道路工程黄土的特性、勘察及病害防治

段 川

（南阳通途公路勘察设计有限公司，河南南阳 473000）

道路工程黄土的特性、勘察及病害防治

段 川

（南阳通途公路勘察设计有限公司，河南南阳 473000）

道路工程由于路线长、涉及的范围广，所以沿途会遇到多重不同的岩土类型，仅特殊性岩土包括：黄土、红黏土、软土、填土、膨胀土、冻土、盐渍土、混合土、污染土、风化岩和残积土。本文主要介绍黄土的基本情况。

道路工程；黄土；措施

黄土是第四系干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰色或褐黄色；颗粒组成以粉土粒（其中尤以粗粉土粒，粒径为0.05～0.01mm）为主，约占60%～70%，粒度大小均匀，黏粒含量较少，一般仅占10%～20%；含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐；孔隙比大，一般在1.0左右，且具有肉眼可见的大孔隙；具有垂直节理，常呈现直立的陡壁。黄土按其形成原因可分为原生黄土和次生黄土（又称黄土状土）［1］。

黄土和黄土状土（以下统称为黄土）在天然含水量时往往具有较高的强度和较低的压缩性。但是黄土遇水浸湿后，其中一部分黄土会在其自重作用下会发生剧烈而大量的沉陷，强度也随之迅速降低；而有些地区的黄土却并不发生湿陷，基本保持原来状态。由此可见，同样是黄土，但遇水浸湿后的反应有比较大的反差。所以，认为凡天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加应力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性黄土，否则就称为非湿陷性黄土。黄土的湿陷性是黄土地质勘察与工程地质评价的核心问题［2］。

1 影响黄土湿陷性强弱的因素

黄土湿陷性强弱与其微结构特征、颗粒组成化学成分等因素有关，在同一地区，土的湿陷性又与其天然孔隙比和天然含水量有关，当然，浸水程度和压力大小是主要外界条件。

1.1 根据对黄土的微结构的研究，按其胶结物聚集形式和骨架颗粒的大小、含量可分为接触胶结、接触-基底胶结和基底胶结3种形式。接触式胶结又称粒状胶结：骨架颗粒多，且多为棱角状，彼此接触，粒间孔隙较大。胶结物含量较少，成薄膜状包围颗粒，联结脆弱，湿陷性较强；接触-基底胶结也称为粒状-团状胶结：骨架颗粒有的彼此接触，有的在粒间镶嵌有胶结物，呈不规则状态分布在颗粒之间，联结较牢固，粒间孔隙较少。其湿陷性较接触胶结者小；基底式胶结，也称团状胶结：骨架颗粒较细，胶结物丰富，骨架颗粒完全由胶结物胶结，粒间联结牢固，结构致密，湿陷性弱。

1.2 从黄土的颗粒组成看，黏土粒的含量愈多，特别当粒径小于0.001mm的土粒含量大于20%并均匀分布在骨架颗粒之间，则具有较大的胶结作用，土的湿陷性愈弱。

1.3 黄土的湿陷性还与碳酸钙、石膏以及易溶盐（氯化物、硫酸盐和重碳酸盐等）的含量和状态以及土的酸碱度（用pH值表示）有关。一般来说，黄土中碳酸钙的含量愈大并以薄膜分布或与黏土粒混在一起而具有胶结作用时，石膏及易溶盐含量愈大，pH值愈大时，则黄土湿陷性愈强。

2 黄土地基的工程勘察要点

2.1 应重点查明的问题

由于黄土的性质比较特殊，对工程的影响比较大，因此，对黄土类地区的工程地质勘察与评价的正确与否直接影响到建筑物的成败。所以在对黄土地区进行工程地质勘察时，除了工程地质勘察的一般要求外，还应该结合建筑物的特点和设计要求，注意一些特殊方面的勘察，注意应该注意的问题如下：

2.1.1 黄土层的时代与成因。判别场地土是属于新近堆积黄土还是老黄土、是原生黄土还是次生黄土，这些方面对判定黄土的性质有直接的关系。

2.1.2 场地地貌单元的划分。了解勘察项目与黄土分布的关系，查明场地附近滑坡、坍塌、冲沟、凹地、泥石流、裂缝等不良地质作用的分布、规模和发展趋势，查清不良地质作用对构筑物的影响。

2.1.3 地形和地表水。查明地形的起伏、大气降水的聚积和排泄条件；调查洪水淹没范围及其发生的规律，地表水、灌溉系统与灌溉情况。由于受水、积水次数多的部位湿陷性一般比较弱，但是暂时性的水流作用的地方，湿陷变形往往不太完全。

