徐文成 明廷濤 王 斌

(1.中建三局建設(shè)工程股份有限公司西北公司，陜西西安 710065;2.中交第二航務(wù)工程局一公司，湖北武漢 430012;3.西安曲江建設(shè)集團(tuán)有限公司，陜西西安 710065)

0 引言

黃土在全世界分布廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)達(dá)1 200萬(wàn)km2，約占陸地全面積的9.2%，主要分布在南、北半球的中緯度干旱、半干旱地區(qū)及大陸內(nèi)部、溫帶荒漠、荒漠地區(qū)的邊緣和第四冰川地區(qū)的外緣。

我國(guó)黃土主要分布在我國(guó)北方的廣大地區(qū)，地理位置上，介于北緯32°～45°之間?？偯娣e約65萬(wàn)km2，其中具有濕陷性的約25萬(wàn)km2，分布范圍較廣，因此不可避免的需在具有濕陷性黃土性質(zhì)的地基土上進(jìn)行工程建設(shè)。

1 濕陷性黃土性質(zhì)

1.1 濕陷性黃土的定義

在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土，屬于特殊土。有些雜填土也具有濕陷性。在我國(guó)的西北、華中地區(qū)的黃土多具濕陷性。濕陷性黃土分為自重濕陷性和非自重濕陷性黃土。

1.2 濕陷性黃土機(jī)理

黃土的濕陷性機(jī)理，目前有多種假說(shuō)模型和各種不同的論點(diǎn)，但可歸納為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，內(nèi)因是取決于土本身的物質(zhì)組成:顆粒組成、化學(xué)成分、礦物成分，外因則是水和土的壓力。如熔巖假說(shuō)、毛細(xì)管假說(shuō)、欠壓密理論、膠體不足說(shuō)等，其中欠壓密理論支持者較多。該理論認(rèn)為，黃土通常是在干旱或半干旱條件下形成，大氣降水浸濕帶厚度小于蒸發(fā)影響帶厚度，在大氣降水浸濕帶厚度范圍內(nèi)，含水量充足，處于較佳壓密條件，但由于土層薄，自重力不足，未能有效壓密。隨著黃土的不斷堆積，大氣降水影響不到的土層水分持續(xù)減少，鹽類析出，膠體凝結(jié)產(chǎn)生了加固內(nèi)聚力，雖然上覆土層壓力增大，但不足以克服土中形成的加固內(nèi)聚力，成為欠壓密狀態(tài)，如此循環(huán)往復(fù)，堆積的欠壓密土層不斷增厚，一旦浸水較深，加固內(nèi)聚力消失，便產(chǎn)生了濕陷。

1.3 濕陷性黃土的顆粒組成

我國(guó)濕陷性黃土的顆粒主要為粉土顆粒，各省市地區(qū)分布有所區(qū)別，具體如表1所示。

表1 我國(guó)濕陷性黃土的省市分布和粒徑組成 mm

2 濕陷性黃土的工程危害

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，致使路基周圍土體軟化，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，可能產(chǎn)生滑坡、沉陷、潛蝕、管涌、翻漿等，并產(chǎn)生顯著附加下沉。就路基的承載力分析，在靜荷載和動(dòng)荷載作用下，路基承載力不能滿足要求時(shí)，局部或整體產(chǎn)生剪切破壞，影響道路的正常使用，甚至造成道路的整體性破壞。就路基的變形分析，在靜荷載和動(dòng)荷載作用下，均會(huì)產(chǎn)生變形，包括沉降、水平位移和不均勻沉降，當(dāng)變形超過(guò)最大允許值時(shí)，對(duì)道路正常使用功能造成破壞。故在濕陷性黃土地基上進(jìn)行施工建設(shè)，應(yīng)根據(jù)道路的等級(jí)、路基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以路基處理為主的綜合措施，防止因路基濕陷對(duì)道路產(chǎn)生危害。

3 濕陷性黃土路基加固處理

3.1 濕陷性黃土判定

黃土的濕陷性判定多采用室內(nèi)側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)所得的濕陷性系數(shù)來(lái)判定，實(shí)驗(yàn)方法與一般土類似，不同點(diǎn)是在規(guī)定壓力作用穩(wěn)定后對(duì)土開(kāi)始浸水，計(jì)算土樣浸水前后穩(wěn)定的高度或孔隙比，求出濕陷性系數(shù)，判定黃土是否具有濕陷性，計(jì)算公式如下:

其中，hp，ep分別為保持天然含水量和結(jié)構(gòu)的土樣，在側(cè)限條件下加壓到規(guī)定壓力時(shí)，壓縮穩(wěn)定后的高度和孔隙比;hp′，ep′分別為規(guī)定壓力加壓穩(wěn)定后，浸水作用下再次壓縮穩(wěn)定后的高度和孔隙比。

