王國棟

（甘肅五環(huán)公路工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

黃土具有濕陷性的特征，在土體浸水后，會發(fā)生塌陷變形，而黃土地質(zhì)在西北地區(qū)較為普遍。近年來，隨著我國西北地區(qū)的鐵路交通網(wǎng)不斷完善以及相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺，會不可避免地遇到濕陷性黃土路基的問題，而一旦路基發(fā)生病害，極易導(dǎo)致列車運行的平順度變差，影響列車的運行安全。因此，黃土路基經(jīng)常發(fā)生塌陷病害，對列車的正常運行、安全性及可靠性都有著深刻的影響。在對濕陷性黃土路基病害調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計、施工和使用階段的濕陷性病害防治措施，并對路基發(fā)生濕陷性病害的加固措施進(jìn)行了探討?；谖鞅钡貐^(qū)濕陷性黃土這一工程問題，分析了濕陷性黃土路基病害產(chǎn)生的原因，有助于設(shè)計人員對濕陷性黃土路基有更深入的認(rèn)識和了解，對提高濕陷性黃土路基病害處理具有現(xiàn)實意義。

1 濕陷性黃土路基病害分類及相關(guān)原因分析

1.1 濕陷性黃土路基病害分類

對于鐵路工程而言，鐵路路基需要承受軌道及列車相關(guān)荷載的作用，因此是鐵路工程的重要組成部分，一方面路基需要有足夠的平順度，從而保證列車的運行安全，另一方面路基基礎(chǔ)需要足夠堅固且具有良好的耐久性，從而能夠在各種不利的自然環(huán)境中仍然保持良好的性能。

為了研究黃土路基病害的類型，針對蘭新線蘭武段的黃土路基病害進(jìn)行了實地調(diào)研分析。該區(qū)域出現(xiàn)的病害主要包括山體滑坡、泥石流、濕陷性黃土沉陷、基床翻漿等，此外還存在部分黃土崩塌性滑坡以及路基下沉的現(xiàn)象，其中濕陷性黃土土質(zhì)問題導(dǎo)致路基下沉產(chǎn)生的病害影響最大，主要是由于路基排水設(shè)施不完善。除此之外，也存在涵洞與路橋過渡段的病害，涵洞病害主要表現(xiàn)形式有基礎(chǔ)下沉、沖刷、沖毀、淤積；路橋過渡段病害表現(xiàn)為差異沉降變形、填土浸水軟化等?；谝陨险{(diào)研分析，總結(jié)了蘭新線蘭武段的黃土路基病害類型以及常見的表現(xiàn)形式見表1，各類型病害占比如圖1 所示。

圖1 濕陷性黃土路基主要病害類型占比

表1 蘭新線蘭武段黃土路基病害類型及常見表現(xiàn)形式

1.2 濕陷性黃土地區(qū)路基病害產(chǎn)生的原因

濕陷性黃土產(chǎn)生的原因相對比較復(fù)雜，目前存在多種研究理論，其中比較典型的分析如下：當(dāng)黃土被水浸濕時，膠結(jié)材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致黃土強度有所降低，是形成濕陷性黃土的主要成因。同時，相較于黃土周圍土體顆粒的直徑來說，黃土本身的孔隙直徑比較大。這種結(jié)構(gòu)形式也是黃土發(fā)生濕陷的條件之一，而水分入滲黃土是產(chǎn)生濕陷性的誘因。在鐵路工程中，濕陷性黃土路基病害的主要原因如圖2 所示。

圖2 濕陷性黃土路基病害原因

1.2.1 不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計位置及路基處理措施

當(dāng)鐵路路基工程建在低洼地區(qū)或排水不良地區(qū)，或建在排水溝、水庫、池塘附近，黃土容易被水浸濕，更容易發(fā)生濕陷的情況。此外，在路基處理措施方面也要因地制宜。以下是幾種典型的濕陷性黃土處理措施：采用樁基礎(chǔ)法可以消除全部黃土濕陷性；水浸法可以處理較厚、較強的濕陷性黃土；化學(xué)固結(jié)技術(shù)主要是指硅化和堿性液體加固，用于黃土產(chǎn)生濕陷性的相關(guān)情況。相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)路基處理的深度和寬度采取合理的解決措施，以滿足設(shè)計要求。

