黄土地区道路的地基处理与特殊路基设计

摘要：黄土是一种在我国分布较为广泛的特殊土体，由于其特殊的工程性，在黄土地区的道路建设中经常要涉及到地基处理和特殊路基设计。本文主要介绍了黄土的基本特性，并总结了在黄土地区修建道路时常用的地基处理方法及常见的特殊路基形式。

关键词：湿陷性黄土 地基处理 路基形式

一、黄土的概念

1.1 黄土的定义

黄土指的是在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土，黄土在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质，叫黄土的湿陷性。

1.2黄土的主要特征

（1）湿陷性

黄土在自然状态下受到地表水的侵蚀，黄土中的易溶盐类溶解，颗粒间的胶合作用力遭到破坏，土粒在水中悬浮再次沉积过程中，碰上已沉积的土粒时，容易形成蜂窝状结构，该结构为水的进一步侵蚀创造了条件，使空隙之间连通、扩展，形成大孔隙陷穴，在自重或外荷载作用下，土体结构遭到破坏，发生大量而剧烈的变形，产生所谓的湿陷性。

（2）直立性

在天然含水量状态下，湿陷性黄土具有较高的强度和较小的压缩性，能支撑垂直边，天然陡壁多呈近 90°的边坡。

（3）膨缩性

湿陷性黄土遇水膨胀，干燥后收缩，多次反复形成裂纹并剥落，影响路基稳定。

（4）崩解性

湿陷性黄土浸入水中，很快就会崩解，进而影响路基强度和稳定。

（5）难压实

最大干密度、最佳含水量较高，较难达到规范要求的碾压密实条件。

（6）受含水量影响大

湿陷性黄土对含水量影响相当敏感，含水量小，则容易扬尘，含水量大于最佳含水量，则容易翻浆。

二、黄土地区道路的地基处理

从治理湿陷性黄土和提高基础强度的角度，都应对结构物地基作相应处理。在设计中常采用如下措施：

（1）加强排水，将基础周围的水排出。

首先在桥头增设排水沟，并根据实际情况适当加长，若排水沟大短，可能造成黄土逐级湿陷、坍塌危及桥涵。其次，加长涵底的铺砌，涵洞接急流槽的，急流槽的长度一定要够，防止涵底基础从下被掏空。为防止冲刷造成湿陷，可将涵洞孔经适当扩大。

（2）地基处理

地基处理的方法有许多种，常用方法有灰土（或素土）垫层、冲击压实法、强夯法、石灰土桩、素土桩等。

①垫层法

垫层法是以灰土或素土做成垫层的处理方法，具有因地制宜就地取材和施工简便等特点，使用较为广泛，通过处理基底下的部分湿陷性。可以达到减少地基的总湿陷量，控制未处理土层的剩余沉陷量。垫层施工时，应先将处理的湿陷性土挖出，然后利用挖出的粘性土或其它粘性土作土料经过筛分后在最佳含水量状态下，将其分层回填夯实，每层铺设厚度应根据夯实机具确定，但单层最大铺设厚度不大于30cm。灰土垫层的灰与土的配合比一般为 2：8或 3：7。灰土厚度一般：2～3m。

②冲击压实法

此发是最近几年新引进的一种处理地基的施工技术，其所需的设备造价比较高，一次性投资较大（约 300～400 万元人民币），对周围环境影响相对较小，对软基及湿陷性黄土地基处理速度快，用于消除湿陷性黄土的湿陷性效果也很显著，对路基土的压实效果也不错。

③强夯法

强夯法是一种适应性很强，既经济又简便的地基加固手段。由于处理效果显著成本低，强夯法已成为处理湿陷性地基广泛采用的方法。湿陷性土层被消除的厚度可达6～10m 。强夯法相对于冲击夯实法，要求公路施工现场周围不能有距离太近的建筑物，否则会影响建筑物的使用安全，其施工造价相对比较经济，所需的设备也比较简单，也容易保证其对湿陷性黄土施工的影响随冲击能的增大而逐渐加深，它既能消除黄土的湿陷性、减小土体孔隙度、排除孔隙水、又能提高地基承载力，与石灰土大面积换填分层压实等方法相比、强夯法具有适应面广、工艺简单、效果好、速度快、费用低等优点。

