浅谈湿陷性黄土路基技术措施的综合运用

摘要：湿陷性黄土路基是基础工程中最为复杂的地基类型之一，通过分析湿陷性黄土的主要工程特性，结合实际工程，着重从封水和排水两方面运用技术措施，减少和降低水对湿陷性黄土的直接侵蚀，解决了湿陷性黄土路基的病害问题，大大提高道路通行能力和行车舒适性，对于目前城市高度发展的汽车时代，具有重要意义.

关键词：湿陷性黄土；路基；防治

中图分类号：U231文献标识码： A 文章编号：

兰州地区处于是湿陷性黄土分布的陇西地区，分布广泛，厚度大，湿陷性敏感。兰州地区城市道路基本上实施湿陷性黄土路基。近年来，夏季降水逐渐增多，特别是强降水过后，路面不时出现湿陷性黄土路基湿陷，路面破坏的现象。

榆中县和平至定远镇改扩建工程是兰州市城区东扩的前奏曲，该工程的建成将有力促进沿线地区城镇化进程。本次道路路基全部是湿陷性黄土路基。消灭湿陷病害，减少工后沉降，是本工程的施工重点。

工程实施中，综合运用了如下多项施工技术措施，着重解决湿陷性黄土的湿陷病害。1、路面结构层下设置90cm 5%灰土垫层；2、检查井周围1m范围内3：7灰土分层夯实回填；3、填方路基路肩50cm范围5%灰土填筑封边；4、路堑边坡利用组合式护坡和截水沟有效截水导流；5、路基两侧石砌边沟和过路管涵有效排水；6、中央隔离带绿化排水。

通过这些技术措施的综合应用，对湿陷性黄土的湿陷病害进行了有效的防治，取得了很好的效果，本工程竣工近3年来沉降一直在允许范围内。

一、湿陷性黄土概述

1、湿陷性黄土定义和形成

湿陷性黄土是指在一定的压力作用下受水浸湿时，土的结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。一定的压力作用一般指上覆土层自重应力或者是自重应力和附加应力共同作用。

湿陷性黄土的这种特性究其原理是黄土在干旱或半干旱气候条件下，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，被由细粉粒、粘粒和一些水溶盐类形成的胶结物的凝聚结晶作用牢固地粘结着，故湿陷性黄土，在天然状态下具有较高的强度。

当湿陷性黄土在一定压力作用下受水浸湿时，一方面，水对各种胶结物起软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。 另一方面湿陷性黄土是始终处于欠压密状态，受水后土的破坏较大，湿陷形成。湿陷性黄土欠压密状态是由于处于干旱或半干旱气候条件下，无论是风积、坡积或洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。接近地表2--3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。

2、湿陷性黄土的分布

黄土在世界各地分布很广，面积达1300万平方公里，约占地球陆地总面积的9.3%。中国黄土主要分布于北纬33°～47°之间，尤以34°～45°之间最为发育，总面积约为63.5万平方公里，占世界黄土分布的4.9%左右。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的60% 左右，主要分布于黄河中、下游地区，厚度最大达30 m左右，并具有自东向西、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。

二、工程概况

1、工程道路情况

榆中县和平至定远镇道路改扩建工程位于兰州市榆中县定远镇境内，道路工程主要是对原312国道进行改造扩建。道路西起和平镇猪咀岭K2+200，沿312国道向榆中县方向前进，东至定远镇干河桥头K7+580，道路总长5.38公里，城市一级主干道标准，道路路面标准宽度35米，双向六车道。道路路基填方约为32万立方米，全部为合同段内利用方填筑，取自猪咀岭。

2、工程地质情况

工程所在地榆中县深居内陆，属温带半干旱气候，主要特征是具有明显的大陆性和季风性，冬季漫长寒冷，夏季短促无酷暑，雨热同季，降水少。热量丰富。沿线地形总体上东南高，西北低。地貌分类统称为黄土地貌，沿线主要地质岩性特征中全区大面积分布第四系（Q），其中中更新统为老黄土、砂砾。上更新统至全新统为黄土。全新统为黄土、粗砾砂、人工填土。

