湿陷性黄土地基的处理与边坡加固措施

许 伟

(山西省公路工程监理技术咨询公司，山西 太原 030006)

湿陷性黄土地基的处理与边坡加固措施

许 伟

(山西省公路工程监理技术咨询公司，山西 太原 030006)

介绍了黄土的特性，分析了水、水压力、土压力对黄土湿陷性的影响，对灰土或素土垫层、重锤夯实及强夯法、石灰土或二灰挤密桩等湿陷性黄土的地基处理方法进行了阐述，同时给出了湿陷性黄土的边坡加固措施。

黄土，湿陷性，地基，边坡

黄土是以粉土颗粒为主，含有大量可溶盐和膨胀性黏土矿物等，具有多孔性、渗透性、易崩解等特点，承载力较低，在外荷载和自重作用下受水浸湿后容易产生湿陷变形，特别是强降雨导致的公路路基出现沉陷病害，诱发各种各样的工程质量事故。因此，通过工程措施来提高地基承载力，以解决湿陷性黄土路基沉陷病害。

1 黄土的特性

在黄土的微观结构下，黄土呈现的是一种粒状颗粒分布，在各个颗粒之间，形态各异，大小不一；各个颗粒之间通过接触联接，存在着较多的大孔隙，结构比较松散。

在这种结构下，黄土具有以下特性：

湿陷性，这是黄土最主要的工程性质，但并不是所有黄土都具有湿陷性。黄土在一定压力下受水浸湿后，土体结构出现迅速破坏，表现出的黄土层出现显著下沉称为黄土的湿陷性。根据下沉压力来源的不同，湿陷性分为自重湿陷性和非自重湿陷性。黄土浸水后，在自身重力条件下出现的湿陷为自重湿陷性黄土，见图1。自重湿陷性黄土对建筑物的危害极大，会导致一些自身荷重不大的建筑物，在受水浸润后也会出现显著下沉，破坏建筑物的运行安全。还有一类是浸水条件下，在受到一定附加荷重和自身重力的共同作用下，发生的显著下沉称为非自重湿陷性黄土，见图2。在我国，具有湿陷性的黄土厚度一般在土层上部的10 m～22 m。

渗透性。黄土颗粒的胶结作用较差，其排列结构起各向异性作用，垂直方向的渗透系数一般比水平方向渗透系数大。试验证明，不同的黄土垂直方向渗透系数可以是水平方向的1.2倍～2.55倍。

黄土的各向同性和各向异性。通过对黄土抗剪强度特性的研究表明，抗剪强度在不同方向上并不相同，基本上呈椭圆状。当黄土的剪切面平行于垂直节理方向时，其抗剪强度相对最低，且含水量低时受各向异性的影响程度更大。

黄土地基的承载力不能满足上部结构的要求，就会导致地基失稳，使建筑物出现局部或整体破坏。当地基变形过大或发生不均匀沉降，会导致建筑物产生倾斜、开裂或局部破坏，影响建设工程的正常使用。

2 黄土的湿陷性

黄土的湿陷性是一个多因素综合作用的结果，直接原因是架空孔隙和支架孔隙，水和压力是出现湿陷沉降的必要条件。

2.1 水对黄土湿陷性的影响

水的浸入是黄土湿陷的先决条件。不同的浸水量产生不同的湿陷量。当浸水区域较小时，在浸水非饱和区域产生的摩阻力可有效限制浸水饱和区域的湿陷，使得浸水饱和区域的湿陷沉降难以充分展开。

通过研究表明，不同的黄土性质，使得上述限制也不尽相同。在一些水稳性较强的湿陷性黄土地区，只有在较大的压力和增湿量条件下才能使得湿陷发生，黄土的抗剪强度随湿度增加而缓慢降低。因此，在非饱和浸湿区内，土体所发生的沉降变形很小。而在一些黄土水稳性很差的地区，即使很少量的水分也会使得土体的抗剪强度发生骤减，导致非饱和增湿区不仅难以限制湿陷的发生，反而参与并加剧湿陷的发生与扩张。因此，在该土质条件下，当发生浸水量很少或是小面积的浸水时，也会迅速的产生明显的湿陷沉降变形。

2.2 水压力对黄土湿陷性的影响

研究表明，在水压力不同的条件下，即使是同等增湿所产生的沉降变形也不同。

在小的水压力下，要达到一定的沉降变形需要较高的增湿量。研究发现，在一定范围内，黄土的湿陷性呈现出逐渐增强的趋势，但随着浸水渗透时间的延长，土层的湿陷敏感性会逐渐减弱。因此，在施工设计中，选择采用较低荷载的路基路面是降低黄土湿陷性的一种有效方法。

在大的水压力下，随着黄土含水量的不断增大，黄土的湿陷性会逐渐减弱。因此，在施工中，预浸水法是一种消除地基湿陷性的有效方法。

2.3 土压力对黄土湿陷性的影响

不同类型的黄土要产生湿陷，所要求的湿度和压力都不尽相同。在湿陷敏感性较强的土质条件下，即使上覆饱和土自重压力很小，在增湿量很小的条件下，也能产生非饱和湿陷。在湿陷不敏感的一些黄土地区，即使有较高的湿度和压力，也难以产生自重湿陷。

浸湿是黄土发生沉陷的条件之一。局部增湿与大面积增湿相当于点增湿与面增湿的比较。在点增湿条件下，摩阻力会强烈限制湿陷的发生和扩展，而面增湿则没有摩阻力的限制。可以看出，在同等的增湿条件下，面增湿的湿陷量远超过点增湿的湿陷量。对施工中出现的工程地质条件改变导致的大面积增湿情况应特别给予重视。没有足够的浸湿范围就难以产生足够的自重压力，沉陷量大的湿陷也就难以发生。

