濕陷性黃土路基處理設(shè)計(jì)分析

金科

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引言

黃土屬于較為普遍的黏質(zhì)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(xiàn)的下沉情況，也就是濕陷。對(duì)于濕陷性黃土來講，其一般分布于西北地區(qū)，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(shè)計(jì)體會(huì)，簡(jiǎn)述個(gè)人的看法，以供商討。

1 濕陷性黃土的鑒別與判定

對(duì)于濕陷性黃土來講，其通常情況下不但具有黃土一般特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)，孔隙比一般超過1.0。多孔結(jié)構(gòu)及加固凝聚力屬于其出現(xiàn)濕陷的根本原因，而內(nèi)力與水屬于外界條件。針對(duì)其的鑒定，可采取壓縮試驗(yàn)手段來完成。根據(jù)濕陷系數(shù)來進(jìn)行判別，在該數(shù)值不超過0.015的情況下，則是非濕陷黃土；在該數(shù)值≥0.015時(shí)，則是濕陷黃土。何謂濕陷起始?jí)毫Γ话闱闆r下指形成濕陷的臨界壓力。當(dāng)這一參數(shù)低于飽和自重時(shí)，在壓力影響下浸水也能出現(xiàn)濕陷，常常被稱為自重濕陷黃土。若超過飽和自重，則不會(huì)出現(xiàn)濕陷，而對(duì)于附加以及自重壓力，在二者之和超過臨界壓力時(shí)，土層受水才會(huì)出現(xiàn)濕陷，常常被稱為非自重濕陷黃土。為精準(zhǔn)體現(xiàn)濕陷程度，同時(shí)結(jié)合地基實(shí)際，實(shí)施可行防護(hù)舉措，可使用濕陷系數(shù)來對(duì)濕陷量進(jìn)行計(jì)量。濕陷等級(jí)分成三級(jí)，在濕陷量大于0.05且小于等于0.15時(shí)，是第一級(jí)，在濕陷量大于0.15且小于等于0.35時(shí)，是第二級(jí)，在濕陷量大于0.35時(shí)，是第三級(jí)[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(jì)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(jí)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(yán)格的設(shè)計(jì)措施要求。

2 黃土工程所具備的特性及路基設(shè)計(jì)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(nèi)而加大滲透深度，隨之有著較多的黏粒，會(huì)發(fā)生不透水的現(xiàn)象；其次，濕陷性，因黃土常常受到荷載而存在自重，在水濕潤(rùn)之后會(huì)引起結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)而出現(xiàn)下沉；再次，縮脹性，此特點(diǎn)如果循環(huán)往復(fù)，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(jìn)而發(fā)生路基下沉；最后，多孔裂隙性，黃土屬于獨(dú)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(tài)，同時(shí)大部分為上下貫通。

②濕陷性黃土路基設(shè)計(jì)原則。在路線經(jīng)過沖溝溝頭的情況下，需要對(duì)沖溝因素與其發(fā)展方向進(jìn)行分析，由此來明確遠(yuǎn)離溝頭的距離。針對(duì)路線周圍自然與人工邊坡，要對(duì)穩(wěn)定情況與條件進(jìn)行調(diào)查，不良地質(zhì)情況的分布，通過勘探掌握其種類、性質(zhì)等。對(duì)于深路塹地段，要設(shè)置適當(dāng)勘探點(diǎn)，以了解工程地質(zhì)特點(diǎn)。經(jīng)過黃土地段時(shí)，若承載力難以滿足自重壓力的情況下，要根據(jù)承載力要求來有效處理基底。因壓縮及濕陷特點(diǎn)，需要充分把握路堤壓實(shí)要求、健全排水與防護(hù)舉措，同時(shí)需要對(duì)沉降量等進(jìn)行分析。無論是路基邊溝還是排水溝，都要開展封水防護(hù)。路基排水最關(guān)鍵的問題在于防沖及防滲，所以，不但要堅(jiān)持常規(guī)地區(qū)的設(shè)計(jì)原則，也應(yīng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其物質(zhì)構(gòu)成屬于其形成濕陷的內(nèi)部原因，而水及壓力的影響屬于形成濕陷的外界原因。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為其產(chǎn)生環(huán)境導(dǎo)致的，處于干旱以及半干旱環(huán)境，降雨將粉粒進(jìn)行黏聚，而干旱天氣促使水分持續(xù)蒸發(fā)，鹽類物質(zhì)開始析出，慢慢沉淀進(jìn)而產(chǎn)生膠結(jié)物。在含水量不斷變少的情況下，土?；ハ嗫拷εc聯(lián)結(jié)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(chǎn)生了多孔結(jié)構(gòu)。附在表面的膠體，及鹽與水分子產(chǎn)生聯(lián)結(jié)，由此產(chǎn)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(lián)結(jié)效果消失，鹽溶在水內(nèi)，強(qiáng)度跟著弱化，在自重及附加壓力一起影響下結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)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(dòng)濕陷性黃土路基設(shè)計(jì)處理的可行措施和方法

