富建云 甘肅卓通工程技術(shù)服務有限公司工程師

濕陷性黃土表現(xiàn)出土質(zhì)的特殊性，整體土質(zhì)具有均勻性較差、工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性不足、孔隙數(shù)量較多等特點。未浸水時土質(zhì)強度優(yōu)異，表現(xiàn)出較低的結(jié)構(gòu)壓縮性。特定壓力條件下，一定量水分浸潤時，引起土層結(jié)構(gòu)受損，形成較大附加作用，增加土層下沉速度，削弱土層整體強度。濕陷性黃土區(qū)域內(nèi)開展路基工程應考量周邊水文特點，進行防水處理，加強地基地面的整體平穩(wěn)性，減少病害問題。

1 黃土物理特點

1.1 顆粒組成

國內(nèi)多數(shù)地區(qū)的濕陷性黃土中均含有粉土，粉土顆粒占比大約為60%，作為黃土土質(zhì)判斷的主要依據(jù)。粉土組成的40%是粗粉，粗粉主要由一種0.005 ～0.010 mm 的土質(zhì)顆粒組成。黃土組成中低于0.005 mm 粒徑的土質(zhì)顆粒占比僅有14%，高于0.10 mm 的土質(zhì)顆粒質(zhì)量占比不超過5%，不含有粒徑高于0.25 mm 的顆粒。

國內(nèi)各地區(qū)的黃土組成特點如下：第一，山西黃土中含有石英、長石兩種粗顆粒，伊利石是一種細粒，易溶鹽占比為0.02%～0.66%，中溶鹽占比較低，難溶鹽占比約為12.00%；第二，陜西黃土組成與山西相近，易溶鹽占比為0.03%～0.95%，中溶鹽占比較低，難溶鹽占比約為9.00%～14.00%；第三，甘肅黃土組成中，易溶鹽占比為0.10% ～0.90%， 中溶鹽占比為0.50%～1.40%，難溶鹽占比約為10.00%。

1.2 土質(zhì)特點

濕陷性黃土受到外界壓力作用時會發(fā)生附加下沉現(xiàn)象。黃土遇水后會受到膠結(jié)物的影響，土質(zhì)變軟。土層表現(xiàn)出欠壓密、干旱特點時，處于風積、坡積、洪積各狀態(tài)的黃土，整體土質(zhì)相比大氣降水蒸發(fā)量更高。土層形成時不會同時具備充足壓力、適當溫度這兩個條件，由此降低了土層整體的壓密性。與地表間隔2 m 左右的土層區(qū)域，大氣降水會對土質(zhì)造成影響，此時上覆土質(zhì)量較輕，土層壓密效果欠佳，易轉(zhuǎn)化成濕陷性黃土，土質(zhì)表現(xiàn)出含水量少、孔隙比值較高等特點。

國內(nèi)濕陷性黃土的主要區(qū)域降雨量約為250 ～500 mm，整體土層水分蒸發(fā)量大于實際產(chǎn)生的降水量，形成土層含水量較少現(xiàn)象。各地區(qū)黃土孔隙特點如表1 所示。

表1 各地區(qū)黃土孔隙特點

黃土濕陷性級別的劃分如表2 所示，△s表示黃土濕陷性變化量，從距離地面1.5 m 的土層位置起，至土層11.5 m 深位置，統(tǒng)計黃土地基的總量。

表2 黃土濕陷性級別

2 地基處理方法

改善黃土地基性能是以調(diào)整黃土濕陷性為目標，增強地基性能。一般情況下，地基病害處理技術(shù)有灰土墊層、夯實法以及土樁法等。針對低于Ⅱ級的黃土區(qū)域，對其進行地基處理，可使用墊層、土樁等方法。濕陷程度較大的處治項目會增加處理工藝的施工量，相應增加人力、物力各項資源的消耗量。近年來，夯實法表現(xiàn)出地基加固流程精簡、加固效果優(yōu)異、施工進展速度快、處治成本經(jīng)濟等優(yōu)勢，獲得了廣泛使用[1]。

