宁夏地区黄土的湿陷性危害及治理方法探析

刘会龙 （中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

黄土是一种因空气干燥而产生的孔隙众多的、柱状节理的粉状泥土，其大多出现在地球中纬度、内陆较为干燥的地区。在我国，黄土主要出现于西北内陆地区，北接长城、南临陕西秦岭、西靠祁连山脉东部，东部则是与太行山脉接壤，涉及到我国5大省，即陕西、甘肃、山西、青海以及宁夏，总面积超过50万km2，达到我国总面积的5%以上。

1 工程概况

本文选取吴忠至中卫铁路项目为主要研究对象。该铁路北起吴忠，途经关马湖和滚泉，穿过牛首山丘陵区，到达中宁东设站，最终到达中卫市。全线总长约为140km，项目部仅承建中宁县大战场镇和宣和镇之间的线路，正线里程为DK97+702.80～DK112+170.86，全长约为总长的10%。除必要的线路施工外，项目还需预留宣和南站这一车站。在这种情况下，项目全长约为14km。双线设计贯穿于项目全线，连站前工程和线路内附属工程。

2 不良地质及特殊岩土

2.1 风沙

工程项目的实施需充分考虑沿线的地质情况。风沙、高烈度区地震液化以及特殊岩土是本线遭遇到的主要不良地质，其中，关马湖、鸣沙以及宣和等区域是不良地质的主要分布区。该地区属于半干旱气候区，在周边环境以及气候区的影响下，该地区不仅降雨量少，且蒸发较快。因此，该地区的地表大都为来源丰富、含量较高的黄土或粉细砂。

2000年以前，该地区以固定-半固定沙丘为主。为了改变这一现状，当地居民开荒造林，在推平的沙丘上种植草被、树木。除此之外，当地居民还积极治理风沙，对农田进行灌溉。经过长期的治理，该地区的地质条件大大改善，沙害逐渐减少，耕地逐渐增多。

2.2 地震液化

该地区处于地震基本烈度八度区。在黄河冲积平原区，地表20m范围内第四系全新统粉细砂、粉土、砂质黄土地震可液化层。液化土层的厚度和埋深分别为1～12.5m 和0.45～16m。

2.3 特殊岩土

2.3.1 湿陷性黄土

黄土地层大都是砂质黄土，在山前倾斜洪积平原区以及低中山丘陵区等区域较为常见，其显著特征有结构松、孔隙多、湿陷性大。湿陷以非自重湿陷性为主，共分为两个等级，湿陷的土地厚度在0.5～6m 之间[1]。

2.3.2 膨胀（岩）土

在山前倾斜洪积平原区以及低中山丘陵区等区域不仅分布着湿陷性黄土，还分布着膨胀（岩）土。膨胀（岩）土属于上第三系泥岩，在周边环境的影响下容易发生结构和力学性质的改变。天然状态下的上第三系泥岩结构致密，具有较小的压塑性和较高的抗剪强度，遇水时易膨胀，失水时易干缩。相关工作人员对项目沿线的地质情况进行取样试验，最终确定该地区分布的主要是弱膨胀岩。在施工过程中，相关工作人员应充分考虑其膨胀性，必要时采用“保湿防渗”的方法进行预防和处理。针对膨胀岩的路堑边坡，施工人员一方面要注意边坡的放缓，另一方面要及时进行加固处理。除此之外，为防止地表水下渗，施工人员还应完善排水功能，及时排出地表水。

2.3.3 软土及松软土

软土及松软土主要分布在黄河一级阶地区，以薄层软粘性土最为普遍，其中又以软塑-流塑状的粉质黏土为主。这种黏土具有很高的有机质含量，同时还具有压缩性高、孔隙率大等特点。不仅如此，该种黏土的强度不高，承载力低下，因而工程性质较差。

3 湿陷性黄土成因

通常黄土有2种类型，即湿陷性以及非湿陷性，湿陷等级判别见下表。前者是受到压力冲击以及水的侵蚀，导致原本的结构被损坏，由此出现剧烈下沉；而后者是尽管受到压力冲击、水的侵蚀，也不会出现黄土下沉运动[2]。

