浅谈湿陷性黄土地区的桥涵设计

杨树

摘要：由于黄土地基具有湿陷的特点，在进行桥涵结构建设时会遭受湿陷带来的危害。因此，在湿陷性黄土地区进行桥涵设计时，不仅要考虑通常的设计规范，而且还应针对黄土的湿陷特点采取措施进行处理，笔者结合多年的设计经验，对湿陷性黄土地区的桥涵设计进行了分析，希望对读者有一定的借鉴参考作用。

关键词：湿陷性黄土地区 桥涵设计 黄土地基

天然黄土在水的浸湿作用下，其本身受到的自重应力或者附加应力会使土本身的结构发生破坏，随即产生明显的湿陷变形。在水的浸湿作用下，黄土在应力作用下产生湿陷变形，根据所受到的原始应力条件的不同，可分为自重湿陷性土（仅在自重应力作用下）和非自重湿陷性土（在自重应力和附加压力共同作用下）。普通存在的是非湿陷性黄土，对工程建筑的意义较大。

1 黄土湿陷变形机理

目前研究普遍认为的较合理的黄土湿陷变形机理为：黄土在雨水浸湿时，其本身的胶结物质在经过一系列的物理或化学反应后，会产生变化，这种变化会导致黄土在浸湿之后土体强度大幅减小，这是黄土产生湿陷的原因，黄土产生湿陷还应具备另一个条件，黄土中存在的空隙大小应大于周围颗粒的大小，这是种架空结构。黄土的湿陷特点会使建设于其上的桥涵结构物带来一定程度的危害，如大变形下沉、不均匀沉降引起的倾斜以及拆裂等，这些危害都将影响桥涵结构物的安全使用。因此，桥涵结构在进行设计时，除了遵守相关的设计规范外，还应重点针对黄土湿陷的特点认真考虑措施予以处理。

2 湿陷性黄土地区桥涵的勘察和桥型方案的选择

2.1 桥位重点位置的地质勘察

①采用专业仪器勘察黄土地层的年代、成因、土质成分、性质、胶结物的组成、黄土湿陷部分的厚度以及湿陷系数等。

②勘察了解桥位重点位置处是否存在不良地质现象，包括冲蚀、崩塌、滑坡、陷穴等，并分析这些地质现象产生的原因和对桥涵可能带来的危害，才考虑相应措施予以处理。

③勘察了解重点桥位处冲沟的形状、发育程度以及坡度的变化位置，还应了解沟头的变化形状和侵蚀情况，沟岸的稳定程度以及未来可能的变化趋势。

④勘察了解重点桥位一定范围内黄土地层的性质、下卧层的岩石形状、地质的构造状况以及地形变化情况。

⑤勘察了解湿陷性黄土在重点桥位范围内所处的具体位置，分布的范围大小和形成的原因，并且明确该湿陷性黄土的湿陷类型和湿陷等级。

⑥勘察了解重点桥位一定范围内存在的地下水的情况，包括地上水的埋深、深度随时间的变化情况以及发育程度。

⑦收集调查其他建设于湿陷性黄土之上的桥涵结构物的工程经验，包括湿陷造成的桥涵结构的破坏原因和防治黄土湿陷的具体措施。

2.2 桥型方案的选择

对于桥型方案的选择，当黄土冲沟的沟岸稳定性没达到要求时，为了避免桥梁墩台的整体稳定性受到发育中的冲沟的影响，设计桥梁的长度应在符合要求的基础上适当加长，留有一定的余地；在选择桥梁形式时，尽量考虑对不均匀沉降适应性较好的简支梁，并且预留一定的沉降空间，避免需用连续梁和悬臂梁，不得选用拱桥；桥涵涵洞的形式尽量选用钢筋混凝土矩形涵或者盖板涵，并且适当加大预留的涵洞拱度；在布置桥梁的孔径时，墩台的位置应避开陡坎一定距离，并且应给墩台预留足够的襟边，保证安全；不良的地质现象如冲蚀、崩塌和滑坡等都可能对桩周的土体产生剥蚀作用，因此在设计桩基础时，要考虑不良地质的影响，对于被消弱的有效桩长应采取措施给以补足。

3 湿陷性黄土地基的处理

对于湿陷性黄土的危害，除了在构造上采取措施之外，还可从提高地基承载力、降低土层压缩性和减小水的渗透性等方面对地基进行处理，消除地基以下部分或全部的湿陷性黄土，达到改善土层性质的目的。湿陷性黄土地基的处理方法有以下几种：

