湿陷性黄土地区路基路面病害处治技术

富建云 甘肃卓通工程技术服务有限公司工程师

湿陷性黄土表现出土质的特殊性，整体土质具有均匀性较差、工程结构稳固性不足、孔隙数量较多等特点。未浸水时土质强度优异，表现出较低的结构压缩性。特定压力条件下，一定量水分浸润时，引起土层结构受损，形成较大附加作用，增加土层下沉速度，削弱土层整体强度。湿陷性黄土区域内开展路基工程应考量周边水文特点，进行防水处理，加强地基地面的整体平稳性，减少病害问题。

1 黄土物理特点

1.1 颗粒组成

国内多数地区的湿陷性黄土中均含有粉土，粉土颗粒占比大约为60%，作为黄土土质判断的主要依据。粉土组成的40%是粗粉，粗粉主要由一种0.005 ～0.010 mm 的土质颗粒组成。黄土组成中低于0.005 mm 粒径的土质颗粒占比仅有14%，高于0.10 mm 的土质颗粒质量占比不超过5%，不含有粒径高于0.25 mm 的颗粒。

国内各地区的黄土组成特点如下：第一，山西黄土中含有石英、长石两种粗颗粒，伊利石是一种细粒，易溶盐占比为0.02%～0.66%，中溶盐占比较低，难溶盐占比约为12.00%；第二，陕西黄土组成与山西相近，易溶盐占比为0.03%～0.95%，中溶盐占比较低，难溶盐占比约为9.00%～14.00%；第三，甘肃黄土组成中，易溶盐占比为0.10% ～0.90%， 中溶盐占比为0.50%～1.40%，难溶盐占比约为10.00%。

1.2 土质特点

湿陷性黄土受到外界压力作用时会发生附加下沉现象。黄土遇水后会受到胶结物的影响，土质变软。土层表现出欠压密、干旱特点时，处于风积、坡积、洪积各状态的黄土，整体土质相比大气降水蒸发量更高。土层形成时不会同时具备充足压力、适当温度这两个条件，由此降低了土层整体的压密性。与地表间隔2 m 左右的土层区域，大气降水会对土质造成影响，此时上覆土质量较轻，土层压密效果欠佳，易转化成湿陷性黄土，土质表现出含水量少、孔隙比值较高等特点。

国内湿陷性黄土的主要区域降雨量约为250 ～500 mm，整体土层水分蒸发量大于实际产生的降水量，形成土层含水量较少现象。各地区黄土孔隙特点如表1 所示。

表1 各地区黄土孔隙特点

黄土湿陷性级别的划分如表2 所示，△s表示黄土湿陷性变化量，从距离地面1.5 m 的土层位置起，至土层11.5 m 深位置，统计黄土地基的总量。

表2 黄土湿陷性级别

2 地基处理方法

改善黄土地基性能是以调整黄土湿陷性为目标，增强地基性能。一般情况下，地基病害处理技术有灰土垫层、夯实法以及土桩法等。针对低于Ⅱ级的黄土区域，对其进行地基处理，可使用垫层、土桩等方法。湿陷程度较大的处治项目会增加处理工艺的施工量，相应增加人力、物力各项资源的消耗量。近年来，夯实法表现出地基加固流程精简、加固效果优异、施工进展速度快、处治成本经济等优势，获得了广泛使用[1]。

3 病害处治工艺

3.1 防排水

排水设计需在路基项目前期进行，加强路基设计质量，关注路基设计的防水效果，设计有效的排水方案，增强工程的防灾能力，防控路面水毁问题。排水设计质量是决定路面性能的关键因素，加强方案选择可延长路面使用时间。

排水设计以蓄水为主要项目，融合分散排水思想，确保排水设计的有效性。黄土区域内多数地势坡度较小，排水具有一定难度。一般情况下，路堤高度测得结果大于50 cm，使用挖涝池方法进行排水，达到边沟水的排出目标。此种排水设计兼具成本经济、生态性强两个优势。另外，公路施工区域需回避不良地质区域，减少公路水毁问题发生，增强路基整体性能。公路路线设计时，应远离土质河岸，减少河水对路基形成的冲刷作用，同时不可在滑坡地段施工。如果施工路线含有不良地段，且无法做出绕行处理，则需加强排水与截水处理，保证路基性能。

