道路工程黃土的特性、勘察及病害防治

段 川

（南陽通途公路勘察設(shè)計有限公司，河南南陽 473000）

道路工程黃土的特性、勘察及病害防治

段 川

（南陽通途公路勘察設(shè)計有限公司，河南南陽 473000）

道路工程由于路線長、涉及的范圍廣，所以沿途會遇到多重不同的巖土類型，僅特殊性巖土包括：黃土、紅黏土、軟土、填土、膨脹土、凍土、鹽漬土、混合土、污染土、風(fēng)化巖和殘積土。本文主要介紹黃土的基本情況。

道路工程；黃土；措施

黃土是第四系干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。顏色多呈黃色、淡灰色或褐黃色；顆粒組成以粉土粒（其中尤以粗粉土粒，粒徑為0.05～0.01mm）為主，約占60%～70%，粒度大小均勻，黏粒含量較少，一般僅占10%～20%；含碳酸鹽、硫酸鹽及少量易溶鹽；孔隙比大，一般在1.0左右，且具有肉眼可見的大孔隙；具有垂直節(jié)理，常呈現(xiàn)直立的陡壁。黃土按其形成原因可分為原生黃土和次生黃土（又稱黃土狀土）［1］。

黃土和黃土狀土（以下統(tǒng)稱為黃土）在天然含水量時往往具有較高的強度和較低的壓縮性。但是黃土遇水浸濕后，其中一部分黃土?xí)谄渥灾刈饔孟聲l(fā)生劇烈而大量的沉陷，強度也隨之迅速降低；而有些地區(qū)的黃土卻并不發(fā)生濕陷，基本保持原來狀態(tài)。由此可見，同樣是黃土，但遇水浸濕后的反應(yīng)有比較大的反差。所以，認(rèn)為凡天然黃土在上覆土的自重壓力作用下，或在上覆土的自重壓力與附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的，稱為濕陷性黃土，否則就稱為非濕陷性黃土。黃土的濕陷性是黃土地質(zhì)勘察與工程地質(zhì)評價的核心問題［2］。

1 影響黃土濕陷性強弱的因素

黃土濕陷性強弱與其微結(jié)構(gòu)特征、顆粒組成化學(xué)成分等因素有關(guān)，在同一地區(qū)，土的濕陷性又與其天然孔隙比和天然含水量有關(guān)，當(dāng)然，浸水程度和壓力大小是主要外界條件。

1.1 根據(jù)對黃土的微結(jié)構(gòu)的研究，按其膠結(jié)物聚集形式和骨架顆粒的大小、含量可分為接觸膠結(jié)、接觸-基底膠結(jié)和基底膠結(jié)3種形式。接觸式膠結(jié)又稱粒狀膠結(jié)：骨架顆粒多，且多為棱角狀，彼此接觸，粒間孔隙較大。膠結(jié)物含量較少，成薄膜狀包圍顆粒，聯(lián)結(jié)脆弱，濕陷性較強；接觸-基底膠結(jié)也稱為粒狀-團(tuán)狀膠結(jié)：骨架顆粒有的彼此接觸，有的在粒間鑲嵌有膠結(jié)物，呈不規(guī)則狀態(tài)分布在顆粒之間，聯(lián)結(jié)較牢固，粒間孔隙較少。其濕陷性較接觸膠結(jié)者??；基底式膠結(jié)，也稱團(tuán)狀膠結(jié)：骨架顆粒較細(xì)，膠結(jié)物豐富，骨架顆粒完全由膠結(jié)物膠結(jié)，粒間聯(lián)結(jié)牢固，結(jié)構(gòu)致密，濕陷性弱。

1.2 從黃土的顆粒組成看，黏土粒的含量愈多，特別當(dāng)粒徑小于0.001mm的土粒含量大于20%并均勻分布在骨架顆粒之間，則具有較大的膠結(jié)作用，土的濕陷性愈弱。

1.3 黃土的濕陷性還與碳酸鈣、石膏以及易溶鹽（氯化物、硫酸鹽和重碳酸鹽等）的含量和狀態(tài)以及土的酸堿度（用pH值表示）有關(guān)。一般來說，黃土中碳酸鈣的含量愈大并以薄膜分布或與黏土?；煸谝黄鸲哂心z結(jié)作用時，石膏及易溶鹽含量愈大，pH值愈大時，則黃土濕陷性愈強。

2 黃土地基的工程勘察要點

2.1 應(yīng)重點查明的問題

由于黃土的性質(zhì)比較特殊，對工程的影響比較大，因此，對黃土類地區(qū)的工程地質(zhì)勘察與評價的正確與否直接影響到建筑物的成敗。所以在對黃土地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察時，除了工程地質(zhì)勘察的一般要求外，還應(yīng)該結(jié)合建筑物的特點和設(shè)計要求，注意一些特殊方面的勘察，注意應(yīng)該注意的問題如下：

2.1.1 黃土層的時代與成因。判別場地土是屬于新近堆積黃土還是老黃土、是原生黃土還是次生黃土，這些方面對判定黃土的性質(zhì)有直接的關(guān)系。

2.1.2 場地地貌單元的劃分。了解勘察項目與黃土分布的關(guān)系，查明場地附近滑坡、坍塌、沖溝、凹地、泥石流、裂縫等不良地質(zhì)作用的分布、規(guī)模和發(fā)展趨勢，查清不良地質(zhì)作用對構(gòu)筑物的影響。

