市政工程湿陷性黄土地基处理方法探讨

宋晓慧 张 健 孙军伟 马少帅 刘倩倩

（山西建设投资集团有限公司，山西 晋中 030600）

0 引言

我国湿陷性黄土分布范围较广，大约占我国黄土面积4.9%，主要集中在陕北、晋西、河南、陇东、冀北等地区[1]。山西省内黄土分布面积较广，黄土面积高达3.5km2，占山西省全省面积的22.4%[2]，而山西的湿陷性黄土面积占比较大且分布不均匀，严重影响城市的建设和发展。

湿陷性黄土与一般的黄土不同，它是一种非饱和、大孔径、压缩性小、强度较高，但是遇水浸湿时强度会出现明显降低的黄土,具有在一定的自重或压力作用下遇水变形的特征[3]。因此在湿陷性黄土地区修建市政道路时，为防止湿陷性黄土地基遇水变形，必须进行地基处理，尽可能消除土体的湿陷性，满足地基承载力要求。因地基湿陷性厚度及严重程度分布不均，地基处理方法也随之不同。本文以山西省晋中市榆次区龙城大道道路工程为例，阐述不同地段湿陷性黄土地基的处理方法。

1 工程地质条件

1.1 工程概况

拟建场地位于山西省晋中市榆次区北部，该地区地势西低东高。拟建项目属于市政道路工程，包括道路工程、排水工程、强电工程、交通工程、绿化工程、绿水工程及照明工程等，道路全长8km，红线宽度60m，绿线宽度90m。

1.2 场地岩土特征

根据野外钻探揭露的地层情况可知：本次勘察深度范围的岩土层主要由第四系全新统沉积的粉土、湿陷性粉土和砂类土等构成，具体岩土分层情况如下：

①层，素填土(Q4ml)：杂色；主要为耕植土，含砖屑、煤屑、灰渣、植物根和少量生活垃圾等；稍湿，结构松散。该层土体层厚介于0.40~0.60m之间，层底埋深介于0.40~0.60m之间。

②1层，中粗砂(Q4al+pl)：黄褐色；松散；含石英、长石、云母等，混有粉土；颗粒级配较差，磨圆度较差；该层实测标准贯入度锤击数平均值为8.0击，标准贯入试验修正锤击数平均值为7.7击。该层土体揭露厚度介于0.7~1.6m之间，层底埋深介于1.3~1.9m之间。

②层，湿陷性粉土(Q4al+pl)：褐黄色；稍湿，稍密；含云母、氧化物。该层土体层底埋深介于0.30~3.30m之间。

③层，粉土(Q4al+pl)：褐黄色；稍湿，稍密；含云母、氧化物、虫孔等，土质不纯，含有砂粒；干强度低，韧性低；该层土的天然合水量平均值16.2%；天然孔隙比平均值0.797，湿陷性系数平均值为0.010，压缩系数平均值为0.244MPa。该层土体层底埋深介于7.50~9.20m之间。

1.3 场地黄土湿陷性等级

非自重湿陷性黄土是指黄土浸水后在饱和自重压力下不发生湿陷，只有在附加一定压力后浸水才发生湿陷的湿陷性黄土。

自重湿陷性黄土指在地基没有任何荷载的情况下，受水浸湿后，在土体自身自重的情况下，土体会发生显著的下沉现象，这种现象被称为自重湿陷性黄土。

拟建场地地基湿陷性情况按照《湿陷性黄土地区建筑规范》中的相关规定要求，分为两种情况，太榆路边界K2+500-K8+700为非自重湿陷性场地，地基湿陷性等级为Ⅰ级，K8+700-K9+940为自重湿陷性场地，地基湿陷性等级为Ⅱ级。

2 湿陷性黄土地基处理方法

拟建道路工程跨度较长，沿线黄土地基湿陷性等级不同，采用的处理方法也不相同。其中，K2+500-K8+700段为非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级为Ⅰ级，主要采用换填法。K8+700-K9+940为自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级为Ⅱ级，其中，K8+700-K8+960为普通自重湿陷性黄土场地，主要采用换填法；K8+960-K9+910为超高填方自重湿陷性黄土场地,填方高度达20多米，主要采用灰土桩挤密法；K9+910-K9+940为较高填方自重湿陷性黄土场地,主要采用预浸水法+强夯法。

