廖自成

（甘肅卓通工程技術服務有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

濕陷性黃土普遍具有厚度大、濕陷性系數(shù)大、含水量大、滲透性強等特點，難以滿足公路工程路基施工的要求，若強行施工，未采取有效處理措施，會出現(xiàn)一系列病害，造成嚴重的損失和影響?；诖耍斜匾Y合濕陷性黃土公路路基施工成功的經(jīng)驗，對濕陷性黃土地區(qū)路基常見病害及處理措施進行分析研究，從而為今后類似工程的施工提供有效的參考和指導。

1 工程概況

某公路工程項目總長度為21.15km，為典型的高填方路基，基底為濕陷性黃土，最大的填方高度達54.5m，邊坡高度在8～10cm 之間，在邊坡上設置了加寬平臺。在路基施工中每填高2m，進行一次沖擊碾壓。在路基施工中遇到了很多病害，如沉陷、陷穴、邊坡破壞、高填方路堤破壞。綜合對比類似工程的施工經(jīng)驗和施工技術，采取有效的處理措施，保障施工任務順利完成。

2 濕陷性黃土的特點

第一，濕陷性黃土厚度大，一般在20～50m 之間，其濕陷系數(shù)比正常土層大10 倍以上。第二，濕陷性黃土含水量較大，多在20%以上。第三，濕陷黃土的滲透性強，水、氣作用強烈，對路基產(chǎn)生不利影響。第四，濕陷力大、變形劇烈。第五，由于黃土具有很強的吸水性，使得地下水易從土體中滲出；再加上降雨和蒸發(fā)影響，使土體逐漸形成不透水層；地下水持續(xù)向外滲漏又會使土壤內不斷膨脹發(fā)生濕陷。由于黃土的結構性及含水狀態(tài)的差異性，使得不同地區(qū)施工條件千差萬別。濕陷性黃土與正常土層相比也有一定的差異：含水量越高變形越嚴重。第六，黃土呈弱酸性、強堿性、中性或偏堿性質，其pH 值介于6.0～8.0之間；正常土為中性或偏堿特性、偏酸性質。

3 濕陷性黃土地區(qū)路基常見病害

3.1 沉陷

在濕陷性黃土地區(qū)，豎向沉降與側向沉降是典型的地基沉降破壞類型。如果黃土路基土體是干的，在外力超過自身剪切強度的情況下，軟弱的結構就會坍塌，出現(xiàn)大的空隙，并填滿小孔隙，使其空隙逐漸變得致密，土體也趨向于固結，這時就會發(fā)生塌陷[1]。濕陷性黃土地基壓縮變形大，排水不良，是引起路基沉陷的主要原因。當濕陷性黃土地基受到水的影響時，在一定的荷載作用下，基礎結構會很快遭受破壞，出現(xiàn)顯著的沉降病害。路基沉降的現(xiàn)場示意圖見圖1。

圖1 路基沉陷現(xiàn)場圖

3.2 陷穴

在濕陷性黃土地區(qū)，路基陷穴及分布特征具有一定的規(guī)律性。從地形地勢來看，在該工程施工范圍內的邊沿和溝槽的兩邊，往往存在相同的凹陷。這是由于階地邊沿及沖溝兩邊都是易受沖刷侵蝕的坡面，因此，越接近階地或溝壑的坡面，崩塌的可能性就越大。此外，由于階地的落差和溝槽深度的增大，地表水流在階地邊緣和溝谷中的坡度也會增大，其滲入深度就越大，部分深度達到20m；從巖性上講，松散的黃土層易發(fā)生孔洞，在早期黃土地層中，孔隙的發(fā)育是有限的。黃土地區(qū)的路基塌陷與土壤結構、地下水潛蝕、當?shù)靥厥獾乃?、氣候和地形等因素密切相關。

3.3 邊坡破壞

在濕陷性黃土地區(qū)，邊坡可分為坡面沖蝕、邊坡崩塌和邊坡失穩(wěn)三種類型。在邊坡失穩(wěn)、坡面匯水面積大的情況下，由于降雨和地表水在邊坡上的漫流，使邊坡的坡面更加明顯，從而導致邊坡坡面溝壑縱橫，嚴重時還會導致滑坡崩塌。造成濕陷性黃土路基邊坡破壞的原因中，除了與水分的關系外，還與路基的填土性質、路基的施工質量不合格、壓實度不合格、坡型不合理等眾多因素密切相關。黃土具有特殊的物理性質，及垂直節(jié)理和豐富的沉積特征，包含許多空穴，因此，在坡度不合理的情況下，降雨很容易滲入土壤，造成土壤結構的破壞，并在土壤中形成串珠狀的孔洞，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。此外，由于邊坡面匯水面積太大，會使坡面水流滯留時間延長，坡面水流速度增大，從而加重坡面侵蝕。在黃土地區(qū)，由于邊坡的高度一般比較高，在降雨和其他因素的作用下，容易出現(xiàn)滑坡。如果斜坡的坡度和高度設定不當，將導致坡頂水流較大或高邊坡的頂部匯水面積過大，有崩塌破壞的危險。

