黄土地区公路路基沉陷的原因及防治

摘要：在黄土地区，由于其特殊的地形地貌条件，公路极易发生路基沉陷。通过对黄土地区道路调查，总结了路基沉陷发生的原因、位置，并根据黄土自身的特性，提出了合理的防治对策。以期对黄土地区修建公路提供参考与借鉴。

关键词：公路；路基沉陷；原因；位置；防治对策

0 引言

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，下沉稳定后，受水浸湿，土体结构迅速破坏，并产生显著附加变形或下沉，严重影响路基质量。

1路基沉陷发生的原因

通过调查分析，路基沉陷发生的宏观原因具体可以归纳为以下几个方面：

（1）行车荷载的反复作用

在路床底面以上，路基路面承受着行车荷载的反复作用、因气候及水文条件形成的反复冻融和温度、湿度的变化；在路床以下，路基受到随深度而增加的自重应力作用和地下毛细水上升造成的浸湿作用，同时行车荷载所产生的震动波也会随路面、路基的刚度增加而向下传递更深，甚至可能传递到填土以下的原地面土层中，从而造成原地面以下土的压缩变形，土的三相体重新排列，继而引起填土路堤的逐年缓慢沉降。

（2）路基压实度不足

在施工过程中，由于路基填料不好，加之同一层内土方的铺筑厚度没有严格控制在压实机械实际的压实范围之内，填筑厚度超出压实机械有效压实范围的路基填土，达不到压实要求。

规范规定，路床范围内对0cm～30cm厚度内规定压实度要达到95%，而对30cm～80cm则无指标要求。实际上，在路床底面以上范围内，行车荷载对路基土的影响是很大的。因此，规范规定只要求0cm～30cm厚度达到95%的压实度是远远不够的。

（3）路基排水不畅，导致雨水渗透路基

黄土达到一定含水量并且在自重压力或附加压力作用下才会发生湿陷。由于黄土地区地下水位较低，对路基影响不大，因此路基沉陷便与降雨有很大的关系。排水设施设置不当或出现破损渗漏、雨季两侧山坡径流水渗入路基工作区、填方路基边坡降雨入渗都会使路基填土含水量增加，强度降低，增大了路基沉陷发生的概率。

2 容易发生路基沉陷的部位

根据调查，在黄土地区容易发生路基沉陷的部位包括：

（1）新填筑路基下的老地基

黄土山区公路路基形式有填方路基、挖方路堑、半填半挖路基，填方路基又分为高填方路基和一般填方路基。但填土路基不论填筑高度的大小，其沉陷均由两部分组成：一是新填土的自沉；二是新填筑路基下老地基的沉陷。对湿陷性黄土地段的路基沉陷而言，第二部分沉陷是整个路基沉陷的主要原因。

老黄土地基发生沉陷的机理主要包括土体受外力作用后，土体骨架的脆断、土中的空隙被填土压实、土体颗粒重新排列及片状产生弯曲等，同时土中部分空气被挤出，土体向逐步提高其密度和承载力的方向转化。通过一定时间的固结，土体的承载力与外来压力逐步相等时，土体趋于稳定，而沉陷逐步终止。

（2）山区半填半挖路段填方侧沉陷

处于山岭重丘区的半填半挖路基，从横断面来说属于异性断面路基，从理论上讲，无论采取什么方法一般其填挖部分均难达到同等强度形成整体，因此实际使用过程中，路基可能会沿原坡而处出现裂缝或下沉，形成路基一侧的沉陷，造成路面颠簸不平甚至断裂。

（3）处于不稳定边坡区域的山区路基

不稳定边坡区域路基沉陷在黄土山区公路出现的很多，大多是因为机械开挖导致山体人为扰动，或路基本身处于天然滑动面上，在反复重型汽车荷载作用下导致坡体滑动，引起路基整体沉陷，沉陷不均匀导致路面断裂。