3 病害處治工藝

3.1 防排水

排水設(shè)計需在路基項目前期進行，加強路基設(shè)計質(zhì)量，關(guān)注路基設(shè)計的防水效果，設(shè)計有效的排水方案，增強工程的防災能力，防控路面水毀問題。排水設(shè)計質(zhì)量是決定路面性能的關(guān)鍵因素，加強方案選擇可延長路面使用時間。

排水設(shè)計以蓄水為主要項目，融合分散排水思想，確保排水設(shè)計的有效性。黃土區(qū)域內(nèi)多數(shù)地勢坡度較小，排水具有一定難度。一般情況下，路堤高度測得結(jié)果大于50 cm，使用挖澇池方法進行排水，達到邊溝水的排出目標。此種排水設(shè)計兼具成本經(jīng)濟、生態(tài)性強兩個優(yōu)勢。另外，公路施工區(qū)域需回避不良地質(zhì)區(qū)域，減少公路水毀問題發(fā)生，增強路基整體性能。公路路線設(shè)計時，應遠離土質(zhì)河岸，減少河水對路基形成的沖刷作用，同時不可在滑坡地段施工。如果施工路線含有不良地段，且無法做出繞行處理，則需加強排水與截水處理，保證路基性能。

3.2 壓水注漿

路面發(fā)生沉陷病害時可使用灌漿工藝進行處治。此種病害處理方法是借助液壓、氣壓等外界力量對路面病害處注入漿液，使?jié){液緩慢滲入地層體系，以填充、滲透等形式使用漿液，達到降低黃土孔隙比例的處治目標，以有效去除裂縫。在灌漿施工操作時，有效測定灌漿的操作壓力、獲取漿液的注入濃度，保證注漿質(zhì)量。如果壓力較小，則會降低漿液的滲入深度，形成注漿空白區(qū)；而如果注漿壓力較高，則會引起路基結(jié)構(gòu)受損。因此，應規(guī)范控制灌漿壓力，加強用料配置管理，確保注漿質(zhì)量。

3.3 夯實流程

3.3.1 地基處理

在施工區(qū)域范圍內(nèi)，清除地表層中混有的腐殖土，進行地基整平、路面碾壓等處理。結(jié)合方案標出的坐標信息，復核位置信息，調(diào)派專人開展測量工作，明確設(shè)定出夯實的操作范圍，進行樁點布設(shè)。在工程中，多數(shù)使用標準格子形式。依據(jù)工藝標準，逐一檢查性能欠佳的黃土，鎖定劣質(zhì)黃土方位，融合沖擊碾壓工藝，給予填方處理，有效清除表層雜土，再進行強夯處理。

3.3.2 夯實技術(shù)用法

有效清除待處治地基項目表層的腐殖土，對項目各處地基進行有效整平、路面碾壓等各項處理。結(jié)合設(shè)計方案給出的坐標信息，多次測定工程方位，聯(lián)合技術(shù)人員測定強夯操作的具體方位，給出樁點標記。使用格子標注形式，確保強夯施工點標記質(zhì)量。結(jié)合強夯工藝要求，針對Ⅰ、Ⅱ級濕陷性黃土進行區(qū)域標記，使用沖擊碾壓處治方法。針對Ⅲ級黃土的路基處治任務，采用填方清表聯(lián)合強夯工藝的方法，確保路基處理效果。

首先，使用灰格子標記確定夯錘操作方位，運行起重機至目標施工位置后對準落錘操作的標記點；其次，規(guī)范測量夯錘頂部的高度，夯擊完工后再次測量沉降值；最后，結(jié)合前期夯實施工參數(shù)方案進行夯實處理。首次夯擊操作后即可開展下道夯擊任務，以順應工期需求。強夯處理需加強夯擊位置偏差控制，保證夯擊方位的準確性，防范落錘機架角度偏移問題。使用輔助工具、自動脫鉤等設(shè)備，將設(shè)備裝設(shè)在起重臂桿的對應位置，以此控制落錘機架的平穩(wěn)性。夯擊錘子表層添加兩組排氣孔，保證多余空氣排出效果，便于施工有序進行。此外，強夯操作工人須規(guī)范操作水準儀，準確獲取地基沉降量。如果在夯實操作中發(fā)現(xiàn)夯擊施工周邊區(qū)域有隆起問題，需準確測定隆起位置，記錄隆起情況[2]。