當(dāng) δ＞0.015時(shí)，定義為濕陷性黃土;當(dāng) δ＜0.015時(shí)，定義為非濕陷性黃土。

3.2 濕陷性黃土處理施工工藝

3.2.1 墊層法

將路基以下45°范圍內(nèi)的濕陷性黃土土層全部挖除或挖至設(shè)計(jì)的深度后，用素土或灰土分層回填夯實(shí)，灰劑量根據(jù)土體的天然含水率和擊實(shí)試驗(yàn)確定。墊層厚度通?？刂圃?.5 m～2.0 m。如此可消除墊層范圍內(nèi)的濕陷性，減輕或避免路基因附加壓力產(chǎn)生的濕陷，提高路基承載力，減小路基沉降量。這種方法施工簡(jiǎn)易，工法成熟且效果顯著，是常用的路基淺層處理或濕陷性處理的方法，經(jīng)過(guò)灰土墊層處理的路基承載力可達(dá)到220 kPa以上，且有良好的均勻性和承載能力。

3.2.2 土樁和灰土樁法

土樁和灰土樁擠密地基是由樁間擠密土和填夯的樁體組成的人工復(fù)合路基。適用于處理地下水位以上，且深度4 m以上的濕陷性黃土路基，其中土樁主要適用于消除濕陷性黃土路基的濕陷性，灰土樁主要適用于提高填土路基的承載能力。注意:地下水位以下或含水量超過(guò)25%的土，不宜采用。土樁和灰土樁的施工方法是利用打入鋼套管或振動(dòng)沉管在地基中成孔，通過(guò)擠壓作用，使路基得到加密，然后在孔內(nèi)分層填入素土或灰土后夯實(shí)而成土樁或灰土樁。

3.2.3 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用起吊設(shè)備將夯錘提升到設(shè)計(jì)高度，夯錘自由下落對(duì)路基土產(chǎn)生夯擊作用，使夯面以下一定深度內(nèi)的土層達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，以消除濕陷性、降低壓縮性、提高路基承載力。

夯擊時(shí)錘重和落距與單擊能成正比，加大錘重和落距可減少夯擊擊數(shù)，夯擊遍數(shù)也相應(yīng)減少，可改善加固效果和經(jīng)濟(jì)性。通常夯錘重可取5 t～50 t，落距為10 m～20 m。對(duì)相同的錘重，增大落距可獲得較大的落地速度，得到更好的加固效果，但落距加大，對(duì)起吊設(shè)備的性能要求高，加大錘重比加大落距更易于實(shí)施。

采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基，土的含水量宜低于塑限含水量(2±1)%，當(dāng)土的含水量處在最佳含水量附近時(shí)，強(qiáng)夯加密效果最好。強(qiáng)夯法加固速度快，加固效果好，投資節(jié)約，是較為經(jīng)濟(jì)和易實(shí)施的路基處理方法。

3.2.4 沖擊碾壓法

沖擊碾壓是沖擊式壓路機(jī)帶動(dòng)非圓形輪碾壓，非圓形滾輪產(chǎn)生的勢(shì)能與行駛的動(dòng)能相互疊加，沿地面進(jìn)行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)沖擊碾壓法，形成高振幅、低頻率的沖擊壓實(shí)作用。高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功能，可使地下土層的密實(shí)度增大，達(dá)到壓實(shí)的目的。碾壓過(guò)程中分層檢測(cè)壓實(shí)度、含水量、孔隙比、最大干密度、濕陷系數(shù)等指標(biāo)。全部碾壓完成后，檢測(cè)總的沉降量、濕陷系數(shù)、壓實(shí)度，判斷是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用沖擊碾壓法施工簡(jiǎn)便，費(fèi)用較低，在道路工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

3.2.5 預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是根據(jù)濕陷性黃土在受水浸漬后，產(chǎn)生濕陷的特點(diǎn)，在施工范圍內(nèi)，大面積浸水，使土體產(chǎn)生自重性濕陷，來(lái)消除深層路基濕陷的方法。預(yù)浸水法宜用于濕陷性土層厚度大于10 m，自重濕陷量值大于500 mm的場(chǎng)地，浸水的水頭高度應(yīng)大于30 cm，連續(xù)浸水時(shí)間通過(guò)實(shí)驗(yàn)以濕陷變形穩(wěn)定時(shí)間為基準(zhǔn)，其最后5 d的平均濕陷量小于1 mm/d。此方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉，但施工工期長(zhǎng)，用水量大，不宜于在干旱缺水的地區(qū)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土的各種處理工藝，近年來(lái)在道路工程建設(shè)中廣泛使用，取得了較為顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝、新理論的不斷研究和應(yīng)用，濕陷性黃土路基的處理也會(huì)不斷的多樣化。因此我們需因地制宜，科學(xué)選擇，綜合使用，并進(jìn)行嚴(yán)格過(guò)程質(zhì)量控制，使處理的效果達(dá)到和超過(guò)工程需求。

［1］俞文學(xué).公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］羅宇聲.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］王繼平.灰土擠密樁在特殊地基處理中的設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.山西建筑，2012，38(35):118-119.

［4］陳 龍，杜靜軒.濕陷性黃土路基施工技術(shù)探討［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(3):81-82.