湿陷性黄土地区铁路桥梁施工风险研究

【摘 要】随着我国湿陷性黄土地区基本建设事业的发展，建设用地日趋紧张，许多大型工程建设项目不得不建在大厚度自重湿陷性黄土场地上。这会使铁路桥梁施工过程存在一定的风险，我们要解决这些问题。

【关键词】湿陷性黄土；铁路桥梁；风险研究

0 前言

众所周知我国是一个土地面积辽阔的大国，但是自然资源的破坏和人为不适当的利用使我国的湿陷性黄土面积在加大，如果在这些土地上进行施工建设带来巨大的风险，本文在此探讨一下湿陷性黄土地区的施工建设问题。

1 湿陷性黄土特性的简单介绍

黄土作为一种具有特殊力学性质的土质，在全国范围内黄土分布面积大约有63.2万平方千米，约占全国陆地面积的6.6%。由于黄土形成环境的特殊性，导致其对水具有特殊的敏感性即湿陷性。湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔隙和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，引起的湿陷变形是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害性大。因此在湿陷性黄土地区进行建设，应根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基受水浸湿引起湿陷对建筑物产生危害。湿陷性黄土场地的湿陷类型，又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两类。自重湿陷性黄土是指在上覆土的自重压力下受水浸湿，发生显著附加下沉的湿陷性黄土。非自重湿陷性黄土是指在上覆土的自重压力下受水浸湿，不发生显著附加下沉的湿陷性黄土。自重湿陷性黄土层、地层特征和物理力学性质与既有的认识有一定差距，地基的湿陷性危害极为严重，体现了我国湿陷性黄土分布的复杂性，给高速铁路建设带来很大的困难。大厚度自重湿陷性黄土场地，泛指湿陷性黄土层厚度大于15m、自重湿陷性强烈的黄土场区。近些年来，随着我国湿陷性黄土地区基本建设事业的发展，建设用地日趋紧张，许多大型工程建设项目不得不建在大厚度自重湿陷性黄土场地上，地基处理的深度和难度越来越大。现有成熟的湿陷性黄土地基处理方法一般只能消除基底下10～15m地基土的湿陷性，为使处理后的地基技术先进、经济合理，尚应研究行之有效的处理大厚度自重湿陷性黄土地基的新方法。

2 湿陷性黄土桥梁施工遇到的风险问题

2.1 地基湿陷性问题

由湿陷性黄土的判定及透水性、湿陷性等特征引出该地区铁路桥梁施工工艺多样、专业性较强的施工特点。在湿陷性黄土地区，桩基处理是重中之重。若处理不当，则会使地上结构物发生沉降、倾斜、甚至是倒塌，影响人民生命财产安全，其使用性更无从谈起。根据湿陷性黄土地区铁路桥梁项目特点及施工风险的特殊性，归纳总结出风险管理流程。在天然湿度下，具有一定的结构强度，遇水浸湿时，强度显著降低，发生湿陷变形。黄土湿陷变形是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，具有突发性、不连续性和不可逆性，对建筑物有很大的危害，是湿陷性黄土地区工程建设必须解决的主要技术问题。黄土的湿陷变形可分为三个阶段：第一阶段为压密变形，通常为线性变形；第二阶段为湿陷变形，变形量大、速度快；第三阶段为饱和黄土的固结变形，变形明显减小并趋于稳定。湿陷性黄土存在湿陷和压缩两种不同性质的变形，以湿陷性变形为主，地基处理的原则是首先消除地基的湿陷变形。新近堆积黄土既存在湿陷变形，也存在较大的压缩变形。饱和度大于80%的饱和黄土，湿陷性已退化，常处于软塑到流塑状态，承载力很低，地基压缩变形大。湿陷性黄土在工程上的特点主要有两个方面：一是力学指标较低，二是在遇水情况下产生湿陷。因此，相对于其他非湿陷性黄土地区而言，要满足高速客运专线的高平顺性要求的难度更大，问题更加突出，需要根据工程情况采取相应的地基处理措施、防水措施和工程措施。

