公路路基的主要處理方法[2]。但是在使用過(guò)程中同時(shí)還應(yīng)考慮以下3個(gè)方面。1）局部土層墊層的處理寬度小于地基底部的寬度，即使進(jìn)行地基處理后，地表水和管道滲漏仍然可以從墊層側(cè)滲透到下面的未處理土層中。因此，墊子的折疊未考慮防水和阻水的作用，對(duì)基礎(chǔ)要求高的防潮或防滲漏的建筑物不應(yīng)使用局部土壤墊層進(jìn)行處理。 2）如果公路位于建筑物附近，在處理該區(qū)域的公路路基時(shí)，整個(gè)墊層的處理區(qū)域要超過(guò)建筑物外墻每一側(cè)區(qū)域的外緣寬度，同時(shí)注意該寬度不能小于墊層的厚度，一般情況下至少要大于2 m。 3）在自重濕陷性黃土地區(qū)，地下水位可能不會(huì)升高，如果不清除濕陷性地基的總量，則極有可能濕潤(rùn)地基或有嚴(yán)格的防水要求采用建筑物，因此該方法更適用于整個(gè)土壤墊層處理地基。但是，一般情況下，在濕陷性黃土公路附近，其地下水位相比較高。當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，濕陷性黃土發(fā)生下沉的可能性將會(huì)增大。

2.2 沖擊碾壓法

沖擊軋制是壓實(shí)技術(shù)的新發(fā)展，沖擊壓路機(jī)由牽引機(jī)驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)機(jī)械的向前運(yùn)動(dòng)。壓路機(jī)的連續(xù)沖擊會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生較高的振幅，同時(shí)以較低的頻率來(lái)增加土壤的壓縮效果。壓縮機(jī)采用高能量的沖擊力周期性地向地面土壤周圍產(chǎn)生較強(qiáng)烈的沖擊波，同時(shí)會(huì)給土壤帶來(lái)向下振動(dòng)的波率，可以增加地下土壤層的密度并達(dá)到壓實(shí)的目的。沖擊壓路機(jī)影響土壤基礎(chǔ)的表面，并且沖擊壓路機(jī)每周有3次壓縮和3次沖擊。沖擊壓路機(jī)將壓實(shí)輥從傾斜的束中逐漸推開1 m，輪跡在水平方向上重疊1/2，在縱向方向上重疊1/6，在壓實(shí)過(guò)程中沖擊輥的速度為10 km/h～12 km/h。 每進(jìn)行12次沖擊后，應(yīng)檢查其土壤的可壓縮性、水分含量、最大干密度、孔隙率、可折疊性和自重可濕陷性以及其他指標(biāo)。沖擊軋制完成后，檢查沉降總量，濕陷性系數(shù)，壓實(shí)度和其他數(shù)據(jù)，以確保其工藝滿足設(shè)計(jì)要求。該方法施工方便，成本低廉，在公路工程建設(shè)中具有廣泛的應(yīng)用效果。

2.3 強(qiáng)夯法

動(dòng)態(tài)夯實(shí)方法的原理是使用提升裝置將一定質(zhì)量的夯錘提升到額定高度。自由落下的夯錘在基礎(chǔ)土壤上產(chǎn)生的夯實(shí)效果，在夯實(shí)表面以下的一定深度內(nèi)形成一層土壤，達(dá)到致密的條件，消除了褶皺，降低了可壓縮性并提高了基礎(chǔ)承載力。夯實(shí)時(shí)，錘的重量和落下距離最好，敲擊能量大，打夯次數(shù)少，打夯次數(shù)減少，對(duì)于土壤的加固效果以及該操作的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性都符合要求。目前我國(guó)強(qiáng)芬法的拆卸重量大約為10 t ～40 t，下放距離為10 m～20 m。以相同的芬實(shí)能量為基礎(chǔ)對(duì)比較，下落距離的增加時(shí)，芬實(shí)的重量及速度也會(huì)得到一定的增加，土壤的壓實(shí)效果也會(huì)得到一定的增加，但是增加落下距離會(huì)降低起重機(jī)的穩(wěn)定性。夯實(shí)道次的數(shù)量取決于下層土壤的特性，土壤壓實(shí)層越厚，土壤顆粒越細(xì)，水分含量越高，則需要夯實(shí)道次的次數(shù)越多。對(duì)于較細(xì)的土壤層，通常需要3次通過(guò)。第一遍和第二遍是排列成正方形的點(diǎn)形撞錘。夯實(shí)點(diǎn)的間距通常取決于壓實(shí)層的厚度和土壤質(zhì)量。夯點(diǎn)間隔為6 m。為了加固深層土壤，第一遍的夯實(shí)點(diǎn)間距必須較大，以便夯實(shí)能量可以傳遞到深處。第二搗固點(diǎn)通常布置在前一個(gè)搗固點(diǎn)的中間。第三階段是完全夯實(shí)，夯實(shí)能量低，互相重疊以確保土壤層的均勻性和密度。 為促進(jìn)土壤中超靜壓力的散布，兩次夯擊之間應(yīng)保持恒定的時(shí)間間隔，典型的間隔為1至3周，在大規(guī)模動(dòng)態(tài)夯擊施工前應(yīng)選擇代表。夯實(shí)路段（路段）以確定合理的動(dòng)態(tài)夯實(shí)參數(shù)和施工技術(shù)。在試驗(yàn)夯實(shí)區(qū)域，夯實(shí)點(diǎn)的布置應(yīng)不少于5×5夯實(shí)點(diǎn)，試驗(yàn)夯實(shí)區(qū)域的寬度應(yīng)至少為預(yù)期加固深度的兩倍，長(zhǎng)度應(yīng)至少為60 m。