3.2 压水注浆

路面发生沉陷病害时可使用灌浆工艺进行处治。此种病害处理方法是借助液压、气压等外界力量对路面病害处注入浆液，使浆液缓慢渗入地层体系，以填充、渗透等形式使用浆液，达到降低黄土孔隙比例的处治目标，以有效去除裂缝。在灌浆施工操作时，有效测定灌浆的操作压力、获取浆液的注入浓度，保证注浆质量。如果压力较小，则会降低浆液的渗入深度，形成注浆空白区；而如果注浆压力较高，则会引起路基结构受损。因此，应规范控制灌浆压力，加强用料配置管理，确保注浆质量。

3.3 夯实流程

3.3.1 地基处理

在施工区域范围内，清除地表层中混有的腐殖土，进行地基整平、路面碾压等处理。结合方案标出的坐标信息，复核位置信息，调派专人开展测量工作，明确设定出夯实的操作范围，进行桩点布设。在工程中，多数使用标准格子形式。依据工艺标准，逐一检查性能欠佳的黄土，锁定劣质黄土方位，融合冲击碾压工艺，给予填方处理，有效清除表层杂土，再进行强夯处理。

3.3.2 夯实技术用法

有效清除待处治地基项目表层的腐殖土，对项目各处地基进行有效整平、路面碾压等各项处理。结合设计方案给出的坐标信息，多次测定工程方位，联合技术人员测定强夯操作的具体方位，给出桩点标记。使用格子标注形式，确保强夯施工点标记质量。结合强夯工艺要求，针对Ⅰ、Ⅱ级湿陷性黄土进行区域标记，使用冲击碾压处治方法。针对Ⅲ级黄土的路基处治任务，采用填方清表联合强夯工艺的方法，确保路基处理效果。

首先，使用灰格子标记确定夯锤操作方位，运行起重机至目标施工位置后对准落锤操作的标记点；其次，规范测量夯锤顶部的高度，夯击完工后再次测量沉降值；最后，结合前期夯实施工参数方案进行夯实处理。首次夯击操作后即可开展下道夯击任务，以顺应工期需求。强夯处理需加强夯击位置偏差控制，保证夯击方位的准确性，防范落锤机架角度偏移问题。使用辅助工具、自动脱钩等设备，将设备装设在起重臂杆的对应位置，以此控制落锤机架的平稳性。夯击锤子表层添加两组排气孔，保证多余空气排出效果，便于施工有序进行。此外，强夯操作工人须规范操作水准仪，准确获取地基沉降量。如果在夯实操作中发现夯击施工周边区域有隆起问题，需准确测定隆起位置，记录隆起情况[2]。

3.4 裂缝处理

注浆加固技术处理完成时，应及时去除轻微裂缝问题。裂缝消除使用灌缝注胶工艺，进行前需要进行杂物清洁工作，保证密封胶使用环境的整洁性。使用灌缝设备进行材料灌注，在槽口中有效灌入密封胶。

灌缝操作采取由上至下的施工顺序，以此保障缝隙灌注完全，提升灌注密实性，防止形成气穴。同时应保证各类裂缝灌注的持续性，如果灌注操作中出现轻微龟裂情况，需及时添加橡胶填缝整平处理。灌缝施工对环境要求较高，即施工环境中含水比例较低、整体工区较为清洁，温度应高于4 ℃。如果灌缝温度不足4 ℃，则需使用喷灯加热枪给予裂缝区加热处理，加热完成后继续灌注，并进行有效密封处理，保证密封胶的粘合效果。

3.5 路面断裂处理

裂缝宽度大于15 mm 的情况视为严重裂缝。路面有严重裂缝问题时需使用高压旋喷法进行路面防治。旋喷工艺使用流程在注浆完成后，准确观测注浆成效，以此保持路面性能的平稳性。性能检测工序完成时，运行铣刨机作裂缝处理，保持裂缝区域的清洁性，对裂缝区段进行油层涂刷、格栅放置、用料摊铺等处理。此外，裂缝处理应关注格栅铺设效果，格栅具有加筋固定能力[3]。

