湿陷性黄土人工土质改良手段探究

林建达

本研究以西安市东南三环连接段D N 5合同段为例。工程介绍：此项工程位于西安市东南三环连接段，主要做的是市政管道、路基路面、跨线桥等方面的工作，地质情况为湿陷性黄土，针对此项工程湿陷性黄土的地质特点，采用了人工土质改良手段对湿陷性黄土进行改良，采用的主要改良方法为垫层法、夯实法和挤密桩法。

一、垫层法

在西安市东南三环连接段D N 5合同段的地基处理中，就采用了垫层法处理湿陷性黄土。垫层法也叫换土垫层法或开挖置换法。此方法的工作原理为将路基基底的湿陷性黄土部分或全部挖除，再用素土或灰土分层夯实做成垫层，这样就达到了降低地基部分的沉陷量，降低地基压缩变形和渗透性，实现地基承载力的提升。

该工程主要将垫层法应用于地下水位以上，土层厚度1～3m。在具体的操作中，采用整片（也可以采用局部土垫层）土垫层处理所要求的消除基底以下1～3m湿陷性黄土的湿陷量；采用整片灰土垫层（也可采用局部灰土垫层）处理对水稳性和承载力要求较高的地段，取200～300m m作为垫层的铺层厚度。在垫层法的应用中，着重强调控制机械碾压速度，分层检验垫层的施工质量来保证质量，在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土垫层作为人工置换土的主要受力层，达到了提高承载力、减少沉降的目的。

在对东南三环连接段湿陷程度进行分析和评估后，需要对施工材料进行着重探讨。因为垫层法垫层设计的目的主要是为了消除黄土的湿陷性，所以素土垫层和灰土垫层是首选的施工材料，采用两种叠合垫层进行地基处理。相关资料显示，两种施工材料选用基坑挖出的土作为垫层土料时，渗透性相近，抗冲刷性的对比中二者的差异也不大，但灰土垫层在水稳性方面要明显优于素土垫层，在二者的经济效益方面，素土垫层的经济效益明显更高，且施工速度更快，但如果全部采用素土垫层，水稳性差的弊端又难以使其经得起水浸泡，全部采用灰土垫层的经济效益又不及素土垫层，所以在材料的选择上以灰土垫层和素土垫层叠合垫层来对地基进行处理。

二、夯实法

在对东南三环连接段饱和度小于60%的湿陷性黄土处理中，采用的是夯实法来改良湿陷黄土。重夯实和强夯实是夯实法的两种主要手段，是指利用重锤自由落下的冲击能来夯实地基。本次施工采用的夯实方法是强夯实，主要应用于消除湿陷性的土层厚度为3～6m的施工区域（重夯实多用于消除土层湿陷厚度为1～2m时）。

以西安市东南三环连接段D N 5合同段为例，该公路段落为典型的湿陷性黄土土质，湿陷厚度为3.1m，湿陷系数为 0.016-0.040，总湿陷量4.1～7.4c m，为典型的轻微湿陷等级，地基土的其他主要物理力学指标为：含水23.98%，孔隙比0.79，饱和度75.9%。根据该路段的具体实际情况，在夯实法的设计中单击夯击能取用1000k N·m，采用正方形插挡法布设夯点，夯点的最大距离控制在5.1m，夯击遍数控制在4遍。在本次夯实法的设备选择上，夯锤重量为12t，即120k N，单击夯击能1000k N·m，夯锤距为9m，本路段施工的夯锤直径为2.2m，锤高1.29m。在夯实法应用前需要进行试夯，结合该区域的施工实际条件，我们把试夯要求设定为每点平均夯击6次左右，满足最后两击平均夯沉量小于5c m，夯坑周围地面不发生过大隆起的要求。在试夯符合既定要求后，就可以对本区域进行强夯，经过计算，西安市东南三环连接段D N 5合同段的平均夯沉量为24c m。

从本次的夯实法应用中可以得出经验：（1）强夯法的夯击功能要明显优于重夯法；（2）强夯法不宜在距离建筑物较近的区域内采用，因为强夯法在施工过程中会产生明显的震动，这也是强夯法较为明显的缺点之一。

三、挤密桩法

根据挤密桩法的技术特点，在东南三环路段的施工中主要将该技术应用在地下水位以上的湿陷性黄土地基厚度为5～15m上，整片处理或者局部处理均可。挤密桩法的工作原理为利用机械、人力或爆破成孔后，填以最优含水量的素土或灰土并分层夯实，其压实系数在0.93以上，形成土或灰土桩，借以加固地基。我们所说的土桩挤密地基实际上是土桩和桩间土共同来组成的复合地基，挤密桩法所形成的土桩挤密地基，以降低土壤渗透性和压缩性为主，提升地基承载能力，消除地基湿陷性为目的。

结合该次工程的实践效果来看，挤密桩法施工行之有效。该工程是典型的湿陷性黄土地质，路基下4m左右有地下水，地下水位上部的杂填土中能明显地看出地质类型，由于湿陷性黄土地质而导致了路基的承载力达不到设计要求，无法继续进行施工工作，经过对土质的观察和决议，在施工的过程中对土质进行处理，加固路基，保证路基的承载力符合设计要求。挤密桩法是经过综合考虑之后应用在其中的湿陷性黄土改良方法，挤密桩按照三角形图形分布，桩高4.2m，地下水位以下部位3∶7灰土布置，地下水位以上2∶8灰土布置，其中掺入水泥保证其强度。经过实际工程的检验，该路段的土质得到了明显的人工改良，路基承载力为原来的一倍，通过沉降观测，量逐渐诧异沉降小于千分之一，符合路基施工规范的要求。

四、总 结

综上所述，在西安市东南三环连接段D N 5合同段采用了上述三种方法处理湿陷性黄土，取得了良好的效果。上述几种方法也是湿陷性黄土人工土质改良的几种主要手段，需要指出的是，在方法的具体选择和实际操作中，还要根据施工现场的湿陷类型，湿陷程度和施工要求等几个方面进行综合的考量，遵循因地制宜的原则，选择综合效益最高的改良方案。

［1］郭斌.湿陷性黄土地区灰土垫层与防渗膜复合地基研究［D］.兰州大学，2014.

［2］杜健.湿陷性黄土场地夯扩挤密法试验研究［D］.兰州大学，2014.

［3］汪海涛，司富安，段世委，等.湿陷性黄土地区渠道工程地质勘察体会［J］.资源环境与工程，2014，（4）.