路面發(fā)生變形與開裂，邊坡發(fā)生剝落，可能形成土洞與暗河。形成以上病害的內(nèi)部因素為黃土特性，外因則主要為水。鑒于危害性，對(duì)于濕陷性黃土，現(xiàn)如今對(duì)其防治與施工技術(shù)已開展了大量研究與實(shí)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(duì)大孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，以消除濕陷性，經(jīng)常使用的處理方式包括這幾種，即：重錘表層夯實(shí)、擠密樁法、樁基法等，接下來，將從這些方面進(jìn)行分析，以供參考。

①墊層法。先對(duì)黃土進(jìn)行挖除處理，接著，使用素土做成墊層，以對(duì)濕陷量進(jìn)行消除，同時(shí)能減小變形，增強(qiáng)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(shí)，應(yīng)通過土墊層來處理；在同時(shí)需要增強(qiáng)承載力時(shí)，應(yīng)通過灰土墊層來處理。墊層設(shè)計(jì)涵蓋多個(gè)方面，如墊層厚與壓實(shí)系數(shù)。設(shè)計(jì)原則為：在達(dá)到變形與穩(wěn)定要求的同時(shí)，也應(yīng)該具備經(jīng)濟(jì)性與科學(xué)性，并且，還應(yīng)該思考以下問題。首先，處理寬度大于基底寬度較小，在進(jìn)行處理之后，漏水容易滲入濕陷性土層進(jìn)而導(dǎo)致濕陷，所以，設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的建筑，不應(yīng)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(chǎng)地，在沒有消除所有濕陷量時(shí)，對(duì)存在防水標(biāo)準(zhǔn)的建筑應(yīng)通過土墊層來處理；在水位容易上升的場(chǎng)地，要分析上升之后對(duì)土層造成濕陷的可能性。

②重錘夯實(shí)。對(duì)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(shí)層范圍，土的性質(zhì)得以優(yōu)化，干密度極大提高，壓縮能力弱化，承載力增強(qiáng)。對(duì)于非自重黃土地基，臨界壓力較大，在整治土層之后，能切實(shí)降低變形。所以，針對(duì)非自重黃土場(chǎng)地，采取這一方法的優(yōu)越性相對(duì)顯著。

③強(qiáng)夯法。該措施鞏固地基機(jī)理是，通過重錘對(duì)地基實(shí)行沖擊與振動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)提高壓實(shí)度，優(yōu)化振動(dòng)液化條件，對(duì)濕陷性進(jìn)行消除。這一方法是針對(duì)地基土體，施加沖擊能量，使土體出現(xiàn)變化，比如排水固結(jié)。它的作用結(jié)果為：增強(qiáng)地基強(qiáng)度以及孔隙擠密。通常情況下，使用100～200kN重錘，來對(duì)黃土進(jìn)行夯擊處理，能有效消除濕陷，并且也能增強(qiáng)地基承載力[3]。

④擠密樁法。針對(duì)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(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，先結(jié)合方案布設(shè)樁孔且成孔，接下來，把素土填入樁孔之中，同時(shí)夯實(shí)到標(biāo)高。基于橫向擠壓效果，完成擠密，由此產(chǎn)生復(fù)合地基。值得一提的是，不能使用粗顆粒材料填入樁孔中。對(duì)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(shí)現(xiàn)5～10m。就灰土擠密樁而言，是采取錘擊打入的手段，在土內(nèi)產(chǎn)生樁孔，接著填充材料，成孔以及夯實(shí)期間，土被擠入附近土體，基于此過程，有效優(yōu)化濕陷性質(zhì)，同時(shí)增強(qiáng)承載力。

⑤樁基法。對(duì)于樁基礎(chǔ)來講，它并不屬于天然以及人工地基，處在基礎(chǔ)范圍，把上部荷載傳至土層，通過非擠土手段進(jìn)而成樁，成孔期間把土排出，附近土的性質(zhì)并沒有改善。設(shè)于樁基礎(chǔ)，在水浸之后，樁測(cè)助力顯著降低，在形成自重濕陷時(shí)，及時(shí)轉(zhuǎn)變成負(fù)摩擦力。所以，基于濕陷性黃土場(chǎng)地，不應(yīng)該考慮摩擦型樁，對(duì)于設(shè)置的樁基礎(chǔ)，在強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還要結(jié)合地質(zhì)情況，選取端承型樁。樁底之下的受力層：處于非自重黃土場(chǎng)地，務(wù)必為非濕陷土層；處于自重黃土場(chǎng)地，務(wù)必為穩(wěn)定的持力層。如此，在受水浸，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)摩擦力時(shí)，就能通過土層所承受，且能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保建筑安全應(yīng)用。

