谈湿陷性黄土地基的处理措施

徐文成 明廷涛 王 斌

(1.中建三局建设工程股份有限公司西北公司，陕西西安 710065;2.中交第二航务工程局一公司，湖北武汉 430012;3.西安曲江建设集团有限公司，陕西西安 710065)

0 引言

黄土在全世界分布广泛，据统计达1 200万km2，约占陆地全面积的9.2%，主要分布在南、北半球的中纬度干旱、半干旱地区及大陆内部、温带荒漠、荒漠地区的边缘和第四冰川地区的外缘。

我国黄土主要分布在我国北方的广大地区，地理位置上，介于北纬32°～45°之间。总面积约65万km2，其中具有湿陷性的约25万km2，分布范围较广，因此不可避免的需在具有湿陷性黄土性质的地基土上进行工程建设。

1 湿陷性黄土性质

1.1 湿陷性黄土的定义

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，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。在我国的西北、华中地区的黄土多具湿陷性。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土。

1.2 湿陷性黄土机理

黄土的湿陷性机理，目前有多种假说模型和各种不同的论点，但可归纳为内因和外因两个方面，内因是取决于土本身的物质组成:颗粒组成、化学成分、矿物成分，外因则是水和土的压力。如熔岩假说、毛细管假说、欠压密理论、胶体不足说等，其中欠压密理论支持者较多。该理论认为，黄土通常是在干旱或半干旱条件下形成，大气降水浸湿带厚度小于蒸发影响带厚度，在大气降水浸湿带厚度范围内，含水量充足，处于较佳压密条件，但由于土层薄，自重力不足，未能有效压密。随着黄土的不断堆积，大气降水影响不到的土层水分持续减少，盐类析出，胶体凝结产生了加固内聚力，虽然上覆土层压力增大，但不足以克服土中形成的加固内聚力，成为欠压密状态，如此循环往复，堆积的欠压密土层不断增厚，一旦浸水较深，加固内聚力消失，便产生了湿陷。

1.3 湿陷性黄土的颗粒组成

我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，各省市地区分布有所区别，具体如表1所示。

表1 我国湿陷性黄土的省市分布和粒径组成 mm

2 湿陷性黄土的工程危害

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，致使路基周围土体软化，土结构迅速破坏，可能产生滑坡、沉陷、潜蚀、管涌、翻浆等，并产生显著附加下沉。就路基的承载力分析，在静荷载和动荷载作用下，路基承载力不能满足要求时，局部或整体产生剪切破坏，影响道路的正常使用，甚至造成道路的整体性破坏。就路基的变形分析，在静荷载和动荷载作用下，均会产生变形，包括沉降、水平位移和不均匀沉降，当变形超过最大允许值时，对道路正常使用功能造成破坏。故在湿陷性黄土地基上进行施工建设，应根据道路的等级、路基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以路基处理为主的综合措施，防止因路基湿陷对道路产生危害。

3 湿陷性黄土路基加固处理

3.1 湿陷性黄土判定

黄土的湿陷性判定多采用室内侧限压缩实验所得的湿陷性系数来判定，实验方法与一般土类似，不同点是在规定压力作用稳定后对土开始浸水，计算土样浸水前后稳定的高度或孔隙比，求出湿陷性系数，判定黄土是否具有湿陷性，计算公式如下:

其中，hp，ep分别为保持天然含水量和结构的土样，在侧限条件下加压到规定压力时，压缩稳定后的高度和孔隙比;hp′，ep′分别为规定压力加压稳定后，浸水作用下再次压缩稳定后的高度和孔隙比。

