湿陷性黄土路基处理设计分析

2023-02-26金科

建筑与装饰 2023年23期

金科

安徽国顺交通咨询设计研究院有限公司安徽合肥 230041

引言

黄土属于较为普遍的黏质土，主要是粉粒，有着孔隙、颜色为黄色，涉及到较多的成分，如硫酸钙，在浸水之后基于荷载影响出现的下沉情况，也就是湿陷。对于湿陷性黄土来讲，其一般分布于西北地区，上表层是新黄土，地表下层是老黄土。文章基于湿陷性黄土设计体会，简述个人的看法，以供商讨。

1 湿陷性黄土的鉴别与判定

对于湿陷性黄土来讲，其通常情况下不但具有黄土一般特点，如颜色为黄色，主要成分是粉土颗粒，具有大孔隙等外，也有着多孔结构，孔隙比一般超过1.0。多孔结构及加固凝聚力属于其出现湿陷的根本原因，而内力与水属于外界条件。针对其的鉴定，可采取压缩试验手段来完成。根据湿陷系数来进行判别，在该数值不超过0.015的情况下，则是非湿陷黄土；在该数值≥0.015时，则是湿陷黄土。何谓湿陷起始压力，一般情况下指形成湿陷的临界压力。当这一参数低于饱和自重时，在压力影响下浸水也能出现湿陷，常常被称为自重湿陷黄土。若超过饱和自重，则不会出现湿陷，而对于附加以及自重压力，在二者之和超过临界压力时，土层受水才会出现湿陷，常常被称为非自重湿陷黄土。为精准体现湿陷程度，同时结合地基实际，实施可行防护举措，可使用湿陷系数来对湿陷量进行计量。湿陷等级分成三级，在湿陷量大于0.05且小于等于0.15时，是第一级，在湿陷量大于0.15且小于等于0.35时，是第二级，在湿陷量大于0.35时，是第三级[1]。因我国黄土的湿陷性，相比于下部土层，上部土层较大，而其被水浸的概率较高，所以，计量湿陷土层厚度通常从基底开始算到其下5m为止。湿陷等级大，浸水之后可能形成的湿陷量越高，危害也更大，需要提出更严格的设计措施要求。

2 黄土工程所具备的特性及路基设计原则

①黄土工程特性。首先，渗水性，黄土具有纵向孔隙及收缩性，若水渗至裂缝内而加大渗透深度，随之有着较多的黏粒，会发生不透水的现象；其次，湿陷性，因黄土常常受到荷载而存在自重，在水湿润之后会引起结构破坏进而出现下沉；再次，缩胀性，此特点如果循环往复，将影响道路寿命，遇水胀大而引起路基隆起，在干燥之后收缩进而发生路基下沉；最后，多孔裂隙性，黄土属于独特的黏土，其含沙量在50%上下，并且孔隙度较大，常常处于倾斜状态，同时大部分为上下贯通。

②湿陷性黄土路基设计原则。在路线经过冲沟沟头的情况下，需要对冲沟因素与其发展方向进行分析，由此来明确远离沟头的距离。针对路线周围自然与人工边坡，要对稳定情况与条件进行调查，不良地质情况的分布，通过勘探掌握其种类、性质等。对于深路堑地段，要设置适当勘探点，以了解工程地质特点。经过黄土地段时，若承载力难以满足自重压力的情况下，要根据承载力要求来有效处理基底。因压缩及湿陷特点，需要充分把握路堤压实要求、健全排水与防护举措，同时需要对沉降量等进行分析。无论是路基边沟还是排水沟，都要开展封水防护。路基排水最关键的问题在于防冲及防渗，所以，不但要坚持常规地区的设计原则，也应该遵循以下的原则，即巩固沟渠、分散径流等[2]。

