黄土湿陷性道路路基强夯治理措施

中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000

随着“一带一路”倡议的深入推进，我国中西部城市建设取得了飞速发展，城市市域范围呈辐射状不断扩张，道路网的建设也越来越密集，建设规模越来越大，针对中西部地区的环境地质特点和地基类型进行设计是道路建设者充分利用有限资源保障工程质量面临的重要内容。

我国黄土分布西起甘肃祁连山脉的东端，东至山西、河南、河北交接处的太行山脉，南抵陕西秦岭，北到长城，包括陕西、宁夏、甘肃、青海等5个省区的220多个县市，面积达54万km2，占全国土地面积的6%。我国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原，宁夏黄土多分布在固原市及同心县周边地区，还有部分分布在盐池县及灵武市周边地区[1]。

黄土的湿陷性表现为在水的影响下受自身重力或外界荷载作用具有显著的竖向压缩变形的特点，给该区域内道路建设设计、施工和养护均造成了极大的困扰。对于工程等级与湿陷等级较低的湿陷性黄土，在工程建设中广泛采用换填的处理方法，但对于工程等级与湿陷等级较高的地基，需采用多种方式消除地基土的湿陷性，文章仅针对其中的强夯法消除湿陷性以提高路基湿陷性黄土地区道路建设质量进行讨论。

1 湿陷性黄土的工程特性

经过长年沉积的老黄土通常是由黏土颗粒组成，结构非常致密，开挖难度大，几乎密不透水。但普通的黄土其组成中包含了大量弱黏结的粉粒，特别是湿陷性黄土表现为结构疏松、固结程度低、承载力弱，在非扰动及干旱少雨状态下基本能保持原有稳定状态，而一旦受到水的侵蚀，水就会迅速进入粉土颗粒之间，进一步削弱颗粒内部的黏结力，使土颗粒处于相对松散的状态，抗剪强度显著降低，工程性质随之丧失，宏观表现为地基或路基本体发生严重的竖向形变，路面整体或局部发生沉降，产生严重的纵横向裂缝，甚至会导致构筑物的倾斜和破裂。长期的研究和工程实践表明，具有湿陷性特点的黄土在水的浸润和自身或外荷载作用下所产生的变形往往具有突发性和不可逆等特点，同时还存在非连续性，一旦发生则意味着原土体结构发生了重塑。这种重塑包括两个方面：一是粒径小的颗粒随水的浸润落入大颗粒间孔隙中，造成土体内部不同区域的孔洞与坍落；二是土颗粒之间出现相对位移，内部结构完全重组。宁夏固原地区某项目典型湿陷性黄土土质的物理力学特性如表1所示。

表1 宁夏固原地区某项目典型湿陷性黄土土质的物理力学参数表

2 湿陷性黄土的地基强夯法处理措施

2.1 科学确定有效处理深度

强夯法是一种常见的通过一定质量的重锤以一定高度冲击地面，使地基土原本的土颗粒骨架结构发生改变，土颗粒彼此挤紧密实，提前完成竖向变形的不良地基处理方法[2]。强夯法相比于其他化学加固法具有施工简单、处理效果好、经济适用的优点，适用于处理各湿陷等级的湿陷性黄土地基，处理土层深度以3～6m为宜，不宜超过8m。

强夯法处理时的有效深度由于土体自身的性质差异，相同夯击能作用下的结果有所不同。因此，强夯法有效处理深度应通过试夯测试结果或区域内相似工程经验确定。试夯时应选择具有代表性的段落进行试夯，试夯区域面积应大于500m2，从而确定夯击方案、单击夯能、夯击次数、夯击遍数、间歇时间等参数。强夯法有效处理深度参考值如表2所示。

表2 强夯法有效处理深度参考值

2.2 合理选择夯锤

夯锤可选用铸钢锤或钢筋混凝土锤（钢包壳），夯锤上应设置数个上下贯通的气孔，锤底面可选用平底、凸形底、球形底等，当单击夯能小于4000kN·m时锤底面直径宜为2.5m，当单击夯能大于5000kN·m时锤底面直径宜为3.0m。对于起吊夯锤的机械，我国大多以履带式吊车改装，根据工程所采用的夯锤和起重高度来选用起重机的型号，可单机作业，也可主、副机（移锤）联合作业，可在吊臂两侧辅以门架，从而提高起重能力和安全性。门架由横梁和2个支腿组成，支腿的结构形式有格构式或管式，门架上部横梁中心绞接于吊杆顶部。

2.3 严格控制土体含水率

土体含水率对于强夯效果有着明显的影响，因此强夯法施工前应对待处理地基土的含水率进行测定。土体中各层的相对压实程度沿着深度的变化规律随着含水率的变化而有所不同，当含水率较低时，强夯法主要的加固范围集中在土体浅层范围内，深层的相对压实程度远远不如浅层，最表层的土体由于波的反射使得其相对压密程度低于相邻层，且含水率越低，此情况越明显。土体含水率接近强夯最优含水率时，相对压密程度随着深度均匀地减小。当土体含水率高于强夯最优含水率时，在土体的浅层范围内出现了明显的压缩不均匀现象[3]。因此，当测定土体含水率小于8%时，采用土体成孔注水润湿土体，待3～7d后进行施工；当测定土体含水率大于24%时，通过晾晒等措施使土体含水率降低后再进行施工。

2.4 合理布设强夯施工时夯点

强夯施工时夯点宜按正方形或等边三角形布设，夯点中心距为夯锤直径的1.2～2.0倍。施工过程中分主夯、副夯、满夯3遍实施，主夯按布置夯点完成第一遍后，副夯点在主夯点中间穿插布置，副夯点的布置间距及单击夯击能应与主夯点相同。待主夯、副夯完成后，进行满夯施工，满夯夯点按相邻夯点的1/4搭接连续夯击，满夯单击夯击能可为主副夯单击夯击能的1/2～1/3。为更好地分散土体的超静孔隙水压力，两遍夯击之间宜有时间间歇，间歇时间长短与土的粒径、含水率、夯点间距、处理土层厚度等众多因素有关。间歇时间根据试夯结果确定，单从土性考虑时，低液限黏土一般为7～14d，低液限粉土一般为3～7d，砂土一般为1～3d。夯点的夯击次数由试夯阶段得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，停夯标准以最后两击的平均夯沉量为准，当单击夯击能小于2000kN·m时，最后两击的平均夯沉量不大于50mm；当单击夯击能为2000～4000kN·m时，最后两击的平均夯沉量不大于100mm；当单击夯击能大于4000kN·m时，最后两击的平均夯沉量不大于200mm，且最后一击夯沉量应小于上一击的夯沉量。

2.5 强夯质量检验

强夯质量检验应在施工结束后7～14d进行，按1处/2000m2的抽检频率进行抽检，在设计处理深度内每隔0.5m取1～2个土样进行室内试验，测定土的压实度、压缩系数和湿陷系数。施工结束15～30d后，可采用荷载试验、标准贯入试验、瞬态瑞利波法或探井取样试验等方法检验地基土的强度变化情况，评价强夯的效果，应按1处/3000m2的抽检频率进行抽检，且不应少于3处。

3 结束语

我国社会经济的快速发展很大程度上加快了道路建设的步伐，现阶段，中西部地区尤其是城市中，受各种用地限制的影响，无法避免需要在湿陷性黄土上进行道路建设。因此，在勘察设计阶段，只有根据湿陷性黄土的工程特点和造成湿陷的主要影响因素有针对性地进行科学分析和计算，才能选取合理的不良地基处理措施和方法，从而有效控制道路在使用过程中的沉降变形，最终达到提高道路整体质量的目的。