3防治对策

防治黄土路基沉陷应从两个方面入手，一是做好防排水措施，并要有效防止排水措施自身损坏引起的渗漏及冲刷，尽量避免水分进入黄土路基内部；二是采取工程措施对黄土地基进行处理，加强地基的整体稳定性，提高承载能力。

3.1防渗加固措施

根据黄土地区公路排水沟渠的破坏形式、特点及成因，在工程中宜采用“消能防渗”为主导的防治措施。消能为了减冲，防渗则为了减少黄土湿陷，最终目的是保持排水沟渠系统自身的使用功能及路基的稳定。

针对黄土地区的特殊性，消能防渗措施具体包括以下几种。

（1）消力池、消力坎：消力池一般设置在排水沟渠与下游排水构造物衔接处，或沟渠出口处，最好使消力池中的水流处于淹没式水跃状态，防止下游的冲刷。消力坎用来拦截排水沟渠上游来水，使水流能量降低，减小对下游的冲刷，一般与消力池配对使用。如图1。

（2）跌坎：在沟渠中可设跌坎消能（图2），通常出口处跌坎连接下游的跌水井，水流落入跌水井，在井中剧烈混掺、紊动，能量得以消耗。根据需要也可设多级跌坎，此时跌坎的消能主要通过跌水后的水跃或水流碰撞完成，因此每道跌坎下设一个小平台即可出现水跃，增加消能效果。

（3）加糙：水流动能与流速的平方成正比，若能有效地减小水流流速，则可大大减小水流能量，进而减轻水流对排水沟渠出口的冲刷。由公式V=（V为平均流速，n渠道糙率，R为过水断面水力半径，i为渠道底坡坡率）可知，增加渠道粗糙度，能有效减小流速，起到消能的作用。图3为常用的工程加糙方法。

（4）挑流或射流：用于流速较大沟渠的出口，水流沿抛物线轨迹挑射至空中，射流在空中掺气、扩散、水质点相互混掺碰撞，消除了部分能量，因挑流后水流落点集中，在落点处形成冲坑，直至冲坑水深足以消除余能达到冲淤平衡状态时为止。

3.2常用的工程措施

湿陷性黄土地区路基沉陷防治应根据具体土质情况选择处理方法，常用的工程处理措施有以下几种：

（1）土垫层法

在湿陷性黄土地基上设置土垫层是一种具有悠久历史的地基处理方法，但也是目前桥涵及防护构造物基础下湿陷性黄土最普遍采用的一种处理方法。土垫层有素土垫层、灰土垫层、砂砾垫层之分，其中3：7灰土垫层应用最广，特别在涵洞基底处理中比较适宜。

（2）冲击压实法

冲击压实是从南非LANDPACA公司引进的一种岩土压实新技术。该技术通过近几年的工程实践，已在国内10多个省市公路、机场路基工程中应用，并在湿陷性黄土地基处理和湿陷性黄土路基压实补强上取得了较好的效果。冲击压实技术目前在黄土地区主要用于处理湿陷性黄土地基和黄土路基的补强。

（3）强夯法

强夯法冲击能量巨大，它能使深层土体产生冲切变形，从而达到动力密实的目的，因此它属于深层动力密实法的一种，可以消除较深层黄土的湿陷性并提高地基承载力，主要用于三级以上厚层自重湿陷性黄土地基、高压缩性新近堆积黄土地基和人工松填黄土地基的加固处理。

（4）挤密桩法

挤密桩处理适合于需处理地段不大的场所或不适合强夯处治的场所。常用的方法有主要有粉喷桩法、灰土挤密桩法、生石灰桩及灰土、碎石和干拌水泥碎石桩挤密法等，对于处理10m以内路基下沉病害，采用灰土挤密桩加固技术是较为理想的方法之一。

4 结语

路基沉陷严重影响公路的使用功能，尤其对于在湿陷性黄土地区更是如此。本文结合湿陷性黄土自身的特点，提出了具有针对性的防治措施，对于如何更加有效地预防和防治路基沉陷还待进一步研究。

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