灰土换填处理湿陷性黄土路基施工工艺

(郑州路桥建设投资集团有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

近年来，伴随我国经济持续增长，公路建设里程越来越长，规模持续扩大。越来越多公路不得不修建到不良地基之上，如湿陷性黄土路基，此类地基湿陷性较大，将严重影响地基承载力及强度。为此，必须合理选择处治技术，如灰土换填法，该工艺的应用可大幅提升路基土强度，消除或改善土的湿陷性，提高工程建设整体质量。

1 湿陷性黄土的特性

作为一种第四纪地质历史时期的产物，黄土是在干旱气候条件下，经风力搬运与堆积，未通过次生扰动、无层次，且富含碳酸盐及孔隙较大的黄色粉质沉积物。黄土的颜色主要包括黄色、褐黄色，或灰黄色，多以粉粒为颗粒组成，含量高于60%，粒径在0.25 mm以上。

湿陷性黄土又分为2类：非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土。非自重湿陷性黄土是指自重应力作用下，在水浸湿条件下，黄土不具备湿陷性。而自重湿陷性黄土是指在自重应力作用下，水浸湿之后，黄土具有湿陷性。当前，在我国黄土分布区域内，湿陷性黄土占60%左右，湿陷性黄土地基的湿陷等级各有不同，如表1所示。

表1 湿陷性黄土地基的湿陷等级

作为一种特殊土，在一定外部荷载作用下，湿陷性黄土的含水率增加到一定值后，极易出现坍塌现象，这就被称为湿陷。从力学性质角度来讲，湿陷性黄土的特性主要体现在3点。

1)结构性。湿陷性黄土结构强度较为明显。没有破坏结构强度时，或未出现软化，往往会呈现出压缩性低、强度高等特点，若一旦结构性被破坏，其力学性质将发生巨大变化，显现出软化、湿陷性特点。

2)欠压密性。因地质条件的影响，导致湿陷性黄土始终处于一种欠压密状态，无法压密。

3)湿陷性。基于黄土自身特点，湿陷性黄土湿陷变形问题较为突出。要求在施工前，必须做好地基处理工作。

2 工程概况

某公路工程全长72.2 km，为双向六车道。本路段分布有大量湿陷性黄土。为此，决定选取代表性路段作为试验段进行施工处理。试验段长度为1 000 m，位于Ⅱ级阶地后缘，地形起伏较大，第四系冲洪积物为控制深度内地层，地表种植土为上部覆盖物，厚度较薄，下部为黄土桩土，厚度在35 m以上，为洪积产物。试验段黄土主要物理力学性质指标如表2所示。

3 灰土换填施工机理

在湿陷性黄土处理中，灰土换填法是一种较为常用的施工方法，可通过换填土的方法进行处理。在处理完基底下局部湿陷土层之后，可降低地基湿陷量，同时能对未处理土层的湿陷量加以有效控制。若石灰掺加到土内，可改变土的结构与颗粒组成，降低土的塑性，加大地基强度，增强耐久性。此外，土和石灰之间还会产生2种不同的化学反应。

表2 黄土主要物理力学性质指标

1)胶体反应。通常情况下，游离钙离子会存有石灰浆内，同时，钠离子、氢离子会存于黏土矿物所吸附的综合体内，上述两类粒子可发生交换反应。此时，可大幅减小吸附水膜原有的厚度，且改变黏土粒组成，从而增强土的压实度与塑性。

2)反应时间较长的胶凝反应。黏土矿物一般情况下均会生成二氧化硅、氧化铝等物质，此时将与石灰产生化学反应，从而形成硅酸钙等，并胶凝起所有分散的土颗粒。

4 湿陷性黄土地基处治技术要点

4.1 施工准备

施工前，需要做好施工准备工作，如平整场地，保证施工现场地面平整，便于大型设备移动。此外，还要做好测量、放样工作，根据导线点具体位置，确定桩位，要求在2cm以内控制轴线测量轻度，桩位放样偏差需控制在5cm以内。随后测量各横断面原地面高程，保证后期施工满足设计要求。完成上述所有准备工作后，即可将施工各设备放置于现场指定位置，并组织有丰富经验的技术人员进行设备安装，确保桩管垂直。

4.2 垫层施工

垫层施工时，需置换土层的深度或下卧层土的承载力是垫层厚度z的取值依据，要求垫层厚度范围控制在0.5～3 m。可根据应力扩散角法计算垫层底面处的附加应力值。通过现场原位载荷试验了解到，当垫层厚度在基础宽度0.25倍以内时，应力扩散角在0以上，此时可选20°为角度。

垫层宽度确定时，需由垫层底面开始，顺着其两侧向上。在开挖阶段，必须保证边坡的稳定性，相比基础底边长度，垫层顶面各边不得超出300 mm，基于此，选取3:7为试验段灰土比，1.5 m为深度。

4.3 施工流程

1)准备工作。施工前，先根据要求，合理选择施工原材料，在石灰使用前的3～5 d保证全部消解。随后打碎土，保证土块在1.5 cm以下。

2)摊铺土和灰。在路槽内将疏松的土均匀摊铺，根据体积比合理配置材料，并将材料铺筑到土层上，要求在30 cm以内控制松铺厚度。

3)拌和。拌和施工前，先对土的含水量进行详细检验，确定含水率之后，先进行2遍拌和，随后根据含水率情况，再次进行多次拌和，直至均匀拌和。

4)碾压。在保证最佳含水量的基础上，根据“先轻后重，两边到中间”的顺序进行碾压施工，碾压施工后，要保证无显著轮迹，且压实度满足设计要求。

5)养生。待完成上述施工之后，便可进行路面养护施工，一般养护周期为14 d，可采用洒水保湿养护，保证整个路面养护质量合格。

5 结语

湿陷性黄土地基属于一种不良地质，一直以来都是工程施工的难题。若地基处理不当，将会直接影响到工程的稳定性。为此，必须全面了解湿陷性黄土的特性，掌握其特点，才能结合工程实际情况，采取切实可行的措施予以防治。本文依托某公路工程，采取灰土换填处理湿陷性黄土路基，通过上述分析，可得如下结论。

1)为了更好地解决湿陷性黄土路基的病害问题，做好防治工作，必须先了解湿陷性黄土的特性，经调查研究发现，湿陷性黄土分为2类：非自重湿陷性黄土与自重湿陷性黄土。其中仅自重湿陷性黄土具有湿陷性，且其特性包括3点，即结构性、欠压密性与湿陷性，由于湿陷性黄土的上述特性，将严重危害工程质量，为此，在公路修建前，必须做好地基处理工作。

2)结合某公路工程，经实地勘察可知，本路段存在大量湿陷性黄土，此类地基普遍存在强度小、稳定性差等问题。若湿陷性黄土地基处理不好，将无法满足路基承载力等要求，甚至出现严重质量隐患。为此，必须采用科学、有效的加固方法进行有效处理，如灰土换填法的应用，可有效降低地基湿陷性，提高路基压实度及强度，具有良好的施工效果。