浅谈湿陷性黄土路基处理技术

摘要：通过了解湿陷性黄土的工程特性，简要分析湿陷性黄土路基沉陷机理，提出处理湿陷性黄土路基的几种方法，对类似路基工程的施工具有一定的指导意义。

关键词：湿陷性黄土；工程特性；处理技术

中图分类号：P642.13 文献标识码： A

On Processing Technology of Collapsibility Loess Foundation

LIU Xun-ju

(Taiyuan Railway Construction Co., Ltd., of China Railway Sixth Group

, Taiyuan 030031, Shanxi, China)

Abstract: By understanding the engineering properties of collapsible loess, subsidence mechanism of collapsibility loess foundation was briefly analyzed, Several methods to collapsibility loess foundation were proposed, which have certain guiding significance for similar subgrade engineering construction.Keywords: collapsible loess; engineering characteristics; processing technology

0引言

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土。

在中国，湿陷性黄土广泛分布于东北、西北、华中和华东部分地区[1]。在这些地区建设公路必须要考虑，由于路基地基湿陷引发的沉降对公路建设过程中可能造成的危害，选择适当的路面地基处理方法，消除地基湿陷或因少量湿陷所造成的危害。我们可根据湿陷性黄土的特点和实际工程质量技术要求，采取以路面地基处理为主的综合处理措施，防止路面地基湿陷，保证公路的安全与正常使用，做到技术先进，经济合理。

1湿陷性黄土的工程特性

在天然状态下，湿陷性黄土的工程特性为：a) 塑性较弱，液限一般23%～33%，塑限为15%～20%，塑性指数多为8～13；b) 含水较少，天然含水率一般10%～25%，常处于半固态或硬塑状态，饱和度一般为30%～70%；c) 压实度程度很差，孔隙较大，孔隙率大，常为45%～55%，孔隙比0.8～1.1，干密度常为1.3 g/cm3～1.5g/cm3；d) 抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩较明显，遇水失陷明显；e) 透水性强，由于大孔和垂直节理发育，故透水性比一般粘性土要强得多且具有明显的各向异性；f) 强度较高，尽管空隙率高，但压缩性仍然属于中等，抗剪强度较高。

1.1湿陷性黄土的颗粒组成

在中国，湿陷性黄土以粉土颗粒为主，约占总重量50%～70%，其中0.05ram～0.01ram的粗粉土颗粒约占总重的40.60%，小于0.005ram的粘土颗粒约占总重的14.28%，大于0.1ram的细砂颗粒占总重5%以内，基本上无大于0.25mm的中砂颗粒[2]。

1.2湿陷性黄土的湿陷原理

研究表明，黄土的结构特性和胶结物质的水理特性决定了黄土湿陷的机理。黄土是干旱条件下风尘堆积物经黄土化过程形成的，是受干冷气候作用形成的一种古土壤。黄土中粗粉粒和砂粒在黄土结构中起支撑作用，由于结构疏松，接触连接点少，因而架空孔隙多。在土层水分不断缩减情况下，土中所含的各种化学物质和一些无定型的盐类析出，形成胶体凝结，从而产生了加固凝聚力。在土层湿度不高的情况下，由于上覆土层无法克服土层中形成的加固凝聚力，就会形成欠压密状态土层，这种土层遇水后胶结物就会软化溶解加固凝聚力，从而导致湿陷的发生。

依据上述原理，在实际施工过程中，我们可以通过检测湿陷系数δs来鉴定黄土的性质，若δs≥0.015则属于湿陷性黄土。

2湿陷性黄土路基处理

2.1换填土

将路基基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度，然后分层夯填灰土、素土或砂石。夯填厚度约为1m～3m，湿陷黄土路基常采用该方法处理。换填土用于置换基础以下适当范围内的湿陷性土层，以降低路基的湿陷量，此外，换填土还可视为地基的防水层，能减少路基以下天然黄土层的浸水机率，同时，施工简易，效果显著，是一种比较常用的路面地基浅层湿陷性处理法，实际工程中经常采用2：8灰土或3：7处理路面地基，灰土中的石灰遇水后通过化学反应可形成不溶性的CaCO3层从而起到防水层的作用，经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到250kPa，素土垫层可达180kPa。2.2强夯法

强夯法一般通过10t～40t的重锤和10m～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少可能出现的不均匀沉降。

2.2.1强夯法施工工作流程

强夯地基前应注意：a) 清理场平，测量夯前地面高程；b) 试夯并记录夯击次数；c) 铺垫层或人工降低水位（特殊情况），目的是在地表形成硬层，以便支承起重设备，确保机械通行和施工，又可加大地下水和地表水的距离，防止夯击时夯坑积水或夯击效率降低。

施工步骤：a) 标出第一遍夯击点位置，测量其高程 ；b) 起重机进场就位，夯锤对准夯击点；c) 测量并记录夯前夯锤顶高程；d) 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现坑底倾斜而使夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；e) 重复上一步骤，按设计要求，完成一个夯击点的夯击；f) 换夯点，重复b～e步骤，直至完成第一遍全部夯点夯击； g) 填平夯底并测量其高程；h) 按以上步骤完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，夯实表层，并测量其夯后高程[3]。