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025-2004）工程所在地榆中县属湿陷性黄土分布陇西地区。根据土工试验结果，湿陷性黄土层厚度为6-12m，湿陷系数（δs）0.018-0.121自重湿陷系数（δzs）0.016-0.084，其湿陷等级为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。属中压缩性土。

三、湿陷性黄土路基综合处理技术措施

兰州地区处于西北内陆，与沿海城市相比，经济欠发达，城市基础设施改造提升才刚刚起步，新材料、新工艺、新技术、新方法应用均较少。城市道路路基施工受各方面条件制约，均采用的湿陷性黄土填筑。兰州地区全年降水很少，但昼夜温差较大，且近年来受全球气候的影响，每年夏季降水次数逐渐增多，且强降水的次数较多。每次强降水高低温的骤然变化对沥青路面的损害较大，造成路面病害，进而侵入到湿陷性黄土路基。一旦破坏缺口打开，降水侵入，湿陷性黄土路基在降水的过程迅速破坏，形成路面塌陷，造成不可估量的损失。近年来，兰州地区不时出现降雨过后，路面塌陷，造成交通事故的情况。

本工程实施中，为解决湿陷性黄土路基的病害问题，我们着重从封水和排水两方面运用技术措施。

1、路面结构层下设置5%灰土垫层

本工程道路线路较长，工程进场时，道路全线的征地拆迁工作并没有全部完成。本工程施工性质是对国道312线改造扩建，施工期间，国道312线的交通不能中断。综上所述，本工程道路施工只能是分段落、分幅面陆续进行。因此，本工程对湿陷性黄土路基的处理施工将会持续在道路路基施工的全部阶段，不能像房屋建筑工程一样仅作为一项分项工程，持续在工程的一小段工期内。所以，本工程对湿陷性黄土路基的处理选择灰土垫层法。

垫层是路面结构的重要组成部分， 起着连接路基和路面、隔水及传递路面荷载的作用。垫层应具备良好的水稳定性。

本工程全路段路面结构层下设置90cm厚度的5%灰土垫层，避免水直接侵入湿陷性黄土，造成湿陷病害。

土掺入石灰后，石灰与土发生强烈的相互作用，其主要物理与化学反应包括离子交换、Ca(OH)2结晶、碳酸化和火山灰反应。Ca(OH)2离解后的Ca2+与粘土胶体颗粒反离子层上的K+、Na+发生离子交换后，使得胶体吸附层减弱，胶体颗粒发生聚结，石灰土形成强度。Ca(OH)2与水作用形成的含水晶体把土粒胶结成整体，从而提高石灰土的水稳定性。而在CaCO3形成的碳酸化反应及形成硅酸钙与铝酸钙过程的火山灰反应促进提高了石灰土强度和稳定性。

表 素土、3:7灰土、5%灰土最大干密度与最佳含水量对比

上表为我工程两个年度所做的土壤的击实。通过比较可以知道，灰土的干密度较素土的干密度小，最佳含水量有了提高，灰土的孔隙比较素土的孔隙比小，减少了湿陷性，并且灰土的干密度小而强度较高，相应减少了自重，减少了对垫层下路基的自重压力。

灰土垫层的有效实施，一方面采用工程内利用土填方，保证了工程内土方平衡，没有实施工程量较大的借方和弃方，间接保证了生态平衡。另一方面，灰土垫层施工工艺实施较方便，保证了工期。

2、检查井周围回填3：7灰土

本工程道路路面全线下敷设雨水、污水管道，管道检查井周围回填质量也是工程控制的重点，如若采用湿陷性黄土回填不做任何技术措施处理，一方面降水会直接入侵回填土，造成黄土湿陷，检查井周围塌陷；另一方面，检查井和管道在年久失修的情况下发生渗漏，管道水也会侵入检查井周围的黄土，造成湿陷，进而影响到路面塌陷。检查井周围路面塌陷大大降低了道路的通行能力，影响行车舒适性。

