高速公路湿陷性黄土路基处理措施

陈 文

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

0 引言

随着交通事业的发展，高速公路作为我国交通网络中重要组成部分，人们对其质量要求较为严格。我国疆土辽阔，路基土组成特性也较复杂，特别是国家实行西部大开发后，在高速公路路基建设中遇到了许多严峻挑战，如湿陷性黄土路基处理。黄土一般在干燥时具有较高强度，遇水后其结构立即遭到破坏，失去原有形态和牢固性。湿陷性黄土主要指黄土受到气候条件或雨水影响，并在外部荷载作用或自身重力作用下出现下沉现象[1]。在湿陷性黄土路基上直接修筑高速公路，会出现路基沉陷、路基陷穴及路堤崩塌等破坏。本文依托实际工程，主要对高速公路湿陷性黄土路基进行处理，为日后湿陷性黄土路基施工提供指导意见。

1 湿陷性黄土地质特征及破坏原因

1.1 湿陷性黄土

湿陷性黄土属于黄土的一种，其主要由粉土颗粒组成，成分大多为碳酸盐，具有较多空隙且表面呈现黄色的松散沉积物。国内外学者试图将黄土划分为黄土和黄土状土两大类。在工程建设中，一般将黄土划分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。湿陷性黄土主要由于黄土在受到地下水浸润的同时，还受到外部荷载作用，导致其结构迅速发生破坏并出现显著下沉的现象。

（1）从宏观角度分析，湿陷性黄土主要具备以下特征：①外观主要颜色为黄色，此外还有褐黄、灰黄等颜色；②具有较高的含盐量，其中以碳酸盐含量为主，此外，硫酸盐和氯化物含量也较高；③湿陷性黄土中粉土颗粒含量达到一半以上，并且其松散状沉积物中含有较多大孔隙。

（2）从微观角度分析，湿陷性黄土主要由结构单元、胶结构和孔隙等3部分组成。

根据上述分析得知，粉土构成了湿陷性黄土结构，其中粗粉颗粒形成骨架，细粉颗粒、黏土等胶结物吸附在其表面，特别是集中于大颗粒的接触点处，并与盐物质反应形成的溶液和碳酸钙、硫酸钙等物质共同形成胶结，最终构成黄土微观结构。湿陷性黄土的化学成分主要包含碳酸盐、中溶盐和易溶盐（表1）[2]。研究资料显示，我国湿陷性黄土的pH值一般在6.0～9.2，当酸性值越高时，黄土的湿陷性就越强。

1.2 湿陷性黄土发生原因

湿陷性黄土产生主要包括物理及化学反应，同时也受到多个因素影响。一方面受到外界压力和水的浸润作用，导致其发生湿陷，另一方面是受黄土物质成分和结构特征影响[3]。

表1 湿陷性黄土主要化学成分

当天气干燥时，由于黄土没有足够的密实度，其水分蒸发量明显大于大气降水量，而造成黄土层结构密实度不足的原因主要是没有充足的压力和湿度条件。当覆盖一层土后，土层不能得到充分压实，导致湿陷性黄土具有较低湿度和较高孔隙率。

1.3 影响因素

黄土颗粒中的粘粒含量、胶结物等都会对黄土性质产生影响，其中盐类含量是造成黄土湿陷的一个重要原因。当黄土中易溶盐含量较高时会导致黄土湿陷的敏感性增强，同时会出现突发的沉陷现象。若其中含有较多难溶盐，则会出现湿陷滞后现象。此外，黄土的湿陷性还与土体中水分含量、天然孔隙比和外部荷载压力有关，当天然孔隙比小、含水量大时，黄土的湿陷性就越大；当孔隙比和含水量保持不变时，外部施加荷载越大会造成黄土湿陷性越强，当压力达到一定数值后继续增加，其湿陷性反而降低。针对新堆积黄土，在小压力作用下表现出高压缩性特征。此外，在降雨量较大地区发生湿陷性的可能性会更大，同时还受到雨水浸泡时间的影响[4]。