2.1.4 地下水。查明地下水位的深度、季节性变化幅度、升降趋势及其和地表水、灌溉情况与地下水的开采强度的关系；对地下水位上升或者有上升趋势的地区应该重点观察。

2.1.5 既有建筑物的调查。查明附近已有建筑物的地基变形情况及产生地基变形的原因，评价其地基变形的严重程度，了解相应建筑物的结构特点，积累类似地区的建筑经验。

2.1.6 湿陷黄土的基本情况。查明湿陷黄土层的厚度、湿陷系数、自重湿陷系数以及湿陷起始压力随深度的变化规律，判别场地湿陷类型和地基湿陷等级。

2.1.7 其他问题。收集附近地区的资料，明确场地内及附近有无地下坑穴、古墓、古井、地道、砂井等，并了解其分布范围。

2.2 勘察阶段及场地的复杂程度

勘察阶段的划分应该与设计同步，一般可分为可行性研究阶段勘察、初步设计和施工图设计勘察，特别复杂的地方或者有特殊要求的路段可以增加技术设计勘察，对某些方面进行特别研究。如果场地面积小、地质条件简单、构筑物规模较小或者有建筑经验可循的地段可以简化勘察阶段。

黄土场地的工程地质条件的复杂程度，可以根据地形、地貌、地层结构、场地的湿陷类型、地基湿陷等级及分布的复杂程度、有无不良地质作用以及地下水的变化等方面分为简单场地、中等复杂场地、复杂场地，具体分类《黄土规范》中有详细叙述。

2.3 勘探点的要求

勘探点的布置应该根据总平面图的要求和场地类别、建筑物类别、场地复杂程度的因素确定。

除此之外，勘探点中取不扰动样和原位测试的勘探点不得少于全部勘探点的2/3，其中取不扰动土样的勘探点不宜少于1/3。

勘探点的深度应该大于地基压缩层的深度，另外，对于非自重湿陷场地来说，勘探点深度应从基础底面算起大于10m。对于自重性湿陷性场地来说，陇西、陇东-陕北-晋西地区勘探点深度应从基础底面算起大于15m，其他地区应大于10m。对于比较复杂的构筑物来说，应该有控制性钻孔穿透湿陷性黄土地层。

2.4 黄土勘探的取样

黄土土样的质量直接关系到黄土的评价结果，所以如何保证黄土原状样的取样质量是一个非常重要的问题，所以应采取不扰动土样，必须保持其天然的湿度、密度和结构，并应符合Ⅰ级土样（即不扰动，可进行土类定名、含水量、密度、强度和固结试验）质量的要求。

在探井中取样时，竖向间距在1.0m左右，土样直径不应小于120mm。取土勘探点中，探井的数量一般占取土勘探点总数的1/3到1/2，且应该不少于3个，探井的深度应穿透湿陷性黄土层为宜。

在钻孔内采取不扰动土样时，必须严格掌握钻进方法、取样方法，使用合适的清孔器，严格按照《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004中附录D执行。取土器需用带内衬的专用黄土薄壁取样器，对结构比较松散的黄土，不宜使用无内衬的黄土薄壁取样器，其取样器构造尺寸应符合《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004附录D中附图D和附表D-1的要求。在钻进和取样过程中，首先保证不能向孔内注水；然后在卸土禁止敲打取土器；接下来需要检查土的质量，如果发现土样有异常情况（如：受压、扰动、碎裂、变形）时，此土样应废弃并重新取土样；最后要经常检查钻头和取土器的完好情况，发现不合要求应立即更换。

3 黄土湿陷性评价及场地划分

3.1 黄土湿陷性的评价

黄土湿陷性评价应根据试验来进行，主要试验分为室内压缩试验、现场静荷载试验和现场试坑浸水试验三种，其中常用的是室内压缩试验。具体试验方法应该按照《湿陷性黄土地区建筑规范》4.3节的要求进行。求得湿陷系数δs后，按照0.015作为划分的界限值，当δs＞0.015时，为湿陷性黄土；当δs＜0.015时时，为非湿陷性黄土。

根据湿陷系数非大小，按照0.015≤δs≤0.03、0.03＜δs≤0.07、δs＞0.03依次分为湿陷性轻微、中等和强烈。

3.2 场地的湿陷类型的判定

湿陷性黄土可分为非自重湿陷性和自重湿陷性黄土两种类型。划分非自重湿陷性和自重湿陷性黄土可按室内压缩试验，在土的饱和（Sr＞0.85）自重压力下测定的自重湿陷系数δzs判定。自重湿陷系数的计算按照按《湿陷性黄土地区建筑规范》式（4.3.4-2）计算。