因此，本工程实施中，我们对检查井周围1m范围内从井底至路面结构层下均采用3：7灰土回填，回填每15cm一层，小型夯实机具逐层回填。

3、填方路基路肩灰土封边

本工程K4+700～K5+200段为高填方路基，填方高度达到了8m，为防止降水对边坡湿陷性黄土的入侵，工程实施中，我们采用5%灰土对填方路基两侧封边的措施。每层路基填筑施工时，利用测量仪器定位该层路基两侧50cm范围，对其进行5%灰土填筑封边。

上述三种技术措施，均是利用的灰土的良好的水稳定性，阻止水对湿陷性黄土路基直接侵蚀，从封水的角度，降低湿陷性黄土路基的湿陷病害。

灰土施工中，石灰应使用块灰或生石灰粉，Ⅲ级以上的，使用前应充分熟化过筛，粒径不大于5mm，活性CaO+MgO含量不得低于50％，并不得加有未熟化的生石灰和含有过多的水分。

灰土垫层施工更要注意，灰土拌合后，应进行闷料，时间为3h。生石灰与土混合后，在发生剧烈变化的同时会因消解而产生水化热，水化热加速反应的进行，能提高混合料的性能，若碾压成型过早，水化热会使施工层胀松隆起，严重影响施工质量且造成水化热不能充分利用，降低施工效果。

4、组合式护坡和截水沟排水

本工程K2+200～K2+400段为道路路堑高边坡。工程实施中，对路堑高边坡一方面采用分级石砌拱形骨架，骨架内种植根系发达的植物的组合形式护坡，每级高度8m；另一方面高边坡坡顶沿道路纵向设置石砌截水沟，组合护坡每级设置石砌排水沟，将水逐级自上而下引至道路两侧排水沟内有控制排泄，防止降水和其他水流对边坡和路基任意侵蚀。

5、道路两侧边沟和过路管涵排水

本工程道路填筑高度超过1m，路堑边坡高度超过1m的道路两侧设置排水边沟，控制水流有效分段排泄。道路两侧仍分布农田，农田的灌溉系统需要过路。工程实施中，结合排水边沟和农田灌溉系统的需要，横穿道路采用管涵的形式实施，将边沟排水和农水利用管涵穿越道路，防止水对湿陷性黄土路基的冲刷和侵蚀，降低湿陷病害。

6、中央隔离带绿化排水

本工程道路双向分隔通行，道路中央设置绿化分隔带。为防止绿化浇水经土壤渗透后对湿陷性黄土路基的侵蚀，工程实施中，绿化换填种植土前，对绿化带沟槽两侧和槽底满铺土工布，一布一膜，400g/m2，再纵向铺设一条带孔塑料排水管，排水管利用碎石包裹，碎石厚度20cm，碎石上再回填种植土。利用这种形式，将绿化土壤中的渗透水有效控制进入塑料排水管，塑料排水管就近接入雨水排水系统。

结论及建议

本工程道路路基在2009年8月底全部实施完毕，于2010年6月进行了沥青面层的施工，施工前对下承层的横断面高程进行复测，工后沉降很小。工程于2010年9月28日竣工，工程保修期一年，经实际通车检验，通行能力未降低，实施效果很好。

湿陷性黄土路基的实施，必须要封水和排水的两个角度采取技术措施，减少和降低水对湿陷性黄土的直接侵蚀，避免湿陷病害。尤其是灰土垫层法的实施，对于湿陷性黄土地区，既可以用于新建道路，减少湿陷病害和工后沉降；又可以用于现有道路管理和维护，对湿陷病害严重的地段，清除原有道路结构层，对路基掺入灰土进行处理，重新碾压密实，形成路面结构下的灰土垫层，再重新实施路面结构层，彻底消除路面湿陷病害，大大提高道路通行能力和行车舒适性，对于目前城市高度发展的汽车时代，具有重要意义。

灰土施工，要严格控制灰剂量，避免水化热反应造成的施工层胀松隆起，出现新的道路病害。

参考文献

[1]《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004

[2]《城市道路工程施工与质量验收规范》 CJJ 1-2008