2.2 黄土隧道变形问题

根据黄土隧道的研究与调查，单线老黄土隧道的垂直压力较小，但侧压力相对较大，隧道跨度对围岩压力的影响显著。影响黄土隧道围岩压力的因素很多，通常分为地质因素和施工因素。地质因素包括开挖前围岩的初始应力状态、节理裂隙发育程度及物理力学性质等，工程因素包括开挖方法、衬砌施作时间和隧道断面形状等。黄土隧道具有变形量大、初始变形急剧等特点，围岩变形不局限于在洞周附近，松动圈范围可能发展到地表，随掌子面推进，地面开裂变形相应发展。黄土双线隧道施工较困难，一次开挖进尺不能过大，且支护工序必须紧跟，并注意现场监控量测，及时施作二次衬砌和仰拱，尽早形成封闭结构。隧道洞口地段由于浅埋及偏压，自稳时间很短，受开挖扰动后，极易产生坍塌冒顶现象。施工过程中应行地面水准测量和洞体收敛变形量测，及时掌握洞顶地表和开挖断面的变形情况，根据监测成果及时调整初期支护的强度和施作二次衬砌的时间。稳定性好的路基主要靠控制路基的工后沉降和不均匀沉降以及路基顶面的初始不平顺。这也正是高速客运专线的路基设计、施工与普通铁路的主要区别，高速客运专线铁路主要是以“变形”控制路基的设计和施工，普速铁路主要是以“强度”控制。

2.3 桩基负摩擦力问题

湿陷性黄土中的桩基，当地基浸水时桩周土会发生湿陷，桩土之间形成相对位移，地基土的沉降常大于桩身的变形，在桩周表面产生向下的负摩擦力，与设计荷载叠加，增大了桩基的竖向荷载，影响结构的使用安全。铁路桥梁对基础沉降要求较高的建筑物，在湿陷性。黄土地区一般采用桩基础，应穿过湿陷性黄土层伸入非湿陷性土层内适当深度。位于湿陷性黄土和软土地基中的桩基础，当土壤可能出现湿陷或固结下沉时，地基土对桩身产生相对下沉，会对桩身产生向下的下拉力，应考虑桩侧土的负摩阻力的作用。负摩擦力既与桩土间的相对湿陷量大小有关，还受地基浸水范围、浸水时间和浸水方式的影响，一般通过现场试验确定。自重湿陷性黄土浸水后湿陷强烈，桩基的负摩擦力问题尤为突出。在确定自重湿陷性黄土场地的桩基承载力时，除不计算湿陷性土层范围内的桩周正摩擦力外，还要扣除桩侧的负摩擦力。

3 解决湿陷性黄土施工风险的策略

黄土地区地形复杂，地表破碎、沟谷切割严重，工点设计必须根据工程地质条件进行多方案的比选，如高填与桥梁、桥梁与涵洞、隧道与深挖的比选，科学确定工点方案。深厚湿陷性黄土地区，由于湿陷性黄土较厚，往往路基尤其是路堤工程的地基处理工程较大，按照《黄土建筑规范》地基处理需穿过湿陷性黄土层，并多采用桩基础，工程较大，而且容易形成人为的新集水区，影响工程的长久稳定。因此，建议深厚湿陷性黄土地区线路应尽量以桥梁通过，受地形条件限制时也应尽量考虑以隧道或者路堑通过，并酌情进行地基加固处理。为减小或避免湿陷性黄土地区水对工程的影响，确保工程的长期稳定，应尽量避免设置长路堑工程。不得以时，应考虑结合地形条件设置横向排水盲沟或泄水洞，进行分段排水。

4 结束语

通过本研究的介绍，我们知道了湿陷性黄土建筑存在的潜在的风险。为了减少这些问题的产生本研究提出了一些小的建议，希望改善湿陷性黄土桥梁的建设施工问题。

【参考文献】

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