④灰土挤密桩

挤密法是加固地下水位以上湿陷性土地基的一种方法。在成孔和夯实过程中，原处于桩孔周围的土全部挤入周围土层中使距桩周一定距离内的天然土得到了挤密，从而消除桩间土的湿陷性并提高承载力，成孔时地基土的含水量应接近最佳含水量，并不应大于 23% ，当含水量低于 12% 时，应人工浸水至最佳含水量，这种方法的主要特点是不需要大挖大填，土方量少，处理土层深度可达5～15 m。

（3）桥涵基础处理

在设计中，除对湿陷性黄土本身进行处理外，还应对结构物的基础作相应的特殊设计。首先，对涵洞、通道，凡在坡地上的，应做成整体式基础。厚度为1.5～2m，并适当配筋。这样不仅整体性好，而且相对提高了基底的承载能力。大、中桥的基础设计，尽量采用钻孔灌注桩作基础。黄土地区桩基础的特色就是要在详细地质勘探的基础上确定桩的类型。桩基应尽量选择柱桩，湿陷性土层需考虑负摩擦阻力。

（4）黄土陷穴

黄土陷穴处理应以预防为主，辅以处治。黄土地区陷穴具有较强的隐蔽性，因此，在进行路基施工之前应查明陷穴的位置、大小、深度和影响的水源等，可采用地质雷达等进行探测。对明穴进行回填、夯实，对暗穴则开挖、回填并夯实。

三、黄土地区的特殊路基形式

2.1深路堑

对于湿陷性黄土地区路基边坡坡面冲蚀，首先应该采取合理的边坡横断面形式和边坡坡度。路堑边坡的主要形式有直线型、折线型、台阶型，具体应根据黄土类别及其均匀性、边坡高度确定；边坡坡度一般采用1：0.2～1：06，坡度太大，则水流流速大，对边坡冲刷大；坡度太小，则雨水等不易排走，滞留雨水会浸泡边坡并逐渐下渗，影响边坡稳定。此外，对于高等级道路路堑边坡宜采用台阶形。边坡小平台宽度为2.0～2.5m，边坡大平台宽度宜为4～6m。年平均降水量大于250mm的地区，平台上应设置截水沟，并应予以防护。

2.2高路堤

由于黄土地区地形地貌的限制，道路经常会遇到跨越沟谷和梁峁结合等处，为了节约工程造价，在湿陷性黄土地区常采用高填方路堤。高填方路堤极易发生沉陷、坡面冲刷、滑坍等病害，因此，应该采取重夯处理地基，必要时采用灰土换填。同时，应该采用良好的路基填料，若无良好填料或工程造价受到限制，则可采用黄土填筑，但应注意优先选择新黄土作为路基填料。此外，采取台阶式边坡、封闭路基、防止水的浸湿来保证路基的整体稳定。

2.3坝式路堤

坝式路堤是黄土地区跨越冲沟的一种特殊路基形式， 具有集水功能。其建筑和水工土坝基本相同，但坝式路堤由于坝路合一，故与一般水工土坝也有所区别。坝式路堤可以修建在冲沟任何部位。坝式路堤的主要功能在于它是一种集水坝和路堤功能于一体的公路建筑物，其对于干旱、半干旱地区建设生态公路、改善生态环境、防治水土流失，实现可持续发展具有重要意义。

2.4加筋土路堤

加筋土路堤自1980年起在黄土地区推广，西北较快，陕西和山西最多，原因是黄土沟壑纵横，高路堤，陡坡路堤多，原有土桥技术不太成熟，二是缺乏砂石料，气候干旱。

加筋土路堤的填料考虑摩阻力，最好选用砂黄土，黄土次之，粘黄土工程性较差。路堤需要加强排水并处理好基础。路堤的拉带难以修复，需采用用钢筋混凝土拉带。

【参考文献】

[1] JTG D30-2004公路路基设计规范 [S].

[2] 黄建. 黄土地区坝式路堤设计及应用[J].工程技术，2009.

[3] 詹祥元.湿陷性黄土路基病害分析与处理[J].南阳理工学院学报2011（06）.