2.1 非自重湿陷性场地地基处理

2.1.1 地基处理方法选取

本拟建工程K2+500-K8+700段为非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级为Ⅰ级。本工程涉及排水管道施工，地基的不均匀沉降将会对管道工程质量存在严重影响。因此进行排水管道工程施工前，应对排水管道沟槽进行地基承载力试验，验证其是否满足承载力要求。通过对沟槽底部进行试验可知：地基承载力实际仅为60kPa，远远低于设计要求的120kPa。考虑到本施工段属于非自重湿陷性场地，且沟槽底部土质强度较低，因此本施工段采用换填法进行地基处理，本方法相对于其他方法来说，投入成本较小，施工便利。

换填法是采取土质强度较大、密度较高且水稳性能较好的材料将原有的强度较低、密度较小、孔隙较大、松散的土层全部置换，再进行分层回填及振动碾压，使其达到设计压实度，确保地基承载力满足要求[4]。

2.1.2 换填法技术要点

采用换填法的技术要点是在施工过程选好换填材料，以及采取合适的压实机械，并且在施工前进行试验段施工，确定好压实遍数、含水率、铺土厚度等参数，以便为后续的施工提供一个良好参照。

2.1.3 换填法施工要点

本施工段地基处理方法是将原有沟槽原状土人工挖除30cm，后采用三七灰土进行换填，采用振动压路机+平板夯+振动夯压实。为保证沟槽回填后尽可能减少地面不均匀沉降以及路基受水浸湿时沉降，采用三七灰土回填至管道顶面50cm，为保证施工质量，管沟两侧回填时采用分层回填，分层压实的施工工艺，每层回填厚度控制在15cm左右，确保达到设计的压实效果。

2.2 普通自重湿陷性场地地基处理

2.2.1 地基处理方法选取

本线路K8+700-K8+960为普通自重湿陷性黄土场地，地基湿陷性等级为Ⅱ级。因拟建场地路基宽度为60m宽，处理面积较大，为减少施工成本投入，结合现场施工条件，降低施工难度，采用三七灰土换填的施工方法来降低地基受雨水浸湿所产生的下沉现象，同时增加路基承载力。

2.2.2 换填法施工过程

本路段三七灰土换填的具体施工做法为：（1）填方路段回填至路床标高，路床下全断面换填80cm厚三七灰土隔水层，为保证压实效果，每次回填厚度不得超过30cm，采用冲击碾或重锤夯实等压实。（2）挖方段挖至设计路床标高后，换填80cm厚的三七灰土，每层换填厚度不超30cm，采用冲击碾或重锤夯实等压实。

2.3 超高填方段自重湿陷性场地地基处理

2.3.1 地基处理方法选取

本线路K8+960-K9+910为超高填方段，填方高度达20多米，考虑到原状土为自重湿陷性黄土且填方高度过大，对于原状地基承载力要求较高，因此该填方段原状地基处理采用灰土桩挤密的方法来处理地基，以便能够达到设计要求。

灰土桩挤密是利用沉管、冲击或者爆扩等方法形成桩孔，在形成桩孔的同时会产生侧向挤压力，使桩间土密实，然后采用灰土将桩孔分层回填[5]，利用孔内经夯实后的灰土遇水分解、吸水膨胀、固结后使灰土桩与原有地基形成复合行地基，从而提高地基承载力。

2.3.2 灰土桩挤密技术要点

采用灰土桩挤密法的技术要点首先是确定桩位，选择合理的桩位布设；桩位布设好后选择合适土料，土料宜采用粉质黏土，不得含有冻土或膨胀土以及生活垃圾，有机质含量不得超过5%，取土要求颗粒大小、含水量、密实度、承载比（CBR）试验和击实试验等各项指标均满足施工；随后采用夯实机械（偏心夹杆式夯实机）填夯，填夯施工前应先进行填夯工艺试验，以确定合理的分次填料量及夯击次数，在施工过程中注意清除孔内的杂物或积水，开始填料前先将孔底夯实，次数不少于8击，然后开始分层夯实灰土。

2.3.3 灰土桩挤密法施工过程

本路段灰土桩挤密具体施工方法为：采用间距为1m，深度为9m，成正方形布设，回填材料采用三七灰土。灰土桩挤密桩法较灰土换填法成本高，施工难度大，但是在施工过程中可以实现深层加固，能达到良好的深层挤密效果。此方法一般用于处理湿陷性黄土厚度较深的土层。