2 工程实践

2.1 工程概况

某高速公路全长71.58 km，全线设计采用双向6车道，设计时速为100 km。该路线所在区域属于大陆性季风气候，光照充足且四季分明，一年中最低气温可达-20 ℃，最高气温达到38 ℃。试验段为K18+250～K20+540段，填土高度为2.4～5.0 m，地貌类型以侵蚀性地貌为主，土质为非自重湿陷性黄土，湿陷层厚度1.0～4.3 m。该段路是地区战略经济发展项目区的重要组成部分，其建设对地区经济、商品流通和旅游业等发展具有重要意义。现依据GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》，对该试验段湿陷性黄土地基进行处理。

2.2 换填垫层法

换填垫层法适用于湿陷性黄土层厚度不大，可以一次性将软弱土层全部挖除，然后更换强度或稳定性更大的土或无侵蚀材料。研究分析2～3 m的换填厚度经济性最佳，若湿陷性黄土层厚度过大，会导致换填法工程量大大增加。

换填垫层法一般可以用来对湿陷性土、膨胀土、素填土等地基进行处理，垫层种类包括砂垫、土垫层、粉煤灰垫层和干渣垫层等，其适用范围见表2。

换填垫层法可以适用于地下水位上部处理或整片地基处理，具体作用有：①通过整体或局部换填施工，可消除湿陷性黄土的湿陷量；②可有效减小地基土的抗压缩性和渗水特性；③可降低下卧层顶面的附加应力。

2.3 重锤夯实法

重锤夯实法主要将重锤提升至一定高度后自由下落，利用其自身重力对土体进行夯实，采用这种方法可消除湿陷性黄土层厚度约1.5 m。研究显示，经夯实后的土层特性大都向好的方向发展，其干密度变大，湿陷性也逐渐消除，透水性也大大减弱，降低了土层的压缩性，同时增强了土体承载力。由于黄土的湿陷性不是自重湿陷引起，因此采用重锤对湿陷性土层进行夯实，可以降低湿陷变形量。因此，若黄土不具有自重湿陷性，选取重锤夯实法是一种很好的地基处理方式。

表2 垫层适用范围

2.4 强夯法

强夯法也称作动力固结法，是将重锤提升至一定高度后，使其在重力作用下自由落体，对地基产生强大的冲击和振动。针对不同土质类型，强夯法加固深度均不同（表3）。

表3 强夯法有效加固深度

强夯法施工周期短、设备简单、经济性好且能够对多种土质类型进行加固，优点：①施工机械和方法简单，可根据施工现场实际状况选择合适的施工设备；②强夯法加固效果好；③施工工期短且速度快。④有效加固深度大，高能级的单层夯击范围可达到11 m，普通能级的单层夯击处理区域在5.5～7.5 m。

2.5 挤密法

挤密法主要通过挤密的方法使深层土体达到密实状态，进而降低土体孔隙比，增大强度。根据回填材料不同，可以将挤密法分为渣土桩挤密法、灰土挤密桩法、砂桩挤密法和土挤密桩法，其中砂桩挤密法和土挤密桩法用于湿陷性黄土地基加固。

土挤密桩和灰土挤密桩一般在地基土中设置一个半径为14～30 cm的桩孔，并需要向桩中回填素土或灰土。其加固原理一方面是在成孔的同时，桩孔位置的土体从侧面挤出，从而间接使桩孔周围土体密实，另一方面是桩体中的石灰和土发生物理和化学反应，形成新的桩体结构并具有较高强度。

3 结语

高速公路湿陷性黄土路基破坏类型包括路基沉陷、路基陷穴和路堤破坏等。本文在分析湿陷性黄土特性的基础上，研究其破坏原因及影响因素。依托实际工程，提出几种湿陷性黄土路基处理技术，即换填垫层法、重锤夯实法、强夯法和挤密法，工程实际应用中，可根据实际情况选择合适的处理技术，对湿陷性黄土路基进行处置。