浅谈多丰铁路湿陷性黄土路基处理措施

2014-05-07赵作林

铁道勘察 2014年2期

赵作林

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州 450001)

新建多伦至丰宁段地方铁路，简称“多丰铁路”，项目位于河北省承德地区丰宁县境内，北起东水泉隧道出口，沿滦河南下，经大骡子沟、牛圈子，翻越梁家营进入潮河流域，经上窝铺、上黄旗、土城子，与虎什哈—丰宁铁路终点丰宁站接轨。本线主要通过的工程地质分区包括:坝下剥蚀中山区及山间谷地、河床河漫滩等。坝下剥蚀山区地层以中生代火山岩系和燕山期花岗岩系组成，由于山势陡峻、裂隙构造发育，岩体破碎;本线不良地质类型主要为崩塌堆积、泥石流及风沙堆积，上部上更新统砂质黄土质粉土普遍具有轻微至中等的湿陷性，黄土质粉土丘陵及高阶地冲沟陡壁易崩塌，沟底多有崩塌堆积物，工程地质条件较差。

1 沿线自然特征

1.1 气象特征

本区属中温带半干旱半湿润大陆季风型山地气候区，冬长寒冷干燥少雪，夏短炎热多雷降雨，春季干旱少雨，秋季天凉气爽，冷暖适中;历年平均日照时数2 754.8 h，日照时数百分率为65%。年平均气温为7.2℃，最热月平均气温为22.6℃，最冷月平均气温为－10.7℃，年极端最高气温为40.5℃，年极端最低气温为－28.1℃。土壤冻结时间为11月中旬至次年4月底，最大冻结深度1.40 m。降水分布不均，六月至九月为雨季，年平均降水量457.4 mm，其中夏季降水量为303.4 mm，占全年总降水量的三分之二，主要集中在七月、八月份。年平均蒸发量1 628.4 mm，年平均湿度53%。冬春季盛行西北风、北风，夏季多为偏南风(东南风、西南风)，年平均风速1.9～2.0 m/s，极端最大风速14.3 m/s，年平均大风日数为42.7天，以四月、五月份最多。

1.2 地形地貌特征

东水泉—丰宁属中山区，海拔高度在650～1 700 m之间，地形起伏较大，沟谷下切强烈，山坡自然坡度为15°～40°，大部分基岩裸露，局部山坡脚覆盖新黄土质粉土，分布无规律，厚度差异较大。主要河流有滦河、潮河，河谷宽阔，岸坡明显，局部河岸为基岩陡壁，陡壁高30～40 m，河床内覆盖第四系卵石土、碎石土及砂类土。

2 湿陷性黄土的工程特性及危害

2.1 多丰线湿陷性黄土的特性

多丰铁路湿陷性黄土主要分布在哈拉海湾至丰宁的山坡坡脚和潮河河谷岸坡，沿线路长度约为50 km;另外，东水泉至哈拉海湾的滦河河谷岸坡及山间谷地中也零星分布。多丰线黄土质粉土为第四系上更新统冲积、坡积和风积层，多呈淡黄、灰黄色，厚度5～30 m;结构较为致密，质地均匀，以粉粒含量为主，多具垂直节理，边坡具有较强的直立性，属Ⅱ级非自重湿陷性黄土质粉土。湿陷性黄土质粉土层厚2～5 m，湿陷系数0.015～0.057，孔隙比0.86～1.09，塑性指数一般9～12，压缩系数一般为 0.06 ～0.3 MPa－1。局部深切冲沟、坳谷地下水位较高地段，分布有饱和黄土质粉土;湿陷性黄土质粉土和饱和黄土质粉土抗剪强度低、压缩性高，属中等压缩性土;其余地段新黄土质粉土含水量较低，抗剪强度较高，属低压缩性土。

2.2 黄土湿陷的原因和机理

湿陷原因与机理问题，是湿陷性黄土研究领域中的一个基本课题。多少年来，不同学者通过各种途径来探求这个问题，对黄土湿陷原因与机理的认识，可以归纳为以下几点:

①干旱、半干旱的气候环境，使黄土堆积具备了欠压密的大孔隙结构，这是黄土产生湿陷的一个重要条件。

②黄土在荷载和浸水作用下，结构连接的松弛和强度削弱是产生湿陷变形的基本原因。

③黄土微结构特征的不同，即组成黄土骨架颗粒的成分、形态，颗粒间连接的性质，孔隙发育状况的不同，湿陷变形发生的迟缓和剧烈程度就不同。

④在有侧限的压缩实验中，土的压缩变形本质上是一种粒间受剪现象，能够引起变形的应力大小决定于土的抗剪强度。所以，土的凝聚力和内摩擦力，是影响这种变形的基本因素。在荷载和浸水联合作用下，由于连接强度的进一步削弱破坏而发生的湿陷变形，则是一个较复杂的物理化学过程。从这个意义上讲，黄土湿陷的机理及原因，至今并未了解得十分清楚。

总之，黄土的湿陷性主要取决于土的内在基本特征、所处地区的地质环境这两个方面的因素。同时，这两个因素也决定了黄土的其他工程地质性质。

2.3 湿陷性黄土的危害

在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害。湿陷性黄土的危害主要表现在以下几个方面:湿陷性、膨缩性、崩解性、压实难及受含水量影响大。湿陷性是湿陷性黄土最明显的表现特征，它是指黄土在一定压力下受水侵湿后，造成土中的空隙扩大、连通，土结构迅速破坏而发生显著下沉的现象。膨缩性是指其遇水膨胀，失水收缩的特性。崩解性是指其侵水后，土颗粒迅速分散，造成土体分崩解体。压实难及受含水量影响大是指在施工过程中难以控制施工质量，施工条件难以满足规范要求。

因此，湿陷性黄土具有多种不利工程路基稳定的特性，针对湿陷性黄土的各个不利特性，要采取相应的技术措施进行处理。

3 湿陷性黄土路基处理措施

3.1 湿陷性黄土常用路基处理措施

国内众多项目的工程实践证明，湿陷性黄土的处理方案主要有以下几种:换填法、挤密桩法、强夯法、预侵水法等。针对不同湿陷性黄土的工程特性，采取相应的处理措施，既可以节约投资，又能达到工程的预期效果。

3.2 多丰铁路湿陷性黄土路基处理措施

(1)路堤地段

采用灰土挤密桩加固地基，路堤在基地(两侧排水沟外缘外1 m)范围内，使用桩径0.4 m、桩距1.2 m的灰土挤密桩，采用等边三角形布置，桩长6 m，桩顶设0.3～0.5 m厚2∶8灰土垫层。有排水沟时，路堤坡脚内1.5 m至排水沟及排水沟砌体下均以二八灰土封闭(厚0.3 m);无排水沟时，坡脚内1.5 m至坡脚外2.0 m用厚0.3 m二八灰土封闭处理(如图1所示)。

图1 路堤地段湿陷性黄土处理措施

(2)路堑地段

当湿陷性黄土埋深在路肩以下小于4 m时，基床与侧沟平台进行冲击碾、重锤夯实处理，消除黄土湿陷性;在侧沟及天沟周边砌体下采用0.3 m厚二八灰土垫层封闭。然后路堑在基床表层及以下0.5 m换填A组填料，换填底面铺设一层两布一膜，两布一膜下铺设一层0.05 m的中粗砂，两布一膜上铺设一层0.10 m的中粗砂。当湿陷性黄土埋深在路肩以下大于4 m时，处理措施与路堤地段相同，在路基面(含侧沟及侧沟平台)范围内，使用桩径0.4 m、桩距1.2 m的灰土挤密桩，采用等边三角形布置，桩长6 m，桩顶设0.3～0.5 m厚2∶8灰土垫层，侧沟及天沟周边砌体下采用0.3 m厚二八灰土垫层封闭(如图2所示)。