杜夏菲

(山西長治公路勘察設計院， 山西 長治 046000 )

中國的黃土面積達64 萬km2，主要分布于甘肅、陜西、寧夏和山西等地。其中濕陷性黃土具有欠壓密性、濕陷性和結構性3種特殊性質，在水的作用下易產生沉降變形，不能直接用于路基填筑，需進行特殊的防滲加固處理。處理淺層濕陷性黃土路基的主要方法包括強夯法、干拌水泥碎石樁、沖擊碾壓法等，處置深度一般不超過10 m；深厚濕陷性黃土的處置措施包括內外套管組合沉管夯擴法、灰土擠密樁法和高壓旋噴樁法等，處置深度一般可達15～20 m?；彝潦鞘液宛ね涟匆欢ū壤龜嚢瓒傻母邚姸?、低滲透性建筑材料，當黃土路基下臥層土質良好且厚度小于3 m時，常使用灰土墊層法進行局部或整片處理；濕陷性黃土大于5 m(地下水位以上)時，常使用擠密樁進行處置。該文針對深厚濕陷性黃土路基，提出灰土防滲墻處理措施，并與灰土擠密樁進行對比分析。

1 試驗概況

1.1 材料性能

黃土土樣取自山西長治，最大干密度為1.58 g/cm3，最優(yōu)含水量約15.9%，滲透系數(shù)約7×10-4m/s，黃土粒徑級配見圖1。黏土塑限為19.5%，液限為33.2%，塑性指數(shù)為13.5，屬粉質黏土。石灰粒徑小于5 mm，CaO十MgO的有效含量大于60%，出廠日期低于3個月。按照3∶7的比例配制灰土進行擊實試驗，擊實曲線見圖2。根據(jù)圖2，灰土的最大干密度為1.52 g/cm3，最優(yōu)含水量為18.1%，滲透系數(shù)為7.5×10-7cm/s，比黃土的滲透系數(shù)低3個數(shù)量級，滿足防滲需求。

圖1 黃土的粒徑級配

圖2 灰土(灰∶土=3∶7)的擊實曲線

1.2 模型及防滲結構設置

選用3個1.2 m×1.2 m正方形鋼膜同時進行試驗，四周布置一層塑料布以防水分流失。黃土采用分層填筑法，每層厚度為5 cm。填筑完成后測試黃土壓實度，實際壓實度為0.79，含水率為16.2%。

試驗工況分為3種：工況一為不作防滲處置；工況二為灰土擠密樁處置，樁直徑4 cm、深80 cm、樁間距10 cm，采用分層填筑、分層夯實的方式；工況三為灰土防滲墻處置，墻深80 cm、寬10 cm，在路基邊設置長1 m×寬0.15 m×深0.15 m的浸水槽，作用在路基四周的荷載為4 kPa(見圖3)。

圖3 模型及工況設計示意圖(單位：cm)

2 試驗結果分析

2.1 含水率時程曲線

分別在3種模型的中心位置進行含水率監(jiān)測，結果見圖4。

圖4 含水率時程變化曲線

從圖4可看出：隨著時間的推移，黃土路基的含水率逐漸升高。工況一(不作處置)下含水率前期增長較快，從最初的16.2%上升至15 h時的25%，15 h內增長8.8%，50 h后含水率為33.2%，較16.2%增加17%；工況二(灰土擠密樁)下含水率近似呈線性增長，存在一定波動，含水率從最初的16.2%增加至25.2%，增加9%；工況三(灰土防滲墻)下含水率基本呈線性增長，含水率從16.2%增加至19.4%，50 h內含水率僅增加3.2%。灰土防滲墻的防滲效果最佳，灰土擠密樁次之，未作處置時黃土路基的防滲效果較差。這是因為防滲墻填筑過程中的夯實作用對黃土路基具有再次壓實擠密的效果，而且灰土填料的硬化和膨脹作用使該結構的孔隙率大大降低，樁體本身的隔水性能提高，防滲效果得到最大發(fā)揮；灰土擠密樁成孔時具有一定的擠土效應，土體密實度增加，因而滲透性有所降低；不進行防滲處置時，由于黃土本身的滲透系數(shù)較大，在水平和垂直方向均具有較多的滲流通道，路基中含水量變化最明顯，含水率增加幅度較大。

2.2 含水率隨深度的變化

試驗結束后(50 h)，分別對路基中心不同深度處(15、40、65 cm)的含水率進行測試，黃土路基含水率隨深度的變化見圖5。

圖5 含水率與黃土路基深度的關系

從圖5可看出：從整體上看，隨著黃土路基深度的增加，含水率呈逐漸減小趨勢。工況一下含水率從34.2%下降至32%，減小量為2.2%；工況二下含水率從25%下降至23%，下降量為2%；工況三下含水率從22%下降至20.2%，下降量為1.8%。路基上部含水量大于下部，這主要是因為試驗浸水槽的深度僅為15 cm，水分的滲透分為水平和垂直兩個方向，由于傳感器的深度均相同，在同一鉛垂面下時，距離浸水槽越近的區(qū)域含水率越大，越深的地方存在相對滯后的現(xiàn)象。相同深度下，工況一時含水率最大，工況二時含水率次之，工況三時含水率最小。這是因為灰土防滲墻的防滲效果最佳，其水平滲透水量最小，灰土擠密樁的防滲效果次之，而僅依靠黃土壓實效果時，黃土路基的含水量明顯增加，表明黃土路基自身的防滲性較差。

2.3 沉降變形分析

在土體自重、荷載及浸水后濕陷作用下，黃土路基會發(fā)生一定沉降變形，其隨時間的變化見圖6。

圖6 不同工況下黃土路基沉降變形曲線

從圖6可看出：3種工況下路基沉降變形分為初期沉降變形期(0～5 h)、穩(wěn)定變形期(5～50 h)兩個階段。在初始沉降變形期，3種工況下沉降變形相差極小，試驗5 h后，工況一下沉降變形為22 mm，工況二下沉降變形為22.3 mm，工況三下沉降變形為22.5 mm。在這一階段，黃土路基發(fā)生的沉降變形主要由路基填筑時的不密實性(欠密實性)所引起，此時水分還未完全滲透浸入路基底部，黃土路基的濕陷性對沉降變形的影響較小。在路基上部荷載及土體自重作用下，黃土路基發(fā)生較大沉降，且沉降速率較快。隨著時間的推移，因土體自重產生的沉降變形基本穩(wěn)定，此時黃土路基底部遭受浸水作用，開始產生濕陷性沉降變形，但濕陷性沉降變形速率小于自身沉降變形速率。由于不同防滲結構具有不同防滲擋水效果，后期沉降變形逐漸顯現(xiàn)，防滲結構的防滲效果越好，路基的濕陷性沉降變形越小，故工況三下沉降變形最小，工況二下沉降變形居中，工況一下沉降變形最大，試驗50 h最終沉降變形分別為40、47和52.5 mm。

3 結論

(1) 灰土防滲墻的防滲效果最佳，灰土擠密樁次之，未作處置時黃土路基的防滲效果較差，試驗50 h后黃土路基的含水率上升量分別為3.2%、9%和17%。

(2) 黃土路基含水率隨深度增加而降低，這是因為水分滲入存在相對滯后。

(3) 黃土路基的沉降變形呈兩階段變化特征，第一階段主要由上部荷載及土體自重作用引起，第二階段主要由黃土濕陷性引起，且前者的沉降變形速率大于后者；采用灰土防滲墻處置時沉降變形最小，灰土擠密樁的沉降變形居中，未作處置的黃土路基沉降變形最大。