陳 文

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

隨著交通事業(yè)的發(fā)展，高速公路作為我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)中重要組成部分，人們對(duì)其質(zhì)量要求較為嚴(yán)格。我國(guó)疆土遼闊，路基土組成特性也較復(fù)雜，特別是國(guó)家實(shí)行西部大開(kāi)發(fā)后，在高速公路路基建設(shè)中遇到了許多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如濕陷性黃土路基處理。黃土一般在干燥時(shí)具有較高強(qiáng)度，遇水后其結(jié)構(gòu)立即遭到破壞，失去原有形態(tài)和牢固性。濕陷性黃土主要指黃土受到氣候條件或雨水影響，并在外部荷載作用或自身重力作用下出現(xiàn)下沉現(xiàn)象[1]。在濕陷性黃土路基上直接修筑高速公路，會(huì)出現(xiàn)路基沉陷、路基陷穴及路堤崩塌等破壞。本文依托實(shí)際工程，主要對(duì)高速公路濕陷性黃土路基進(jìn)行處理，為日后濕陷性黃土路基施工提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

1 濕陷性黃土地質(zhì)特征及破壞原因

1.1 濕陷性黃土

濕陷性黃土屬于黃土的一種，其主要由粉土顆粒組成，成分大多為碳酸鹽，具有較多空隙且表面呈現(xiàn)黃色的松散沉積物。國(guó)內(nèi)外學(xué)者試圖將黃土劃分為黃土和黃土狀土兩大類(lèi)。在工程建設(shè)中，一般將黃土劃分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。濕陷性黃土主要由于黃土在受到地下水浸潤(rùn)的同時(shí)，還受到外部荷載作用，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)迅速發(fā)生破壞并出現(xiàn)顯著下沉的現(xiàn)象。

（1）從宏觀角度分析，濕陷性黃土主要具備以下特征：①外觀主要顏色為黃色，此外還有褐黃、灰黃等顏色；②具有較高的含鹽量，其中以碳酸鹽含量為主，此外，硫酸鹽和氯化物含量也較高；③濕陷性黃土中粉土顆粒含量達(dá)到一半以上，并且其松散狀沉積物中含有較多大孔隙。

（2）從微觀角度分析，濕陷性黃土主要由結(jié)構(gòu)單元、膠結(jié)構(gòu)和孔隙等3部分組成。

根據(jù)上述分析得知，粉土構(gòu)成了濕陷性黃土結(jié)構(gòu)，其中粗粉顆粒形成骨架，細(xì)粉顆粒、黏土等膠結(jié)物吸附在其表面，特別是集中于大顆粒的接觸點(diǎn)處，并與鹽物質(zhì)反應(yīng)形成的溶液和碳酸鈣、硫酸鈣等物質(zhì)共同形成膠結(jié)，最終構(gòu)成黃土微觀結(jié)構(gòu)。濕陷性黃土的化學(xué)成分主要包含碳酸鹽、中溶鹽和易溶鹽（表1）[2]。研究資料顯示，我國(guó)濕陷性黃土的pH值一般在6.0～9.2，當(dāng)酸性值越高時(shí)，黃土的濕陷性就越強(qiáng)。

1.2 濕陷性黃土發(fā)生原因

濕陷性黃土產(chǎn)生主要包括物理及化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)也受到多個(gè)因素影響。一方面受到外界壓力和水的浸潤(rùn)作用，導(dǎo)致其發(fā)生濕陷，另一方面是受黃土物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特征影響[3]。

表1 濕陷性黃土主要化學(xué)成分

當(dāng)天氣干燥時(shí)，由于黃土沒(méi)有足夠的密實(shí)度，其水分蒸發(fā)量明顯大于大氣降水量，而造成黃土層結(jié)構(gòu)密實(shí)度不足的原因主要是沒(méi)有充足的壓力和濕度條件。當(dāng)覆蓋一層土后，土層不能得到充分壓實(shí)，導(dǎo)致濕陷性黃土具有較低濕度和較高孔隙率。

1.3 影響因素

黃土顆粒中的粘粒含量、膠結(jié)物等都會(huì)對(duì)黃土性質(zhì)產(chǎn)生影響，其中鹽類(lèi)含量是造成黃土濕陷的一個(gè)重要原因。當(dāng)黃土中易溶鹽含量較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致黃土濕陷的敏感性增強(qiáng)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)突發(fā)的沉陷現(xiàn)象。若其中含有較多難溶鹽，則會(huì)出現(xiàn)濕陷滯后現(xiàn)象。此外，黃土的濕陷性還與土體中水分含量、天然孔隙比和外部荷載壓力有關(guān)，當(dāng)天然孔隙比小、含水量大時(shí)，黃土的濕陷性就越大；當(dāng)孔隙比和含水量保持不變時(shí)，外部施加荷載越大會(huì)造成黃土濕陷性越強(qiáng)，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值后繼續(xù)增加，其濕陷性反而降低。針對(duì)新堆積黃土，在小壓力作用下表現(xiàn)出高壓縮性特征。此外，在降雨量較大地區(qū)發(fā)生濕陷性的可能性會(huì)更大，同時(shí)還受到雨水浸泡時(shí)間的影響[4]。