当 δ＞0.015时，定义为湿陷性黄土;当 δ＜0.015时，定义为非湿陷性黄土。

3.2 湿陷性黄土处理施工工艺

3.2.1 垫层法

将路基以下45°范围内的湿陷性黄土土层全部挖除或挖至设计的深度后，用素土或灰土分层回填夯实，灰剂量根据土体的天然含水率和击实试验确定。垫层厚度通常控制在0.5 m～2.0 m。如此可消除垫层范围内的湿陷性，减轻或避免路基因附加压力产生的湿陷，提高路基承载力，减小路基沉降量。这种方法施工简易，工法成熟且效果显著，是常用的路基浅层处理或湿陷性处理的方法，经过灰土垫层处理的路基承载力可达到220 kPa以上，且有良好的均匀性和承载能力。

3.2.2 土桩和灰土桩法

土桩和灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工复合路基。适用于处理地下水位以上，且深度4 m以上的湿陷性黄土路基，其中土桩主要适用于消除湿陷性黄土路基的湿陷性，灰土桩主要适用于提高填土路基的承载能力。注意:地下水位以下或含水量超过25%的土，不宜采用。土桩和灰土桩的施工方法是利用打入钢套管或振动沉管在地基中成孔，通过挤压作用，使路基得到加密，然后在孔内分层填入素土或灰土后夯实而成土桩或灰土桩。

3.2.3 强夯法

强夯法是利用起吊设备将夯锤提升到设计高度，夯锤自由下落对路基土产生夯击作用，使夯面以下一定深度内的土层达到密实状态，以消除湿陷性、降低压缩性、提高路基承载力。

夯击时锤重和落距与单击能成正比，加大锤重和落距可减少夯击击数，夯击遍数也相应减少，可改善加固效果和经济性。通常夯锤重可取5 t～50 t，落距为10 m～20 m。对相同的锤重，增大落距可获得较大的落地速度，得到更好的加固效果，但落距加大，对起吊设备的性能要求高，加大锤重比加大落距更易于实施。

采用强夯法处理湿陷性黄土地基，土的含水量宜低于塑限含水量(2±1)%，当土的含水量处在最佳含水量附近时，强夯加密效果最好。强夯法加固速度快，加固效果好，投资节约，是较为经济和易实施的路基处理方法。

3.2.4 冲击碾压法

冲击碾压是冲击式压路机带动非圆形轮碾压，非圆形滚轮产生的势能与行驶的动能相互叠加，沿地面进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压法，形成高振幅、低频率的冲击压实作用。高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能，可使地下土层的密实度增大，达到压实的目的。碾压过程中分层检测压实度、含水量、孔隙比、最大干密度、湿陷系数等指标。全部碾压完成后，检测总的沉降量、湿陷系数、压实度，判断是否已经达到设计要求。采用冲击碾压法施工简便，费用较低，在道路工程建设中广泛应用。

3.2.5 预浸水法

预浸水法是根据湿陷性黄土在受水浸渍后，产生湿陷的特点，在施工范围内，大面积浸水，使土体产生自重性湿陷，来消除深层路基湿陷的方法。预浸水法宜用于湿陷性土层厚度大于10 m，自重湿陷量值大于500 mm的场地，浸水的水头高度应大于30 cm，连续浸水时间通过实验以湿陷变形稳定时间为基准，其最后5 d的平均湿陷量小于1 mm/d。此方法的优点是工艺简便、费用低廉，但施工工期长，用水量大，不宜于在干旱缺水的地区使用。

4 结语

湿陷性黄土的各种处理工艺，近年来在道路工程建设中广泛使用，取得了较为显著的技术和经济效益。随着科学技术日新月异的发展，新材料、新技术、新工艺、新理论的不断研究和应用，湿陷性黄土路基的处理也会不断的多样化。因此我们需因地制宜，科学选择，综合使用，并进行严格过程质量控制，使处理的效果达到和超过工程需求。

［1］俞文学.公路工程地质勘查规范［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］罗宇声.湿陷性黄土地区建筑规范［M］.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［3］王继平.灰土挤密桩在特殊地基处理中的设计应用［J］.山西建筑，2012，38(35):118-119.

［4］陈 龙，杜静轩.湿陷性黄土路基施工技术探讨［J］.科技创新与应用，2013(3):81-82.