3.4 裂縫處理

注漿加固技術(shù)處理完成時，應及時去除輕微裂縫問題。裂縫消除使用灌縫注膠工藝，進行前需要進行雜物清潔工作，保證密封膠使用環(huán)境的整潔性。使用灌縫設(shè)備進行材料灌注，在槽口中有效灌入密封膠。

灌縫操作采取由上至下的施工順序，以此保障縫隙灌注完全，提升灌注密實性，防止形成氣穴。同時應保證各類裂縫灌注的持續(xù)性，如果灌注操作中出現(xiàn)輕微龜裂情況，需及時添加橡膠填縫整平處理。灌縫施工對環(huán)境要求較高，即施工環(huán)境中含水比例較低、整體工區(qū)較為清潔，溫度應高于4 ℃。如果灌縫溫度不足4 ℃，則需使用噴燈加熱槍給予裂縫區(qū)加熱處理，加熱完成后繼續(xù)灌注，并進行有效密封處理，保證密封膠的粘合效果。

3.5 路面斷裂處理

裂縫寬度大于15 mm 的情況視為嚴重裂縫。路面有嚴重裂縫問題時需使用高壓旋噴法進行路面防治。旋噴工藝使用流程在注漿完成后，準確觀測注漿成效，以此保持路面性能的平穩(wěn)性。性能檢測工序完成時，運行銑刨機作裂縫處理，保持裂縫區(qū)域的清潔性，對裂縫區(qū)段進行油層涂刷、格柵放置、用料攤鋪等處理。此外，裂縫處理應關(guān)注格柵鋪設(shè)效果，格柵具有加筋固定能力[3]。

3.6 灰土擠密樁

施工區(qū)域內(nèi)的黃土層厚度達20 m 可視為自重濕陷性土質(zhì)。應對此種黃土路基的病害預處理方法為改善土層濕陷性、強化路基性能。

（1）改善濕陷性時綜合考量路基整體承載性能；（2）使用灰土擠密樁方法進行路基處理；（3）處理前期測定軸線、樁位各參數(shù)，依據(jù)勘測結(jié)果確定樁位，再進行打孔；（4）采取沉管成孔工藝方法，有效控制施工區(qū)的土質(zhì)含水比例，保證含水量的適宜性，沉樁時采取間隔打孔方式；（5）拌制石灰土用料需合理控制用料量，確保石灰土攪拌均勻、拌和充分，使用設(shè)備攪拌用料時，拌和時間不可少于3 min；（6）樁體處理使用石灰土進行夯實，夯實操作應保證夯填處理的持續(xù)性，設(shè)備整體平穩(wěn)，錘子與樁體孔位對齊；（7）施工期間，工人應不定時查看夯錘位置的偏差問題，保證填料用量充足，合理控制夯實操作時間；（8）夯實操作應調(diào)配專人，隨時查看孔位準確性，保證擠密樁處理質(zhì)量。

3.7 樹樁加固

使用樹根樁進行病害處治時，可有效控制路基塌方病害。要使用孔徑較小的樁體，樁徑取10 ～25 cm 為宜。路基塌方時，使用的處治設(shè)備為鉆機。結(jié)合工程病害嚴重性增加鋼筋籠。壓力輔助下，有效注入泥漿，由此獲得“樁體”。完成鋼筋籠的添加操作后，可使用碎石、泥漿進行灌注處理，達到路基加固效果。此種小孔徑樁體被認定為微型樁，可進行多個方向設(shè)計，塌方處治中具有使用靈活性，顯著改善土體性能[4]。