3 黄土湿陷的因素

黄土结构特点与其物质构成属于其形成湿陷的内部原因，而水及压力的影响属于形成湿陷的外界原因。结构特点为其产生环境导致的，处于干旱以及半干旱环境，降雨将粉粒进行黏聚，而干旱天气促使水分持续蒸发，盐类物质开始析出，慢慢沉淀进而产生胶结物。在含水量不断变少的情况下，土粒互相靠近，引力与联结力也开始变大，这些均提高了抗滑移性能，防止了自重压密，产生了多孔结构。附在表面的胶体，及盐与水分子产生联结，由此产生了集合体。附近存在颗粒包围孔隙，即大孔隙。在水浸之后，楔入颗粒间，因此，联结效果消失，盐溶在水内，强度跟着弱化，在自重及附加压力一起影响下结构短时间内破坏，土粒朝着大孔滑移，颗粒之间的孔隙变小，引起很多的附加湿陷立即形成，这就是黄土湿陷的根本因素。

4 推动湿陷性黄土路基设计处理的可行措施和方法

路面发生变形与开裂，边坡发生剥落，可能形成土洞与暗河。形成以上病害的内部因素为黄土特性，外因则主要为水。鉴于危害性，对于湿陷性黄土，现如今对其防治与施工技术已开展了大量研究与实践，以下阐述一些常用的防治方法。就路基处理原理而言，一般是对大孔结构进行破坏，以消除湿陷性，经常使用的处理方式包括这几种，即：重锤表层夯实、挤密桩法、桩基法等，接下来，将从这些方面进行分析，以供参考。

①垫层法。先对黄土进行挖除处理，接着，使用素土做成垫层，以对湿陷量进行消除，同时能减小变形，增强承载力，能把其分成垫层。在只需要消除基底下1～3m黄土的湿陷量时，应通过土垫层来处理；在同时需要增强承载力时，应通过灰土垫层来处理。垫层设计涵盖多个方面，如垫层厚与压实系数。设计原则为：在达到变形与稳定要求的同时，也应该具备经济性与科学性，并且，还应该思考以下问题。首先，处理宽度大于基底宽度较小，在进行处理之后，漏水容易渗入湿陷性土层进而导致湿陷，所以，设计局部垫层不分析防水与隔水效果，水浸概率高，以及存在防渗标准的建筑，不应通过土垫层来处理。其次，在垫层处理范围，大于外墙边缘的宽，要确保超过垫层厚，也就是要超过2m。最后，在水位难以上升的黄土场地，在没有消除所有湿陷量时，对存在防水标准的建筑应通过土垫层来处理；在水位容易上升的场地，要分析上升之后对土层造成湿陷的可能性。

②重锤夯实。对于饱和度低于60%的黄土地基，这一方法有着较好的适用性。通常使用重锤，落距介于4～4.5m之间，能消除湿陷性。处于夯实层范围，土的性质得以优化，干密度极大提高，压缩能力弱化，承载力增强。对于非自重黄土地基，临界压力较大，在整治土层之后，能切实降低变形。所以，针对非自重黄土场地，采取这一方法的优越性相对显著。

③强夯法。该措施巩固地基机理是，通过重锤对地基实行冲击与振动，由此实现提高压实度，优化振动液化条件，对湿陷性进行消除。这一方法是针对地基土体，施加冲击能量，使土体出现变化，比如排水固结。它的作用结果为：增强地基强度以及孔隙挤密。通常情况下，使用100～200kN重锤，来对黄土进行夯击处理，能有效消除湿陷，并且也能增强地基承载力[3]。

④挤密桩法。针对地下水位之上的黄土地基，这一方法有着较好的适用性，在进行施工作业时，先结合方案布设桩孔且成孔，接下来，把素土填入桩孔之中，同时夯实到标高。基于横向挤压效果，完成挤密，由此产生复合地基。值得一提的是，不能使用粗颗粒材料填入桩孔中。对于土桩地基来讲，通常适用于人工黄土以及填土，处理深度能实现5～10m。就灰土挤密桩而言，是采取锤击打入的手段，在土内产生桩孔，接着填充材料，成孔以及夯实期间，土被挤入附近土体，基于此过程，有效优化湿陷性质，同时增强承载力。

