湿陷性黄土路基处理与防治措施探讨

霍建兵

(霍永高速公路监管处，山西 隰县 041300)

1 概述

1)黄土分布概述。

据统计数据显示，当前国内的黄土总面积超过了63万km2，大约是世界黄土总面积的4.9%，其中湿陷性黄土所占据的比例非常的大。我国黄土主要分布在黄河流域，比较集中的是黄河中游，如山西西部，陕西及甘肃大部分地区内。黄土分布地区气侯干燥，降水量少，蒸发量大，属于干旱和半干旱地区。黄土分布地区年降水量多为250 mm～500 mm，年降水量小于250 mm的地区，则黄土较少，而代之的是沙漠和戈壁;年降水量大于750 mm的地区基本上没有黄土分布。黄土是典型的大陆性更新世沉积物，黄土厚度最大可达300 m。

2)湿陷性黄土特性分析。

从实践中来看，因湿陷性黄土自身的特殊物理性质而导致其干燥条件下具有较大的强度，一旦被水浸湿之后其结构就会迅速变化，其强度也瞬间降低，进而导致路基的严重破坏。在道路工程建设过程中，湿陷性黄土应用较为常见，因此应当对其自身的特性进行全面的认识和重视。

2 黄土特性

2.1 黄土物理力学研究

从实践来看，黄土干燥时强度大，遇水后就湿陷，这主要是由黄土自身的结构和成分造成的，它具有结构疏松以及孔隙度大等特点，通常可达60%。一般而言，干容重与黄土结构的孔隙度存在着密切的关系，黄土孔隙度越大，其干容重就会越小，即成反比例关系。黄土结构的抗剪强度与黄土自身的湿度存在着密切的关系，其内摩擦角一般在5°～31°之间，最大内聚力强度可达0.42×105Pa。通常黄土结构自身的压缩性、抗剪强度等与黄土自身的结构、组成以及周围的气候环境等有着密切的关系，不同区域的黄土压缩性与抗剪强度存在着较大的差异性，这是由地理条件决定的。

2.2 黄土湿陷性

1)黄土湿陷系数。

黄土的湿陷性判定多用室内侧限压缩试验所得的湿陷系数来判定，试验方法基本同一般土，所不同的是在规定压力作用下并压缩稳定后开始浸水，计算土样在浸水前后并压缩稳定后的高度或孔隙比，求出湿陷系数，用来判定黄土是否具有湿陷性。

2)湿陷性黄土场地的自重湿陷性。

场地的湿陷类型按自重湿陷量或计算自重湿陷量来判定:自重湿陷量7 cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地;自重湿陷量7 cm时，应定为自重湿陷湿黄土场地。

3)黄土的湿陷起始压力。

湿陷性黄土受压浸水后，开始出现湿陷现象时的压力称湿陷起始压力Psh(kPa)。也就是说，如果用在湿陷性黄土地基上的压力小于这个湿陷起始压力，地基即使浸水，也不会发生湿陷。a.黄土湿陷起始压力的测定方法:湿陷起始压力采用载荷浸水试验中P—S的第一拐点。b.影响湿陷起始压力的因素:粘粒含量的影响:粘粒含量多，湿陷起始压力大。孔隙比的影响:孔隙比大，湿陷起始压力小。天然含水量大的影响:天然含水量高，湿陷起始压力大。埋深大，湿陷起始压力大。

3 湿陷性黄土地基处理方法

1)换填垫层法。

换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基处理，其主要施工方法是将路基基础底面以下某一深度的软土层彻底去除，用质地坚硬、高强度以及性能相对比较稳定的填料对其进行分层填充，然后通过机械、人工方法对其进行分层施工作业，以保证其密实度。实践证明，采用该方法对地基、垫层进行处理，可将其上部的荷载有效地转移至下卧层，这样就可以有效地确保上部结构地基承载力，对于降低沉降量也非常的有利。如果垫层的下面存在着软土层，则可通过加速弱土层排水固结，提高其强度，此法用于湿陷性黄土地基可以消除地基的湿陷性。

2)重锤表层夯实法。

该方法主要是在基坑中基础标高位置以下，对天然土层进行有效的夯实，具体夯实加固机理为，让提升高度为4 m、重18 kN～30 kN的夯锤做自由落体运动，通过重复夯打的方法来增大土层的密度，这样就可以有效地改善土层的结构和力学特性，进而建设路基变形量。

3)强夯法。

强夯法是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实。这种冲击引起的振动在土中以波的形式向地下传播。这种振动波可分为体波和面波两大类。体波又包括压缩波和剪切波，面波如瑞利波、乐夫波。