3.4 路堤破壞

該工程在濕陷性黃土地區(qū)穿越峽谷以及梁峁交界處，采用了黃土橋及壩式路基施工形式，而高填方型路堤在該工程路基施工中比較普遍。在高路堤的濕陷區(qū)，由于受地表水和地下水的沖刷，發(fā)生了嚴重的破壞。引起該工程高路堤塌陷的原因除了雨水、洪水的侵蝕之外，還有如下其他原因：

第一，在工程建設之前，由于沒有及時發(fā)現(xiàn)或充分壓實而造成路基在工程后的使用中出現(xiàn)塌方[2]。

第二，基礎土體具有較大的可壓縮性，在工程中沒有進行足夠的預壓，或采用改填法進行施工時，不能滿足工程要求，造成路基土的承載能力達不到要求，從而造成路基沉降。

第三，在道路開通運營后，路基土受到上層土體的自重和車輛的反復荷載作用，產(chǎn)生了大量的孔隙，從而導致路基塌陷。當路基壓實系數(shù)不小于85%時，路基頂面以下的核心土，其工后沉降量約為路堤的0.7%～1.0%，而填土的沉陷率較大。

4 針對路基沉陷的處理措施

在濕陷性黃土地區(qū)進行公路路基施工時，減少或消除其濕陷性是防治路基沉陷的重要措施。對于普通高填方路基，應采取重夯方法，可以消除地下某一深度區(qū)域的土壤濕陷性。為了防止地面積水和地面水的侵蝕，在公路用地的邊緣采取了隔離排水措施。此外，路基的碾壓質量是否合格須嚴格控制；路基的挖方，若開挖深度小于濕陷性黃土層厚度，則在地基以下，仍會存在一定厚度的濕陷性黃土，其密度大于地表，因此具有一定的承載力。同時，為了確保路基的穩(wěn)定性，還應設置盲溝進行排水。如果開挖深度比濕陷性黃土的厚度大，則無須進行加固，但仍需進行防水處理。由于濕陷性黃土容易被水沖刷、挖空、遇到水塌陷，因此，良好的排水體系對確保地基的穩(wěn)定性具有十分關鍵的作用。在開挖過程中，應注意以下幾點：第一，在路塹頂端和斜坡頂端設置攔水槽和攔水壩，排水溝槽的出口處需進行鋪設和加強。第二，對于挖槽的填筑地基，如果不設涵洞，則需在洞口外側進行截流，特別是入口處要做好保護措施；如果沒有涵管，則需在上游的路基坡底外側進行加固，防止“不按直道、不走斜道”或通過隧道。第三，黃土路基的邊溝處應鋪設補強，特別是在接頭或勾縫處需保證防水不漏水。

4.1 針對路基陷穴的處理措施

由于濕陷性黃土地區(qū)發(fā)生陷穴是一種常見的病害，對公路路基質量、穩(wěn)定性造成的影響比較大。為降低陷穴病害造成的影響，該工程在進行陷穴處理時，采取防治為主，以處治為輔的方式。濕陷性黃土地區(qū)的坑穴隱蔽性很強，在開挖前應確定其位置、坑穴大小、深度及其影響水源等，可通過使用地質雷達等手段進行勘測。針對路基底部已存在的坑洞，必須勘測探明坑洞的規(guī)模，并進行整體的坑洞處理。防滲措施包括強化地基排水、清除坑洼、降低滲水量、強化植物防護、加固地基防滲、防止路基外側雨水排放，并定期對容易出現(xiàn)坑洞的地區(qū)進行監(jiān)測；對已出現(xiàn)的坑洞，需及時處理。該工程在路基陷穴處理中，按照不同的地質條件選擇的處理方法如表1 所示，取得了良好效果。

表1 濕陷性黃土地區(qū)路基陷穴處理方法和應用地質條件表

經(jīng)過治理的陷穴，其土壤表層采用石灰∶土=3∶7的灰土進行加固，或采用滲透性物質進行加固。根據(jù)圖紙要求，嚴格按照規(guī)定的要求進行粉刷。如果沒有原始設計，則其壁厚不得低于30cm，并將流入坑道的排水排掉，避免形成表面的積水或聚集的水流造成沖刷效應。在案例工程施工中為徹底整治陷穴，采用了如下措施：一是開挖回填。若陷穴暫時不會危及車輛行駛的安全性，此項技術措施為首選技術，既能保證路基的穩(wěn)定性，又不會留下安全隱患；二是若陷穴在道路正下方，無法開挖回填，可采用鉆孔灌砂法、灌注泥漿法進行回填；三是針對規(guī)模比較大，或者與暗河相通的陷穴，可采用網(wǎng)格梁、地基梁等進行跨越處理。但無論采用何種處理方法，都需要做好排水工作，尤其是黃土陷穴，排水設施更要完善和有效。