2 工程實(shí)踐

2.1 工程概況

某高速公路全長(zhǎng)71.58 km，全線(xiàn)設(shè)計(jì)采用雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km。該路線(xiàn)所在區(qū)域?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候，光照充足且四季分明，一年中最低氣溫可達(dá)-20 ℃，最高氣溫達(dá)到38 ℃。試驗(yàn)段為K18+250～K20+540段，填土高度為2.4～5.0 m，地貌類(lèi)型以侵蝕性地貌為主，土質(zhì)為非自重濕陷性黃土，濕陷層厚度1.0～4.3 m。該段路是地區(qū)戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)發(fā)展項(xiàng)目區(qū)的重要組成部分，其建設(shè)對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)、商品流通和旅游業(yè)等發(fā)展具有重要意義?，F(xiàn)依據(jù)GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，對(duì)該試驗(yàn)段濕陷性黃土地基進(jìn)行處理。

2.2 換填墊層法

換填墊層法適用于濕陷性黃土層厚度不大，可以一次性將軟弱土層全部挖除，然后更換強(qiáng)度或穩(wěn)定性更大的土或無(wú)侵蝕材料。研究分析2～3 m的換填厚度經(jīng)濟(jì)性最佳，若濕陷性黃土層厚度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q填法工程量大大增加。

換填墊層法一般可以用來(lái)對(duì)濕陷性土、膨脹土、素填土等地基進(jìn)行處理，墊層種類(lèi)包括砂墊、土墊層、粉煤灰墊層和干渣墊層等，其適用范圍見(jiàn)表2。

換填墊層法可以適用于地下水位上部處理或整片地基處理，具體作用有：①通過(guò)整體或局部換填施工，可消除濕陷性黃土的濕陷量；②可有效減小地基土的抗壓縮性和滲水特性；③可降低下臥層頂面的附加應(yīng)力。

2.3 重錘夯實(shí)法

重錘夯實(shí)法主要將重錘提升至一定高度后自由下落，利用其自身重力對(duì)土體進(jìn)行夯實(shí)，采用這種方法可消除濕陷性黃土層厚度約1.5 m。研究顯示，經(jīng)夯實(shí)后的土層特性大都向好的方向發(fā)展，其干密度變大，濕陷性也逐漸消除，透水性也大大減弱，降低了土層的壓縮性，同時(shí)增強(qiáng)了土體承載力。由于黃土的濕陷性不是自重濕陷引起，因此采用重錘對(duì)濕陷性土層進(jìn)行夯實(shí)，可以降低濕陷變形量。因此，若黃土不具有自重濕陷性，選取重錘夯實(shí)法是一種很好的地基處理方式。

表2 墊層適用范圍

2.4 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法也稱(chēng)作動(dòng)力固結(jié)法，是將重錘提升至一定高度后，使其在重力作用下自由落體，對(duì)地基產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊和振動(dòng)。針對(duì)不同土質(zhì)類(lèi)型，強(qiáng)夯法加固深度均不同（表3）。

表3 強(qiáng)夯法有效加固深度

強(qiáng)夯法施工周期短、設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好且能夠?qū)Χ喾N土質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行加固，優(yōu)點(diǎn)：①施工機(jī)械和方法簡(jiǎn)單，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況選擇合適的施工設(shè)備；②強(qiáng)夯法加固效果好；③施工工期短且速度快。④有效加固深度大，高能級(jí)的單層夯擊范圍可達(dá)到11 m，普通能級(jí)的單層夯擊處理區(qū)域在5.5～7.5 m。

2.5 擠密法

擠密法主要通過(guò)擠密的方法使深層土體達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，進(jìn)而降低土體孔隙比，增大強(qiáng)度。根據(jù)回填材料不同，可以將擠密法分為渣土樁擠密法、灰土擠密樁法、砂樁擠密法和土擠密樁法，其中砂樁擠密法和土擠密樁法用于濕陷性黃土地基加固。

土擠密樁和灰土擠密樁一般在地基土中設(shè)置一個(gè)半徑為14～30 cm的樁孔，并需要向樁中回填素土或灰土。其加固原理一方面是在成孔的同時(shí)，樁孔位置的土體從側(cè)面擠出，從而間接使樁孔周?chē)馏w密實(shí)，另一方面是樁體中的石灰和土發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，形成新的樁體結(jié)構(gòu)并具有較高強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

高速公路濕陷性黃土路基破壞類(lèi)型包括路基沉陷、路基陷穴和路堤破壞等。本文在分析濕陷性黃土特性的基礎(chǔ)上，研究其破壞原因及影響因素。依托實(shí)際工程，提出幾種濕陷性黃土路基處理技術(shù)，即換填墊層法、重錘夯實(shí)法、強(qiáng)夯法和擠密法，工程實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的處理技術(shù)，對(duì)濕陷性黃土路基進(jìn)行處置。