⑤桩基法。对于桩基础来讲，它并不属于天然以及人工地基，处在基础范围，把上部荷载传至土层，通过非挤土手段进而成桩，成孔期间把土排出，附近土的性质并没有改善。设于桩基础，在水浸之后，桩测助力显著降低，在形成自重湿陷时，及时转变成负摩擦力。所以，基于湿陷性黄土场地，不应该考虑摩擦型桩，对于设置的桩基础，在强度达到标准的同时，还要结合地质情况，选取端承型桩。桩底之下的受力层：处于非自重黄土场地，务必为非湿陷土层；处于自重黄土场地，务必为稳定的持力层。如此，在受水浸，转变为负摩擦力时，就能通过土层所承受，且能达到设计标准，确保建筑安全应用。

⑥预浸水法。对于土厚超过10m、湿陷量超过0.5m的场地，这一方法有着较好的适用性，用来对湿陷性进行消除。能消除地面之下6m所有上层的湿陷。需一定的浸水及停水时间，方可开展施工作业，通常情况下需要12个月，同时上部4～5m由于土地自重不大，难以有效消除湿陷，需实施其他处理方法，在已建项目周围，又容易产生陷穴的地段不能考虑这一种方法。

⑦强化挖方以及填方路段控制。从中湿路段来看，对于路基顶面之下0.3m土基，通过灰土改良处理，从上而下使用达到设计标准的土进行填充，还需结合边坡变形因素以及种类，在设计环节要结合过去的经验采取科学的边坡形式，且结合水流来源及水量，设置适当的拦水以及排水设施。若雨水冲击量偏大、过快时，要通过拦水带与急流槽进行融合的设置以及作业手段，把水流引至坡面，同时有效排除，渐渐弱化雨水的侵蚀效果，如针对边坡坡顶，可增设截水沟，采取封闭等举措。

5 黄土路基施工处理措施分析

黄土常常有着一定的强度及压缩性，不过在浸水之后，基于自重及荷载的影响，它的结构短时间内被破坏，出现变形，随之使强度弱化，形成湿陷。所以，在施工排水及道路竣工之后，避免水浸路基尤为关键，水属于形成病害的外界条件，在渗入路基之后，会溶解成可溶盐，另外，在微粒之间起到润滑效果，促使黄土出现位移，形成湿陷。所以，对于基底的处理要根据设计标准及湿陷种类开展施工作业。并且，将施工排水及防水举措落实到位。因黄土存在直立特性，可以支持边坡，路堑边坡结合黄土特点一般设为陡坡，因黄土抗水能力不强，陡坡能减小受淋面积，防止剥离崩塌，可实现边坡的稳定。并且，能节约土方，所以，对于黄土路堑边坡，要全面根据设计坡度进行开挖处理，若设成陡坡时，在作业中不能放缓，防止造成边坡冲刷。路堑路床压实度标准严格，针对高速以及一级公路，要超过95%，对于别的公路，要超过93%，所以，在挖至设计标高时，应该对土基开展检测，如路床土质不满足设计要求，需进行挖除处理，取土摊铺到要求的压实度。

黄土路基施工，需要加以关注路基排水，针对地表水需要遵循有关的原则，比如拦截以及防渗，结合设计第一时间落实好排水设施，将水及时引离路基。当对边沟水进行引出时，需要认真加固出水口，同时要结合设计对排水设施开展加固及实施防渗举措。在路堤施工过程中，需要设置阻水以及拦水设施，避免边坡被冲毁。在填到设计高程之后，需要结合设计对设施与急流槽开展修筑，把水引到坡脚之外。针对高超过20m的路堤，应结合设计留出压缩下沉量。针对地基土层，如果具备较强压缩性，同时允许小于自重压力时，需要对压缩下沉进行考虑[4]。不但能实施避免水下渗的举措，也能使用其他措施，如重锤夯实。落实好排水工程尤为关键，要将水引至水沟排走。针对陷穴，应该追踪到发源地点，将进口封到位，同时引排周围地表水，以避免流入进口。