2.4 较高填方段湿陷性场地地基处理

2.4.1 地基处理方法选取

本线路K9+910-K9+940段为较高填方路段，深度较大，约为8m。对于较高填方路堤来说，施工完成后道路仍会受降水影响而造成各种问题，许多人对压实后的黄土湿陷性进行研究，发现压实后的黄土湿陷性仍然存在。为了尽可能的消除较高填方路堤压实黄土的湿陷性，最大程度上消除回填土不均匀沉降及湿陷性，避免工后沉降，本工程采用预浸水法+强夯法消除黄土的湿陷性。

2.4.2预浸水法施工特点

湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在较高填方开始回填前，进行大面积的浸水，使土体预先产生自重湿陷，从而达到消除黄土土层的自重湿陷性[6]。地基受水浸湿后，在一定程度上能够消除其自身的湿陷性，但随着深度的增加，其消除湿陷性的作用越来越小，李辉山等研究表明浸水施工基本可以消除10m范围内黄土的湿陷性，超出该范围，其效果越来越小。预浸水法能很大程度消除黄土湿陷性，但在这个过程中，会对该范围内土层的压缩性产生一定影响，会大大增加土层的压缩性，造成短期内土层地基承载力下降，因此在使用预浸水法的同时，还需配合其他方法处理基地承载问题。本工程采用强夯法配合预浸水法。

2.4.3 强夯法技术要点

强夯法是将具有一定自重的夯击锤提高一定的高度，利用自重及高差对地基进行冲击和振动，达到改善土的密实性、改变液化条件、增大压实度、消除黄土的湿陷性等目的的一种方法[7]。采用强夯法的技术要点是要确定夯击点位、夯击能、夯击高度等，确保夯击完后能够达到满面夯实的效果，避免漏夯或者错夯而达不到全面夯实的效果。

2.4.4 强夯法施工过程

本次强夯法具体施工方法为：按照道路设计，将设计范围内路基清表30cm，然后进行路基填筑，分层填筑，分层碾压，每层填筑厚度不超过30cm，填筑2m后进行第一次强夯，然后每隔4m形成一个工作面，采用强夯法进行路基处理。强夯法的具体参数如下：夯锤选用圆柱体，夯击能为3000kN·m，夯点间距为5m，正方形布设，夯锤重量为2000kN,落距为15m。夯击遍数为3遍，先跳夯两遍，再满夯一遍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，第三遍满夯时要求锤印搭接，以便保证强夯效果。强夯法在一定范围内能够增加地基的强度，减小土体的孔隙率。

3 湿陷性黄土地基处理方法讨论

拟建工程采用换填法、灰土桩挤密法、预浸水法+强夯法三种方法来处理湿陷性黄土场地，方法简单，所需材料亦可就地取材，成本投入较小，技术可靠，且工期较短，能够有效的消除黄土的湿陷性。

换填法适用于浅层地基处理，例如换填淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、沟槽基础等；灰土挤密桩法适用于处理较深的土层，如湿陷性黄土、垃圾土、杂填土等深度较大土层；强夯法一般适用于填方高度较大，施工后工后沉降较大的填方段落，强夯法配合预浸水法不仅能够有效的消除土层的湿陷性，同时能够增强土层的地基承载力，最大限度的减少了填方段的工后沉降，避免道路塌陷。

除上述所描述的三种方法外，处理湿陷性黄土的方法还有很多，如化学加固法、单液硅化法[8]等。很多专家学者对地基的处理方式进行了很多的研究，不同地质情况、不同物理力学指标的土层所使用的处理方式一般不相同，因此在处理湿陷性黄土前，应根据其工程地质特征、施工现场条件、施工单位技术水平、经济条件等因素，综合考量并确定处理方法。

4 结束语

市政工程建设过程中要想最大程度消除黄土地基的湿陷性，仅重视处理方法和施工技术是不够的，还需要重视人员、机械、成本的投入。由于目前各地区市政道路工程一般要求当年开工、当年完工，紧迫的工期使得大部分施工单位只注重工程进度而忽略施工质量，容易出现完工后地下管沟沉降、道路塌陷等质量问题。为避免出现地基沉降等问题，要求现场的施工技术人员具备一定的专业水平，同时还需具有很强的责任心，参建各方积极配合，才能最大程度保证湿陷性黄土地基施工的质量。