⑥預(yù)浸水法。對(duì)于土厚超過10m、濕陷量超過0.5m的場(chǎng)地，這一方法有著較好的適用性，用來對(duì)濕陷性進(jìn)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(shí)間，方可開展施工作業(yè)，通常情況下需要12個(gè)月，同時(shí)上部4～5m由于土地自重不大，難以有效消除濕陷，需實(shí)施其他處理方法，在已建項(xiàng)目周圍，又容易產(chǎn)生陷穴的地段不能考慮這一種方法。

⑦強(qiáng)化挖方以及填方路段控制。從中濕路段來看，對(duì)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(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的土進(jìn)行填充，還需結(jié)合邊坡變形因素以及種類，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要結(jié)合過去的經(jīng)驗(yàn)采取科學(xué)的邊坡形式，且結(jié)合水流來源及水量，設(shè)置適當(dāng)?shù)臄r水以及排水設(shè)施。若雨水沖擊量偏大、過快時(shí)，要通過攔水帶與急流槽進(jìn)行融合的設(shè)置以及作業(yè)手段，把水流引至坡面，同時(shí)有效排除，漸漸弱化雨水的侵蝕效果，如針對(duì)邊坡坡頂，可增設(shè)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(qiáng)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(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)被破壞，出現(xiàn)變形，隨之使強(qiáng)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(guān)鍵，水屬于形成病害的外界條件，在滲入路基之后，會(huì)溶解成可溶鹽，另外，在微粒之間起到潤(rùn)滑效果，促使黃土出現(xiàn)位移，形成濕陷。所以，對(duì)于基底的處理要根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及濕陷種類開展施工作業(yè)。并且，將施工排水及防水舉措落實(shí)到位。因黃土存在直立特性，可以支持邊坡，路塹邊坡結(jié)合黃土特點(diǎn)一般設(shè)為陡坡，因黃土抗水能力不強(qiáng)，陡坡能減小受淋面積，防止剝離崩塌，可實(shí)現(xiàn)邊坡的穩(wěn)定。并且，能節(jié)約土方，所以，對(duì)于黃土路塹邊坡，要全面根據(jù)設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行開挖處理，若設(shè)成陡坡時(shí)，在作業(yè)中不能放緩，防止造成邊坡沖刷。路塹路床壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，針對(duì)高速以及一級(jí)公路，要超過95%，對(duì)于別的公路，要超過93%，所以，在挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)該對(duì)土基開展檢測(cè)，如路床土質(zhì)不滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行挖除處理，取土攤鋪到要求的壓實(shí)度。

黃土路基施工，需要加以關(guān)注路基排水，針對(duì)地表水需要遵循有關(guān)的原則，比如攔截以及防滲，結(jié)合設(shè)計(jì)第一時(shí)間落實(shí)好排水設(shè)施，將水及時(shí)引離路基。當(dāng)對(duì)邊溝水進(jìn)行引出時(shí)，需要認(rèn)真加固出水口，同時(shí)要結(jié)合設(shè)計(jì)對(duì)排水設(shè)施開展加固及實(shí)施防滲舉措。在路堤施工過程中，需要設(shè)置阻水以及攔水設(shè)施，避免邊坡被沖毀。在填到設(shè)計(jì)高程之后，需要結(jié)合設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)施與急流槽開展修筑，把水引到坡腳之外。針對(duì)高超過20m的路堤，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)留出壓縮下沉量。針對(duì)地基土層，如果具備較強(qiáng)壓縮性，同時(shí)允許小于自重壓力時(shí)，需要對(duì)壓縮下沉進(jìn)行考慮[4]。不但能實(shí)施避免水下滲的舉措，也能使用其他措施，如重錘夯實(shí)。落實(shí)好排水工程尤為關(guān)鍵，要將水引至水溝排走。針對(duì)陷穴，應(yīng)該追蹤到發(fā)源地點(diǎn)，將進(jìn)口封到位，同時(shí)引排周圍地表水，以避免流入進(jìn)口。

6 結(jié)束語

針對(duì)濕陷性黃土路基，其處理旨在有效消除濕陷變形，另外，當(dāng)對(duì)處理方案進(jìn)行考慮時(shí)，需要結(jié)合構(gòu)造物種類、濕陷性黃土特點(diǎn)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，且遵循就地取材原則，以實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定，也不導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。