2.4 換填法

換填法是將底部下方的可塌陷的土壤層完全清除或開挖到預(yù)期的深度，然后回填并夯實(shí)普通土壤層或石灰土層，厚度通常約為1 m～3 m。該方法可以有效地去除替代土壤范圍內(nèi)的濕陷性，并有效避免由于基礎(chǔ)上施加額外壓力而引起的一系列土壤濕陷的情況。如果在施工過(guò)程中黃土的含水量相對(duì)較大，或者如果某些區(qū)域發(fā)生水滲透，滲入量過(guò)大，則可以采取干燥措施來(lái)嚴(yán)格控制石灰石或普通土壤的含水量。其不僅降低了土壤的強(qiáng)度，甚至還會(huì)引起路面的變形問(wèn)題?？紤]到這一點(diǎn)，在進(jìn)行軋制前要測(cè)量土壤的水分含量，在碾壓過(guò)程中要注意路面邊角部位的碾壓。同時(shí)注意施工的過(guò)程中，碾壓層的厚度一般情況下不會(huì)超過(guò)300 mm，并且應(yīng)逐層測(cè)試可壓縮性以確保其滿足要求。

2.5 振沖法

振沖法被廣泛用作一種簡(jiǎn)單有效的復(fù)合路基處理和加固方法，其原理僅由2個(gè)部分組成。1）振動(dòng)裝置的強(qiáng)烈振動(dòng)，從而促進(jìn)了砂層的飽和。從而進(jìn)行黃土路基連續(xù)液化，砂粒重排，降低孔隙率。2）通過(guò)振動(dòng)沖擊裝置的水平振動(dòng)添加填料，以確保砂層的壓實(shí)。

2.6 樁基

在可濕陷的黃土地區(qū)中使用樁基的目的是使?jié)裣菪渣S土層穿過(guò)樁，并落入一層堅(jiān)硬的不可塌陷的土壤中，以安全地支撐來(lái)自上部非結(jié)構(gòu)性，如一旦路基受水浸濕，就可以完全避免濕陷的危害。根據(jù)施工方法，樁可分為打樁，鉆孔和爆破。

2.7 砂石樁法

沙子和碎石樁可用于處理疏松的沙子、淤泥、黏性土，平坦的填土和其他填筑路基。它的工作機(jī)理主要是增加樁的壓實(shí)度和樁周圍的土壤壓實(shí)度，依靠結(jié)構(gòu)的振動(dòng)作用來(lái)增加低等級(jí)的承載力，并降低可壓縮性。

2.8 水泥土攪拌法

在使用水泥土攪拌法前，通常情況下會(huì)采用石灰以及水泥作為路面的硬化劑，同時(shí)采用攪拌機(jī)進(jìn)行路基深層軟土和硬化劑的攪拌，從而使土壤內(nèi)部的軟土以及硬化劑產(chǎn)生充分的物理及化學(xué)反應(yīng)。土壤的硬度會(huì)逐漸升高，同時(shí)其完整性和強(qiáng)度也會(huì)逐漸提高[3]。采用水泥土攪拌法可以有效地提高地下土壤的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在采用水泥土攪拌法處理黃土公路路基時(shí)，水泥材料的含量通常較小，因此該過(guò)程的物理及化學(xué)反應(yīng)通常會(huì)在某種活性的介質(zhì)中進(jìn)行，因此突然的硬化程度就會(huì)得到一定程度的降低，該方法主要適用于小范圍。

3 結(jié)論

總的來(lái)說(shuō)，濕陷性黃土公路在我國(guó)建筑工程中是一種常見的病害類型，并且其會(huì)直接影響到公路路面的使用質(zhì)量及使用安全。因此提高對(duì)濕陷性黃土路基處理的重視程度，對(duì)于公路工程未來(lái)的發(fā)展十分重要，為今后我國(guó)濕陷性黃土公路工程的施工提供了相應(yīng)的參考。

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