3.6 灰土挤密桩

施工区域内的黄土层厚度达20 m 可视为自重湿陷性土质。应对此种黄土路基的病害预处理方法为改善土层湿陷性、强化路基性能。

（1）改善湿陷性时综合考量路基整体承载性能；（2）使用灰土挤密桩方法进行路基处理；（3）处理前期测定轴线、桩位各参数，依据勘测结果确定桩位，再进行打孔；（4）采取沉管成孔工艺方法，有效控制施工区的土质含水比例，保证含水量的适宜性，沉桩时采取间隔打孔方式；（5）拌制石灰土用料需合理控制用料量，确保石灰土搅拌均匀、拌和充分，使用设备搅拌用料时，拌和时间不可少于3 min；（6）桩体处理使用石灰土进行夯实，夯实操作应保证夯填处理的持续性，设备整体平稳，锤子与桩体孔位对齐；（7）施工期间，工人应不定时查看夯锤位置的偏差问题，保证填料用量充足，合理控制夯实操作时间；（8）夯实操作应调配专人，随时查看孔位准确性，保证挤密桩处理质量。

3.7 树桩加固

使用树根桩进行病害处治时，可有效控制路基塌方病害。要使用孔径较小的桩体，桩径取10 ～25 cm 为宜。路基塌方时，使用的处治设备为钻机。结合工程病害严重性增加钢筋笼。压力辅助下，有效注入泥浆，由此获得“桩体”。完成钢筋笼的添加操作后，可使用碎石、泥浆进行灌注处理，达到路基加固效果。此种小孔径桩体被认定为微型桩，可进行多个方向设计，塌方处治中具有使用灵活性，显著改善土体性能[4]。

4 湿陷性黄土区域内的加铺改善方法

4.1 设定加铺层厚度

4.1.1 L 路基改治路段的交通量情况

该项目结合目标工程的交通量特点，研究L 路基项目主干道的各类交通量。假设小客车为主要交通车辆，设交通量为p，检测结果为p2016年=19 203 辆/日、p2020年=23 902 辆/日，未来可通行小客车的交通量预测为p2025年=29 643 辆/日、p2035年=35 693 辆/日。L 路基项目的交通量组成中，小规模货运车辆通行数量占比为7.7%、中型货运车辆通车数量占比为8.0%、大规模货运车辆交通行数量占比为8.7%[5]。

4.1.2 L 路基性能计算

假设路面起始使用时间为2016 年，进行原路性能测算，车道早期设定的轴载容纳量约为8.77 万次，初期路面剩余可用时间为13 年，路面能够承载的运输级别为特种车辆。

4.1.3 加铺厚度

L 项目整体路基稳定性为95%，项目可靠系数约为1.33。路基性能优化时进行加铺厚度的性能对比，厚度取值为0.12 ～0.15 m，设定0.12 m、0.13 m、0.14 m、0.15 m 共4 组参数。对比发现，加铺厚度为0.12 m 时，面板综合应力值最高，应力测试结果为3.97 MPa。因此，路基改善时的加铺厚度应设计为0.12 m。

4.1.4 材料选择

首先，选用最佳配比方案，保证路基加铺质量；其次，精准设计级配，保证路基性能；最后，从材料、设备等多个方面逐一对比材料性能。胶结料以SBS沥青为首要选择。

4.2 其他路基病害的处治方法

4.2.1 一般路段

如果路基、路面整体性能平稳，仅有部分路段存在病害问题，那么此时的加铺方案为：表层4 cm，行车、硬路肩各路段用料为13 mm 粒径沥青玛蹄脂；下面层10 cm，用料类型为25 mm 粒径的混合料；应力吸收层2 cm，用料类型为10 mm 粒径的混合料。

4.2.2 错台量较大

当因为湿陷性而形成的错台量超过12 mm 时，加铺方案为：表层4 cm、用料选择13 mm 粒径的沥青玛蹄脂；中层5 cm，用料类型为20 mm粒径的混合料；下层9 cm，用料为30 mm 粒径的沥青稳定碎石。

4.2.3 纵坡较长

当改治路段纵坡区域较大时，加铺方案为：表层5 cm，用料类型为13 mm粒径沥青玛蹄脂；下面层8 cm，用料类型为20 mm 粒径沥青玛蹄脂；应力吸收层2.5 cm，用料应选用10 mm 粒径的混合料。

4.2.4 严重湿陷性问题

湿陷性问题较为严重的路段，加铺方案为：表层4 cm，用料选用13 mm粒径沥青玛蹄脂；中层6 cm，选择使用20 mm 粒径的混合料；下层8 cm，使用50 mm 粒径的混合料；封层1 cm；基层30 cm。

5 结论

黄土结构中，水是引起路基发生病害的主要因素。湿陷性黄土施工区域内路基项目施工时，工人应准确了解黄土施工特点，采取有效路基病害防治措施，降低路基病害的发生次数，保证路基性能，同时加强排水和阻水设计，保证路基结构平稳，维持路面交通性能。