3.1 重锤夯实

重锤夯实就是根据计算将一定重量的重锤提高到一定的高度后，令其自由下落，通过这种方式的重复夯打，达到密实土层目的，从而改善了土层的物理性质，提高了地基承载力，减小了黄土的湿陷性危害，降低了土的压缩性。这种方法适用于位于地下水位以上的湿陷性黄土层，并且其饱和度应小于0.6，对于厚度为1.5m的湿陷性黄土重锤夯实效果最为显著。通过此种夯实的土层，其计算中的承载力可适当加以提高，但不可超过原有承载力的30%。

3.2 土垫层或灰土垫层

当处理较湿的地基时，可用土垫层法。对于含水量较大的地基，可以先将这部分土层挖出，放在特定的场地晾晒，使土的含水量达到最佳含水量，接着再进行分层压实或夯实。土垫层的干重度一般大于16N/。设置土垫层这种方法可以使基础下一定深度的黄土层湿陷性降低，从而可以减弱黄土层的湿陷变形和渗透性，加强了地基的防水效果，土垫层的设置对其下未经过处理的土层也有一定的防水作用。灰垫层的设置效果比土垫层显著，原理相同。

3.3 预浸水

预浸水是在桥涵结构物修建之前先使湿陷性土层充分浸湿，让其发生湿陷作用，在湿陷作用结束之后在修建桥涵结构物，这种方法效果明显，对地表数米以下的黄土层的湿陷性有很大的减弱作用。

3.4 其他处理方法

根据现场的实际情况，用于消除黄土的湿陷性危害的方法还有灰土挤密桩法、旋喷法以及碱液加固地基法等，这些地基处理方法都能有效的达到要求。（上接第101页）4 桥涵的防排水设计

黄土要发生湿陷作用，水是引起这种作用的必要条件，因此在湿陷性黄土地区修建桥涵结构物时，要做好放排水设计，避免或尽量减小这种湿陷作用产生的危害，保障桥涵结构物的安全和使用。如果没有进行防排水措施或者防排水措施不够完善，在雨水的长期作用下，地基的湿陷作用会使桥涵结构物产生一定程度的危害。因此，为了桥涵结构物的长久安全，必须重点考虑桥涵的放排水设计。

对于黄土地区桥涵，当进行防排水设计应遵循迅速引离、分散迳流、降低流速、加固沟渠以及防止地表水积聚而下渗的设计原则，同时对于边坡和施工坡还应采取相应的防冲和防渗措施。桥梁的桥面应采用集中防水的方式，通过设置排水沟将集中起来的水排出桥梁场地；对于可能遭受雨水浸湿的桥涵地基，应在沟床的表面铺砌浆砌片，铺砌的范围应大于同种类型的桥涵结构，同时加大垂裙的深度；当桥梁的选址位于发育中的黄土冲沟时，此情况应特别注意，可以采取综合防治的方式，通过将截水沟内的水流改变方向，对坡面采取措施防治以及加强支挡结构等科学合理的措施，达到防止黄土冲沟对沟岸的长期侵蚀的目的，从而提高桥梁结构的安全性能。

防排水设计时还应考虑施工阶段的防排水要求。施工中可根据需要修建永久性的防洪、防水沟，也可简单修建临时性的；用水设施在保持一定距离的基础上，还应做好漏水措施，并尽量将其放置在地势较低的地方；当进行地基处理或者较大的土方工程的施工时，应尽量避开雨季，同时做好措施避免地表水进入基础的坑槽内；当无法一次性全部完成基础工程时，应在基础上覆盖大于50cm的土层加以保护，等到下次施工时在予以挖除；施工中设置沉降缝时，应采用柔性材料对沉降缝进行填塞密实，并且在沉降缝的周围用不透水的土进行封闭，严格防止漏水。

5 结语

在湿陷性黄土地区进行桥涵结构设计时，应特别重视湿陷性黄土这种不良地质的危害。在做好充分的工程勘察的基础上，针对性的进行桥型方案的选择，同时应采取措施对桥涵结构物的地基进行适当的处理，合理有效的地基處理方法，能在很大程度上提供土的性质，降低黄土湿陷性的危害，而且应重视桥涵结构的防排水设计，最终才能保证桥涵结构物的长久安全和使用。

参考文献：

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