压力也是湿陷的必要条件。在同等的浸湿条件下，压力条件不同，产生的湿陷也不同。研究发现，干燥性自重湿陷性黄土的强度较高，但是在大的压力条件下，即使增湿范围不大，黄土产生的沉陷变形还是非常显著的。在黄土地区进行公路建设，防水措施与路堑边坡的稳定密切相关。在黄土路基的湿陷过程中，土的压力条件受许多因素的影响，处于动态变化之中。在一定范围内，自重湿陷量的大小与试坑的面积密切相关，两者呈现正比关系。

可以看出，即使在较低的含水量条件下，黄土很容易产生液化，导致接触联接结构的迅速破坏，出现显著的沉陷。因此，在湿陷性黄土地区进行路基修筑，病害预防应以防水为主，并辅以其他工程措施。

3 湿陷性黄土的地基处理

在湿馅性黄土地区进行公路修筑，进行地基处理是确保公路安全运行的基础。进行黄土地基处理，通过对黄土性质和结构进行改善，以减少黄土的渗水性和压缩性，部分或全部消除黄土的湿陷性，确保路基安全。

在路基施工中，通过勘测，取得湿陷性黄土层厚度、湿陷类型等资料，综合考虑工程性质、水文地质、施工条件、工程投资等因素，选择合理的地基处理方法，以确保路基的安全运行。

在我国黄土地基施工中，常用的地基处理方法主要有以下几种：

1)灰土或素土垫层。这是施工中最常见的浅层湿陷性黄土地基处治方法。该法施工简易，地基处理效果显著。在施工中，首先按照工程设计要求将路基下的湿陷性黄土层部分或全部挖除掉，通常挖深为1 m～3 m，再使用灰土(三分石灰七分土)或素土对其进行分层夯填、压实至设计要求。

2)重锤夯实及强夯法。重锤夯实法是一种消除浅层黄土湿陷性的常用方法。根据工程实例，使用范围为5 kN～40 kN范围内的重锤，落高范围在2.5 m～4.5 m之间，在最佳含水量的情况下，可有效消除1.0 m～1.5 m深度内黄土层的湿陷性。强夯法则是一种常见的消除较深土层湿陷性的方法。根据工程实例表明，使用100 kN～200 kN范围内的重锤，自由落高范围为10 m～20 m之间锤击两遍，能有效消除4 m～6 m范围内土层的湿陷性。当在施工中确定采用该两种方法时，均需事先进行夯击试验，取得进行夯击所必需的夯点、锤击数、夯沉量等数据，确保地基处理质量和施工效果。

3)石灰土或二灰(石灰与粉煤灰)挤密桩。在湿陷性黄土层较厚的地区，挤密桩是一种消除黄土层湿陷性效果显著的施工方法，主要适用于消除5 m～10 m深度内地基土的湿陷性。该法的原理在于通过挤密的方法来破坏黄土的松散大孔结构，从而达到消除湿陷性的目的。在施工中，首先采用打入桩、冲钻或爆扩等方法成孔，再将石灰土或是二灰料分层夯填、压实成桩。

4)预浸水处理。在自重湿陷性黄土地区，在施工前，充分利用黄土的自重湿陷特性，通过将地基充分浸水，促使其在自重作用下发生湿陷来缓解和消除土层的湿陷性。

4 湿陷性黄土的边坡加固

黄土的边坡防护是黄土地区公路建设中的一个关键问题。如不能及时有效地对黄土边坡进行科学防护，不仅容易造成水土流失，还会危及工程安全。

常用的边坡防护方法有直接植草防护、拱式砌石或浆砌片石结合植草防护、六角形预制块边坡防护及土工网植被防护等，各自有各自的优缺点。

1)直接植草防护，具有方法简单、施工方便、成本低廉的优点。在黄土地区，直接植草防护容易受风吹雨淋等因素的影响，在没有加筋处理的情况下，在暴雨和径流的冲蚀下容易导致坡面破坏，可靠度极低。

2)拱式砌石或浆砌片石结合植草防护。由于施工繁琐、速度慢、劳动强度大、造价高等缺点不宜推广应用。

3)六角形预制块防护。六角形预制块中间空格面积较小，最大限度地减小了坡面防护对植草绿化的依赖性，难以产生太严重的冲蚀现象，目前应用较多，见图3。

4)土工网植被防护。为了满足护坡和绿化的要求，近年来采用土工网与植被结合的方法较多。以免受雨水的直接冲击。该方法的优点是造价较低，施工方便，能满足一定的护坡绿化要求，见图4。但可靠度较低，在暴雨的冲刷下容易产生冲沟。

5 结语

在我国，湿陷性黄土地基处理技术还不是很完善。参考国外先进技术，通过研究探索，引进地基处理新机械，提高各种工法的施工能力，发展地基处理理论和地基处理新技术、提高地基处理技术综合应用水平是未来的发展方向。

在施工中，合理选择处理方法，认真完善施工，确保建筑物使用安全。

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The process of collapsible loess foundation and slope reinforcement measures

XU Wei

(Shanxi Highway Engineering Supervision Technology Consulting Company, Taiyuan 030006, China)

This paper introduced the characteristic of loess, analyzed the influence of water, water pressure, soil pressure to loess collapsible, elaborated the lime soil or soil cushion, tamping and dynamic compaction, lime soil or two ash compaction pile and other collapsible loess foundation treatment methods, and gave the slope reinforcement measures of collapsible loess.

loess, collapsible, foundation, slope

1009-6825(2014)31-0168-02

2014-08-25

许 伟(1981- )，男，工程师

TU444

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