通常Δs≥50，Δzs≥30可判定为Ⅲ级，30＜Δs＜50，7＜Δzs＜30 可判定为Ⅱ级按照地区实际情况分析，宁夏的黄土物理力学指标主要是：液限在25%～35%之间、天然含水量在12%～22%之间以及塑限在16%～22%之间。根据研究可知，黄土中包含的砂粒、粗粉粒能够在一定程度上支撑整个结构，但是因为湿陷性黄土并没有过多的砂粒，同时很多砂粒是无法进行直接接触的，只有粗粉粒才能被直接接触。而细粒粉主要出现于大颗粒的表层，能够和一些胶质物体混合充当一些填充材料。由于黄土的结构较为松散，只是通过颗粒之间的摩擦以及部分水分的聚拢，一旦水分蒸发，体积就会变小，其内部的胶体、结合水以及盐分都会开始紧贴细颗粒，从而实现胶结连接。通过频繁的湿润与干燥，盐分含量就会大大上升、一些胶体也会变陈，从而导致胶结能力变强，黄土结构更为松散。同时，若是在季节性的降水时节，分散开的粉粒往往比较好凝结起来，但若长时间的干旱，因为水分的不断减少，会导致剩余水分以及盐分附着到粗粉粒表面，以此逐渐形成越来越多的胶结物。因为水分愈发变少、土粒之间的距离拉近，颗粒与颗粒之间的引力也会不断加强，从而提升内部土粒的稳定性，避免出现土体自重压密的情况，以此使得粗粉粒实现其支撑价值，形成稳定的多孔隙体系。在被水渗透的时候，结合水膜会不断渗入到结构内部，使结合水失去连接能力、盐类物质消失，从而导致骨架强度愈发变弱，在外界压力的压迫中导致原本结构受到冲击，内部土粒出现滑移、孔隙愈发变小，以此出现大面积的沉陷。上述则是黄土湿陷产生的原因以及全过程活动。由此可见，之所以出现湿陷主要是因为黄土内部的水连接变弱或消失。

4 黄土湿陷的危害及其处理措施

因为黄土的湿陷，会导致地基不平稳，出现变形，通常情况下只需1～2d就可以出现超过20cm的变形。而这样大的变形量对于绝大多数工程来说都超出了其自身的承受范围，会出现表层脱落、开裂等现象。基于此，对于不同的项目种类，应该有针对性地做好防固。

4.1 建筑物基础穿透湿陷性黄土层

湿陷性黄土层具有结构疏松的特性，因此为了消除施工中存在的安全隐患，在施工时首先要确保建筑物基础具有一定深度，且位于湿润性黄土层下方，以此确保施工的顺利进行。灌注桩作为常用的施工方式之一，虽然使用成本较高，但其不仅可以完美避开湿陷性土层，而且相较于其他施工方式更具有安全性，因此仍被广泛应用于各项施工项目中[3]。

沿线的山前倾斜洪积平原区及低中山丘陵区为黄土地层的主要分布区域。黄土地层大都为砂质黄土，具有结构疏松，孔隙较多等特点。湿陷性是黄土场地最明显的特征，主要为非自重湿陷性，施工人员需根据多种因素合理选择湿陷性黄土地基的处理方式。

4.2 湿陷性黄土地基处理质量保证措施

①冲击碾压是处理湿陷性黄土地基的主要方式之一。除此之外，强夯以及水泥土挤密桩同样也是处理湿陷性黄土地基的主要方法。如何选择最有效的处理方法还需要施工人员对诸多因素进行考量，如路基填挖情况、湿陷的压力和厚度等。

②在强夯施工的过程中，施工人员应尽量保证塑限含水量要高于湿陷性土的含水量。含水量低于一定标准时，施工人员应及时进行增湿，保证含水量符合规范。

③水泥土挤密桩应按孔底夯实、孔内填料的顺序进行。施工质量受土的含水量的影响，含水量过低时，会出现沉管困难等情况，需加水浸润提升含水量之后再进行施工；含水量过高时，拔管后会有缩颈现象产生，需采用复打法进行处理。

④为保证施工的顺利进行，施工人员应做好综合排水措施，防止积水在路基停留。同时，施工人员还应及时填平路基上的洼地、裂缝，防止路基积水。

5 结语

综上所述，在我国西北部的工程地质问题中，湿陷性黄土尤为常见。本文阐述了铁路湿陷性黄土的危害、所处位置以及处理方案，在工程实践中，可运用以上几种方法结合实际对诸多问题进行处理，在此类项目中起到引导性作用。