4 濕陷性黃土區(qū)域內(nèi)的加鋪改善方法

4.1 設(shè)定加鋪層厚度

4.1.1 L 路基改治路段的交通量情況

該項目結(jié)合目標工程的交通量特點，研究L 路基項目主干道的各類交通量。假設(shè)小客車為主要交通車輛，設(shè)交通量為p，檢測結(jié)果為p2016年=19 203 輛/日、p2020年=23 902 輛/日，未來可通行小客車的交通量預測為p2025年=29 643 輛/日、p2035年=35 693 輛/日。L 路基項目的交通量組成中，小規(guī)模貨運車輛通行數(shù)量占比為7.7%、中型貨運車輛通車數(shù)量占比為8.0%、大規(guī)模貨運車輛交通行數(shù)量占比為8.7%[5]。

4.1.2 L 路基性能計算

假設(shè)路面起始使用時間為2016 年，進行原路性能測算，車道早期設(shè)定的軸載容納量約為8.77 萬次，初期路面剩余可用時間為13 年，路面能夠承載的運輸級別為特種車輛。

4.1.3 加鋪厚度

L 項目整體路基穩(wěn)定性為95%，項目可靠系數(shù)約為1.33。路基性能優(yōu)化時進行加鋪厚度的性能對比，厚度取值為0.12 ～0.15 m，設(shè)定0.12 m、0.13 m、0.14 m、0.15 m 共4 組參數(shù)。對比發(fā)現(xiàn)，加鋪厚度為0.12 m 時，面板綜合應力值最高，應力測試結(jié)果為3.97 MPa。因此，路基改善時的加鋪厚度應設(shè)計為0.12 m。

4.1.4 材料選擇

首先，選用最佳配比方案，保證路基加鋪質(zhì)量；其次，精準設(shè)計級配，保證路基性能；最后，從材料、設(shè)備等多個方面逐一對比材料性能。膠結(jié)料以SBS瀝青為首要選擇。

4.2 其他路基病害的處治方法

4.2.1 一般路段

如果路基、路面整體性能平穩(wěn)，僅有部分路段存在病害問題，那么此時的加鋪方案為：表層4 cm，行車、硬路肩各路段用料為13 mm 粒徑瀝青瑪蹄脂；下面層10 cm，用料類型為25 mm 粒徑的混合料；應力吸收層2 cm，用料類型為10 mm 粒徑的混合料。

4.2.2 錯臺量較大

當因為濕陷性而形成的錯臺量超過12 mm 時，加鋪方案為：表層4 cm、用料選擇13 mm 粒徑的瀝青瑪蹄脂；中層5 cm，用料類型為20 mm粒徑的混合料；下層9 cm，用料為30 mm 粒徑的瀝青穩(wěn)定碎石。

4.2.3 縱坡較長

當改治路段縱坡區(qū)域較大時，加鋪方案為：表層5 cm，用料類型為13 mm粒徑瀝青瑪蹄脂；下面層8 cm，用料類型為20 mm 粒徑瀝青瑪蹄脂；應力吸收層2.5 cm，用料應選用10 mm 粒徑的混合料。

4.2.4 嚴重濕陷性問題

濕陷性問題較為嚴重的路段，加鋪方案為：表層4 cm，用料選用13 mm粒徑瀝青瑪蹄脂；中層6 cm，選擇使用20 mm 粒徑的混合料；下層8 cm，使用50 mm 粒徑的混合料；封層1 cm；基層30 cm。

5 結(jié)論

黃土結(jié)構(gòu)中，水是引起路基發(fā)生病害的主要因素。濕陷性黃土施工區(qū)域內(nèi)路基項目施工時，工人應準確了解黃土施工特點，采取有效路基病害防治措施，降低路基病害的發(fā)生次數(shù)，保證路基性能，同時加強排水和阻水設(shè)計，保證路基結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，維持路面交通性能。