当δzs＜0.015时，应定为非自重湿陷性黄土；当δzs≥0.015时，应定为自重湿陷性黄土。

以70mm作为判别建筑场地湿陷类型的界限值是根据自重湿陷性黄土地区的建筑物调查确定的。在河南、西安大部分非自重湿陷性黄土地区，自测自重湿陷量一般不超过30～40mm，而兰州等典型自重湿陷性黄土地区则常在100mm以上，有时达300mm多；同时也考虑了建筑物地基容许下沉的因素：当地基自重湿陷量在70mm是，建筑物一般无明显破坏特征，或裂缝稀少，不影响正常使用。

采用试坑浸水试验实测自重湿陷量△，zs应按照《湿陷性黄土地区建筑规范》4.3节（Ⅲ）现场试坑浸水试验的要求进行。根据现场所做的试坑浸水试验资料，实测自重湿陷量的大小除了与土的自重湿陷性质有关外，浸水试坑面积也有显著影响。在同一块场地，其计算自重湿陷量相同，试坑面积不同，实测自重湿陷量亦不同。试坑面积大的，实测自重湿陷量明显增大。

湿陷性黄土场地自重湿陷量的计算值△zs，应按《湿陷性黄土地区建筑规范》式（4.4.4）执行。

4 黄土地基的工程措施

针对黄土湿陷性的特点，应该采取必要的设计和施工措施，来消除或减小湿陷性对工程的危害。首先要进行地基处理，消除产生湿陷性的内在因素；其次是防水、排水已改变引起湿陷性的外部条件；再次要采取结构措施，改善建筑物对地基湿陷性引起的不均匀沉降的适应性或抵抗能力。如在桥梁施工中：对较高墩台结构，应采用刚性扩大基础或桩基础等类型，并将基地置于非湿陷土层中；一般的桥梁和路基来说，基础应处于非湿陷土层或经过处理的湿陷土层中并采取必要的结构措施；对于小桥涵及一般的道路构造物来说，视地基湿陷程度而定，可对湿陷土层全部处理，也可部分消除地基湿陷性或者只采取结构措施［3］。

4.1 湿陷黄土地基处理措施

常用的处理湿陷性黄土地基的措施比较多，具体情况需要根据地基的湿陷等级、类型、构造物的要求等选用不同的方法。其中重锤法、强夯法、挤密法、预浸水法在《湿陷性黄土地区建筑规范》中已有详细介绍，下面简单地介绍一下化学加固法和桩基法：

4.1.1 化学加固法。对于既有桥梁或其他构造物的湿陷事故处理，可以采用化学加固法。具体方法是利用某些化学溶液注入地基中，通过化学反应生成胶凝物质或使土颗粒表面活化，在接触处胶结固化，以增强土颗粒间的联结，提高土体的力学强度。化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法。但是对于地下水位或饱和度大于80%的黄土地基或已渗入沥青、油脂和其他石油化合物的黄土地基不能用碱液加固的方法［4］。

4.1.2 桩基法。常见的是深层搅拌桩，这是一种复合地基，可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便的特点，深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作为固化材料。

5 结语

总体来说，湿陷性是黄土地区道路工程建设的主要问题，在设计与施工中，切实做好对黄土湿陷性系数、实现类型、湿陷等级的评价，根据评价结果结合实际情况，做出切合实际的防治措施，提高路基及构造物的稳定性及耐久性，保证道路的安全畅通。

［1］石振明，孔立宪.工程地质学（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［2］朱小琳，杨桂林.土体工程［M］.上海：同济大学出版社，1996.

［3］冯中居.基础工程［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］叶观宝，高彦斌.地基处理（第三版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［栏目责任编辑欧阳曦邮箱52182167@qq.com］

Introduction of the Characteristics, Reconnaissance and Disease Prevention& Control of Loess in Road Engineering

Duan Chuan
（Nanyang Tongtu Highway Survey and Design Co. Ltd. Nanyang Henan 473000)

In the road engineering, because of long route and wide scope, multiple different types of soil and rockwill be encountered along the way, just the special rocks and soils include: loess, red clay, soft soil, filling,expansive soil, frozen soil, saline soil, mixed soil, contaminated soil, weathered rock and residual soil. This papermainly introduced the basic situation of loess..

road engineering; loess; measures

U412

：A

：1003-5168（2015）03-0117-3

2015-2-25

段川（1979.8-），男，本科，工程师，研究方向：公路勘察。