4.2 針對路基邊坡破壞的處理措施

在濕陷性黃土區(qū)，必須先確定坡體的斷面形態(tài)及坡度，然后再進行坡面沖刷。通常為1∶0.2～1∶0.6。斜坡過大時，水流速度大，對斜坡的侵蝕也較大；斜坡過低時，雨水等難以排出，而滯留的雨水又會侵蝕斜坡，使邊坡的穩(wěn)定性受到一定的影響。同時，為了減小匯水面積，降低水流速度，采取階梯狀邊坡[3]。在坡頂、臺階上設置排水裝置，確保雨水能及時排出。此外，可以采取植被保護或工程保護措施，減輕或消除坡面侵蝕。在濕陷性黃土地區(qū)，一方面應選擇合適的斜坡高度和坡度，另一方面需采取相應的防滲措施，確保邊坡的穩(wěn)定性。同時，加固邊坡可以減輕或消除滑坡。該工程采用三維土工網(wǎng)墊進行邊坡防護，三維土工網(wǎng)墊以熱塑性塑料作為原材料，由兩個或多個的具有較高彈性和較高的表面粗糙網(wǎng)包孔網(wǎng)組成。由于孔洞中有足夠的空間容納泥土，可以將泥土和植物種子混合在一起，有效阻止泥土和種子的丟失，同時也可以阻止泥土的流失。此外，由于網(wǎng)片是不規(guī)則形狀，可以通過氣流和風力在網(wǎng)片上形成一個小小的旋渦作為一個緩沖器。又由于網(wǎng)片的孔狀構造可以提高土壤的滲透率，便于雨水的滲透和植被的萌發(fā)，可減少坡面的水量。土壤中的植被根系與土壤纖維網(wǎng)片彼此交錯，可以構成一種更為緊密的防護膜，具有較強的防腐蝕性能，可大幅度提升邊坡的穩(wěn)定性。

4.3 針對路基路堤破壞的處理措施

在工程路基施工中，因受到濕陷性黃土地區(qū)地形條件的制約，往往會出現(xiàn)跨溝、梁峁結合的情況，因此，在濕陷性黃土地區(qū)通常采用高填方路堤的方式節(jié)省工程費用。高填方路堤往往容易出現(xiàn)塌方，應對路基進行重夯處理，并在必要時進行灰土置換。在填筑過程中，必須選用優(yōu)良的填充物，如果填筑材料不夠好，或因工程造價有限，可以采用黃土，需要注意應以新的黃土為填充物。由于老黃土中的黏粒含量高，黏粒之間的結合比較緊密，導致黃土的結構性較強，而滲透性較差，在填筑地基時很難達到較好的壓實度；新黃土中含有大量的砂礫，可以在填筑地基時獲得較好的壓實性和承載性。此外，可通過采用臺階式邊坡達到防止路基周邊積水，保證路基的整體穩(wěn)定。該工程采用了仰斜式擋土墻來對破壞的路堤進行加固處理，墻身采用C20 片石混凝土，具體的設計圖如圖2 所示。

圖2 路基路堤破壞處理示意圖

此外，還需改良高填方路基回填填料。在路基材料的選用上，舊黃土和新黃土均可選用，并可依地理條件選用，但新舊黃土僅可單獨用作路基，嚴禁新舊黃土混用。新黃土在干濕調節(jié)、透水性、破碎等方面都有較好的優(yōu)越性，在現(xiàn)有條件下，將采用新型黃土，并在使用前進行測試，對各種填充物進行配比測試，使其符合填筑要求。

5 結語

綜上所述，結合實際案例施工成功的經(jīng)驗，分析了濕陷性黃土地區(qū)路基常見病害及處理措施。分析結果表明，在濕陷性黃土地區(qū)進行路基施工中，常常會遇到各種各樣的病害，如路基沉陷、陷穴、邊坡破壞、路堤破壞等，這些病害對公路施工質量、施工安全、施工效率都會造成嚴重的影響。因此，在實際施工中應秉持“預防為主、早預見、早防治”的原則，立足各種病害的成因，采取有針對性的方法和措施，從源頭上處理病害，將病害發(fā)生概率及造成的影響降至最低，提升公路路基的穩(wěn)定性和質量，為今后類似工程施工提供指導和參考。