4)土桩及灰土桩挤密法。

在湿陷性黄土地区多采用土桩挤密法。土桩挤密地基是由素土夯填的土桩和桩间挤密土体组合而成。桩孔内夯填的土料多为就近挖运的黄土类土，其土质及夯实的标准与桩间挤密土基本一致，因此它们的物理力学性质也无明显的差异。很显然，土桩挤密法的加固作用主要是增加土的密实度，降低土中孔隙率，从而达到消除地基湿陷性和提高水稳定性的工程效果。

土桩是一种柔性桩，不但桩孔部分夯填土要承受上部荷载，挤密后的桩间土也将分担很大一部分荷载。其主要特点是不需大挖大填，土方量少。

5)振冲法。

振冲法作为一种简单而有效的复合式地基处理加固方法而得到广泛的应用，其原理简单来说是包括两部分，第一是通过振冲装置的强力振动，促使饱和砂层不断液化，重新排列砂粒、减少孔隙;第二是通过靠振冲装置的水平振动作用，不断添加填料，以确保砂层的挤压密实度，通常称为振冲密实法。

6)桩基础。

湿陷性黄土地区采用桩基础的目的，是将桩穿过湿陷性黄土层，落在其下坚实的非湿陷性土层中，以便安全支承从上部结构传来的荷载，如一旦地基受水浸湿，就可以完全避免湿陷的危害。按施工方法桩可以分为打入、钻孔和爆扩几种。

7)砂石桩法。

砂石桩可用于处理松散砂土、粉土、粘性土、素填土及杂填土地基。其工作机理主要靠桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围土的密实度增大，从而使地基的承载力提高，压缩性降低。

8)水泥土搅拌法。

该方法主要是将石灰和水泥当作固化剂使用，利用搅拌机在地基深处对软土、固化剂进行强制搅拌，然后再使固化剂与土层发生物理或者化学反应，从而使软土逐渐硬结，并保证其整体性和强度。通过水泥土搅拌法，可有效提高路基基土的实际强度。该方法与混凝土硬化原理有所不同，后者主要是利用水泥的水解、水化作用，加快混合料凝结。在水泥加固土过程中，由于水泥材料的掺入量非常的小，水解、水化反应总是在一定活性的介质土中进行，因此硬化速度就会变慢，同时也可以看出水泥土的强度增长较混凝土缓慢。

9)高压喷射注浆加固法。

首先在成孔阶段应用该方法，即利用普通钻机进行预成孔操作，或驱动喷射管、带有横向喷嘴的喷射头成孔作业。在成孔过程中，可配合使用钻机、振动等方式和方法，以保证喷射头能够达到设计深度;其次在喷射加固阶段应用该方法，利用高压水泥、15 MPa的压强，经喷射管自喷射头横向喷嘴喷射至土层之中。同时，要保持钻机旋转与向上提升的同步性。实践中我们可以看到，由于高压细喷射流自身具有非常强大的切削功能，因此喷射水泥浆过程中应当是切削四周土体、搅拌混合同步进行，这样才能形成加固体。一般而言，高压喷射注浆法通常包括旋喷、摆喷以及定喷等类型，实践中应根据工程建设的实际需要和土质条件，可分为采用单管法、双管法和三管法。加固体形状可分为柱状、壁状、条状和块状。

4 防排水措施

从本质上来讲，水是黄土湿陷的最主要外因，防排水措施是不可避免的，只有采取内外兼治的方法，才能有效防止黄土湿陷路基病害问题的出现。

1)地面排水。

首先应当确定实践中所用的排水设施种类、出水点，同时利用截水沟和边沟对流向路基和路面的水进行有效的截流，将其引到自然沟谷、低洼河沟之中。在布置排水系统过程中，应当坚持就近排水原则，尽量避免汇集问题的出现，优选地下排水方式和相关设施，并与地面排水设施相配套。同时还要做好排水设施之间的有效衔接，尤其要注意具体施工过程中的防水作业。

2)地下排水。

在进行地下排水作业过程中，基底位置应当设置适当的引水渗沟，并在路堤的上游位置布设截水渗沟，这样可以避免各种病害的发生。同时，侧沟出水口位置也应当留出足够的长度，防止因此而流出的水对边坡填土造成严重的冲刷。

5 结语

对于湿陷性黄土处理措施的控制，将会影响整个工程，湿陷性黄土处理不当，将会引起地基的不均与沉降，路面的破坏等等，所以，只有在湿陷性黄土的处理过程中，仔细琢磨、因地制宜采取合适的方法，提高从事处理湿陷性黄土工作队伍的整体素质，并且要注意环境，不能造成环境的污染，广泛发展适用于各地、各种条件下处理方法，避免片面性，无论在路基施工还是地基施工过程中只有对湿陷性黄土足够重视，才能对路基结构层或地基结构层充分压实，才能保证路基或地基强度、刚度及平整度，保证及延长路基或地基的使用寿命。