1.2.2 溫度對路基病害的影響

對于氣候相對寒冷的地區(qū)，當(dāng)溫度下降時路基中的水分凝結(jié)硬化，導(dǎo)致黃土中的水分重新分布而產(chǎn)生凍脹；當(dāng)溫度升高后，路基中的水分融解，使得線路路基基床中的土體達(dá)到相對軟化的狀態(tài)。在列車荷載以及其他復(fù)雜自然環(huán)境綜合因素影響下，可能導(dǎo)致線路幾何尺寸發(fā)生不均勻的變形，影響路基的平順度，甚至可能影響列車的運行安全。

1.2.3 不合理的防水措施

水坡設(shè)置不合理，效率低下，施工不當(dāng)造成滲水隱患。滲水是路基基床發(fā)生病害的主要原因之一。如果不存在水對路基的影響，路基本身是不會發(fā)生病害的。對于黃土來說，遇水后會影響其穩(wěn)定性，當(dāng)黃土路基的密實度較低時表現(xiàn)更加明顯。部分黃土，即使密實度低，在其干燥時強度相對也較高。比如，重塑黃土在遇水飽和后，強度會變得非常低，軟化現(xiàn)象也很嚴(yán)重。

1.2.4 維護(hù)和管理不善

由于維護(hù)和管理不善，在使用過程中出現(xiàn)了滲水或管道滲漏等情況，導(dǎo)致土被水浸沒而發(fā)生塌陷。由于施工不當(dāng)，路基被水浸沒或地下水條件發(fā)生變化，都可能導(dǎo)致濕陷。

1.2.5 列車荷載作用下路基基床變形

多種原因?qū)е侣坊潘涣?，路基本身含水量會因此增加。如果再次發(fā)生壓縮變形，可能導(dǎo)致路基產(chǎn)生附加的壓縮變形效應(yīng)，因此做好路基的排水設(shè)施對保證路基的結(jié)構(gòu)安全具有非常重要的意義。此外，由于列車荷載多為振動荷載，而當(dāng)振動荷載的振動頻率較高時，造成基床的強度進(jìn)一步降低，從而會產(chǎn)生更多的路基病害問題。另一方面，在列車振動荷載長期作用下，會造成路基土的動力強度明顯降低，而一旦形成，會引發(fā)更多的病害。

2 濕陷性黃土路基病害的預(yù)防措施

2.1 設(shè)計措施

應(yīng)根據(jù)路基結(jié)構(gòu)的特點采取相應(yīng)的設(shè)計措施：首先，選址應(yīng)盡量避開低洼地區(qū)或排水不良地區(qū)，而選擇排水良好的場地，以便更好地進(jìn)行排水，同時應(yīng)避免不宜施工、受洪水威脅、地質(zhì)條件不良、地下水位較高的場所；其次，應(yīng)保證濕陷性黃土路基工程具有足夠的剛度，選擇合適的基礎(chǔ)類型以及與其條件相適應(yīng)的路基工程處理方式，根據(jù)實際的工程條件選擇樁基礎(chǔ)法、水浸法或者化學(xué)固結(jié)技術(shù)對路基進(jìn)行處理。

2.2 施工措施

濕陷性黃土地區(qū)路基病害與施工浸水有關(guān)，有的病害發(fā)生在施工階段，有的病害則是施工不當(dāng)造成的。因此，在施工階段，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點采取各種施工措施：減少路基基礎(chǔ)暴露的時間，當(dāng)基坑開挖接近設(shè)計高度而不能處理時，在設(shè)計高度以上保留200～500mm 厚土層；路基施工后，及時清除周圍的灰、砂等雜質(zhì)及廢棄物；逐層回填、壓實路基周圍，且壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.93。

路基基礎(chǔ)施工完畢后，應(yīng)盡快完成排水溝、排水管等附屬設(shè)施的施工，并將雨水直接引至排水系統(tǒng)。以上這些措施的目的都是防止施工用水和雨水進(jìn)入路基基礎(chǔ)或基坑，避免黃土產(chǎn)生濕陷，導(dǎo)致路基工程發(fā)生塌陷。

施工階段，如果發(fā)現(xiàn)地面浸水、濕陷等情況，應(yīng)及時暫停施工，且應(yīng)當(dāng)切斷積水，查明原因和浸水程度，觀察路基及斜坡的平整度。對于以上問題必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行嚴(yán)格處理，只有達(dá)到設(shè)計要求后，才可以繼續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)。