2.2.2强夯施工参数的确定

强夯施工参数主要依据实际工程场地的土质情况、工程质量标准和试夯参数来确定，试夯参数为：a) 有效加固深度，其计算公式为：H=，（1）

式（1）中H为有效加固深度；W为夯锤重；h为落距；a为与土的性质和夯击能等有关的系数，一般变化范围为0.5～0.9；

b) 单击夯击能，按单点夯击能考虑，其计算公式为：E=W×h，（2）

式（2）中，E为单击夯击能(kN·m)，W为夯锤重，h为落距；

c) 夯点的布置及间距，为了使夯后路面地基比较均匀，较大面积的强夯处理，夯击点一般按三角形或正方形布置，便于施工。夯点间距的确定，主夯和副夯时夯点间距一般为4m，满夯时夯点彼此搭接长度为1/4夯锤直径。

2.3预浸水法

在公路施工建设中，如若采用预浸水法时，应先对湿陷性黄土路基进行大面积浸水，让土体在饱和自重应力的作用下，发生自然湿陷，使之压密，从而达到消除路面地基湿陷性的目的。一般情况下，预浸水法主要适用于湿陷性强、黄土厚度大于10m的自重湿陷性黄土路基。由于浸水时场地周围地表会出现下沉开裂，引起“跑水”穿洞现象，因而会威胁到周边建筑物的安全，所以，预浸水法处理湿陷性黄土路面地基适用于空旷地。此方法用水量大，处理1m2 面积用水量可达5t以上，施工周期长，从浸水开始至下沉稳定，至少需要一年。因此，预浸水法只有在水源充足，施工准备时间长的情况下，才适用。2.4挤密法在处理湿陷性黄土路基时，通常采用灰土挤密桩。灰土挤密桩属于一种柔性桩复合地基，它是通过夯实的桩身和挤密的桩间土提高地基强度，又通过桩间土的挤密达到消除湿陷性的目的，是湿陷性黄土地区重要的地基处理方法之一。在路面施工过程中，根据设计方案，先挤土成孔，然后向桩孔内分层夯填灰土至设计标高，以达到设计标准。最后通过在成孔或桩体夯实过程中所形成的横向挤压作用，挤密桩间土体，从而促进复合地基的形成，共同承受基础的上部荷载。

灰土挤密桩一般适用于处理地下水位以上或含水量范围在14%～22%的湿陷性黄土路基。灰土通常采用3:7灰土；桩孔处理深度一般不小于3m，处理深度过小就会不经济，在路基施工中，桩孔处理深度可达12m～15m；处理宽度应大于基础宽度；桩径一般采用300mm～600mm，桩径过小，则需增加桩数来满足承载力，从而增加打桩和回填工作量，过大则会使桩间土挤密度不够；桩距需通过试验和计算来确定；桩孔按正三角形或梅花形布置，桩间土挤密后3个孔之间土的平均挤密系数不应小于0.93。

2.5化学加固法

化学加固多用于湿陷事故处理。是利用某些化学溶液注入地基土中，通过化学反应生成胶凝物质或使土颗粒表面活化，在接触处胶结固化，以增强土颗粒间的连结，提高土体的力学强度的方法。化学加固法主要有硅化加固法、碱液加固法、电化学加固法和高分子化学加固法，前两种比较常见。

2.5.1硅化加固法

通过打入带孔的金属灌注管，在一定的压力下，将Na2SiO3溶液注入土中；或将Na2SiO3及CaCl2两种溶液先后分别注入土中。又称单液硅化和双液硅化。单液硅化适用于加固渗透系数为 0.1m/日～2m/日的湿陷性黄土，将10%～15%的Na2SiO3溶液掺入2.5% NaCl2溶液中，将混合溶液注入土中,在土粒间及其表面形成硅酸凝胶,可以使黄土的无侧限极限抗压强度达到0.6 MPa～0.8 MPa。双液硅化适用于砂性土。

2.5.2碱液加固法

碱液对土的加固作用不同于其他的化学加固方法，它不是从溶液本身析出胶凝物质，而是碱液与土发生化学反应后，使土颗粒表面活化，自行胶结，从而增强土的力学强度及其水稳定性。为了促进反应过程，可将溶液温度升高至80°C～100°C再注入土中。加固湿陷性黄土路面地基时，一般使溶液通过灌注孔自行渗入土中。黄土中的钙、镁离子含量较高，采用单液即能获得较好的加固效果。3结语以上5种处理方法，近年来在中国公路建设中已被广泛使用，并取得了良好的效果。随着科学技术的迅速发展，对新材料、新工艺的研究使用，湿陷性黄土路基的处理方法会越来越多，越来越合理。实际工程中，往往不会使用单独的一种方法来处理湿陷性黄土路基，有时会同时使用2种或2种以上的方法同时处理使其达到更好的效果，我们可因地制宜，合理选择，严格控制质量，使路基处理的效果达到设计要求。

参考文献：

[1]杨志成.李伟峰.浅谈湿陷性黄土地质特性及处理方法[J].公路2012(04),196-198.

[2]薛新建.浅谈湿陷性黄土地基的处理[J].中国西部科技2010(35) 42-43.

[3]麻林.黄土地层中水工隧洞衬砌结构计算研究[D].兰州:甘肃农业大学,2009.