2.3 使用階段的維護(hù)和管理措施

保養(yǎng)或管理不當(dāng)往往會導(dǎo)致濕陷性病害。路基處理、結(jié)構(gòu)措施、防水措施的效果與施工質(zhì)量有密切的關(guān)系，同樣，也與路基在整個使用期間的管理和維護(hù)有密切的關(guān)系。其中，路基的維護(hù)及管理包括以下幾個重要部分：定期檢查排水系統(tǒng)的泄水狀況，定期檢查排水溝、溝渠、水坡等設(shè)施的有效性；在雨季之前和大雨之后，定點檢查路基周圍的擾動情況。維修管理是一項貫穿整個建筑生命周期的工作，應(yīng)該由專業(yè)人員來完成，在檢修過程中做好維護(hù)管理記錄。

3 濕陷性黃土路基病害的防治措施

濕陷性黃土路基病害的主要原因是土體被水浸濕。因此，發(fā)生濕陷性病害時，首先，應(yīng)采取措施避免土體被浸沒，以防止發(fā)生更大的破壞。其次，要對路基工程變形進(jìn)行監(jiān)測，尤其是病害發(fā)生的位置。觀察濕陷性黃土路基病害的發(fā)生、發(fā)展和趨勢，分析病害發(fā)生原因，提出防治措施。鐵路路基工程發(fā)生濕陷性病害的防治措施如圖3 所示。防治應(yīng)從以下幾個方面考慮。

圖3 濕陷性黃土路基病害的防治措施

3.1 基礎(chǔ)處理

濕陷性黃土路基的處理方法主要有重錘表面壓實、強夯、石灰土墊層、石灰土壓實樁、熱處理、化學(xué)加固等。其中路基處理應(yīng)根據(jù)土體的物理力學(xué)性質(zhì)，消除土體濕陷性，增加土體的承載力、滲透性等。應(yīng)考慮濕陷性病害的具體情況，確定路基處理的范圍和深度。

3.2 基礎(chǔ)加強

一般情況下，當(dāng)路基工程遭到破壞或基礎(chǔ)面積需要增加時，應(yīng)采用基礎(chǔ)加強措施。特別是對于路基結(jié)構(gòu)，由于上部荷載不大，擴(kuò)大基礎(chǔ)面積是處理濕陷性病害最有效的措施。

3.3 防水措施

在對路基工程采取加固措施后，還要采取防水措施避免路基工程再次被水浸沒，以防止發(fā)生塌陷的風(fēng)險。

3.4 加強邊坡防護(hù)

通過植物加強邊坡防護(hù)。在路堤邊坡上，種植一些典型的灌木植物以對邊坡防護(hù)進(jìn)行加強處理，可有效減少雨水對路基邊坡的沖刷。通過多次工程實踐證明，野紫薇、夾竹桃、紫穗槐、黃荊、檸條、山楂等常用灌木類型的植物方案在邊坡防護(hù)及綠化施工中取得了良好的效果，既有利于路基邊坡的加固，同時也可以美化環(huán)境，改善鐵路工程周邊的生態(tài)。

此外，也可以采取多種方式對邊坡進(jìn)行加固，如加筋土加固、雙灰樁加固、利用土工格柵加筋土進(jìn)行邊坡復(fù)舊等。

濕陷性黃土路基病害有其自身的特點，主要原因是土體被水浸濕。因此，在設(shè)計和施工階段應(yīng)盡量預(yù)防濕陷性病害的發(fā)生，采取有效措施減少或避免濕陷性病害的發(fā)生，此外，還應(yīng)重視路基使用階段的維護(hù)和管理。同時，如發(fā)生濕陷性病害，應(yīng)根據(jù)路基的特點選擇相應(yīng)的處理措施。

4 結(jié)語

綜上所述，通過提出路基結(jié)構(gòu)在設(shè)計、施工和使用階段預(yù)防塌陷的措施，以及發(fā)生塌陷時的處理措施，有效減少或避免濕陷性病害發(fā)生，為濕陷性黃土路基病害的防治提供了參考，同時有助于設(shè)計人員對黃土路基有更深入的認(rèn)識和了解，對提高黃土路基病害處理具有現(xiàn)實意義。