2.1.3 地形和地表水。查明地形的起伏、大氣降水的聚積和排泄條件；調(diào)查洪水淹沒范圍及其發(fā)生的規(guī)律，地表水、灌溉系統(tǒng)與灌溉情況。由于受水、積水次數(shù)多的部位濕陷性一般比較弱，但是暫時性的水流作用的地方，濕陷變形往往不太完全。

2.1.4 地下水。查明地下水位的深度、季節(jié)性變化幅度、升降趨勢及其和地表水、灌溉情況與地下水的開采強度的關(guān)系；對地下水位上升或者有上升趨勢的地區(qū)應(yīng)該重點觀察。

2.1.5 既有建筑物的調(diào)查。查明附近已有建筑物的地基變形情況及產(chǎn)生地基變形的原因，評價其地基變形的嚴(yán)重程度，了解相應(yīng)建筑物的結(jié)構(gòu)特點，積累類似地區(qū)的建筑經(jīng)驗。

2.1.6 濕陷黃土的基本情況。查明濕陷黃土層的厚度、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)以及濕陷起始壓力隨深度的變化規(guī)律，判別場地濕陷類型和地基濕陷等級。

2.1.7 其他問題。收集附近地區(qū)的資料，明確場地內(nèi)及附近有無地下坑穴、古墓、古井、地道、砂井等，并了解其分布范圍。

2.2 勘察階段及場地的復(fù)雜程度

勘察階段的劃分應(yīng)該與設(shè)計同步，一般可分為可行性研究階段勘察、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計勘察，特別復(fù)雜的地方或者有特殊要求的路段可以增加技術(shù)設(shè)計勘察，對某些方面進(jìn)行特別研究。如果場地面積小、地質(zhì)條件簡單、構(gòu)筑物規(guī)模較小或者有建筑經(jīng)驗可循的地段可以簡化勘察階段。

黃土場地的工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，可以根據(jù)地形、地貌、地層結(jié)構(gòu)、場地的濕陷類型、地基濕陷等級及分布的復(fù)雜程度、有無不良地質(zhì)作用以及地下水的變化等方面分為簡單場地、中等復(fù)雜場地、復(fù)雜場地，具體分類《黃土規(guī)范》中有詳細(xì)敘述。

2.3 勘探點的要求

勘探點的布置應(yīng)該根據(jù)總平面圖的要求和場地類別、建筑物類別、場地復(fù)雜程度的因素確定。

除此之外，勘探點中取不擾動樣和原位測試的勘探點不得少于全部勘探點的2/3，其中取不擾動土樣的勘探點不宜少于1/3。

勘探點的深度應(yīng)該大于地基壓縮層的深度，另外，對于非自重濕陷場地來說，勘探點深度應(yīng)從基礎(chǔ)底面算起大于10m。對于自重性濕陷性場地來說，隴西、隴東-陜北-晉西地區(qū)勘探點深度應(yīng)從基礎(chǔ)底面算起大于15m，其他地區(qū)應(yīng)大于10m。對于比較復(fù)雜的構(gòu)筑物來說，應(yīng)該有控制性鉆孔穿透濕陷性黃土地層。

2.4 黃土勘探的取樣

黃土土樣的質(zhì)量直接關(guān)系到黃土的評價結(jié)果，所以如何保證黃土原狀樣的取樣質(zhì)量是一個非常重要的問題，所以應(yīng)采取不擾動土樣，必須保持其天然的濕度、密度和結(jié)構(gòu)，并應(yīng)符合Ⅰ級土樣（即不擾動，可進(jìn)行土類定名、含水量、密度、強度和固結(jié)試驗）質(zhì)量的要求。

在探井中取樣時，豎向間距在1.0m左右，土樣直徑不應(yīng)小于120mm。取土勘探點中，探井的數(shù)量一般占取土勘探點總數(shù)的1/3到1/2，且應(yīng)該不少于3個，探井的深度應(yīng)穿透濕陷性黃土層為宜。

在鉆孔內(nèi)采取不擾動土樣時，必須嚴(yán)格掌握鉆進(jìn)方法、取樣方法，使用合適的清孔器，嚴(yán)格按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004中附錄D執(zhí)行。取土器需用帶內(nèi)襯的專用黃土薄壁取樣器，對結(jié)構(gòu)比較松散的黃土，不宜使用無內(nèi)襯的黃土薄壁取樣器，其取樣器構(gòu)造尺寸應(yīng)符合《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004附錄D中附圖D和附表D-1的要求。在鉆進(jìn)和取樣過程中，首先保證不能向孔內(nèi)注水；然后在卸土禁止敲打取土器；接下來需要檢查土的質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)土樣有異常情況（如：受壓、擾動、碎裂、變形）時，此土樣應(yīng)廢棄并重新取土樣；最后要經(jīng)常檢查鉆頭和取土器的完好情況，發(fā)現(xiàn)不合要求應(yīng)立即更換。

3 黃土濕陷性評價及場地劃分

3.1 黃土濕陷性的評價

黃土濕陷性評價應(yīng)根據(jù)試驗來進(jìn)行，主要試驗分為室內(nèi)壓縮試驗、現(xiàn)場靜荷載試驗和現(xiàn)場試坑浸水試驗三種，其中常用的是室內(nèi)壓縮試驗。具體試驗方法應(yīng)該按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》4.3節(jié)的要求進(jìn)行。求得濕陷系數(shù)δs后，按照0.015作為劃分的界限值，當(dāng)δs＞0.015時，為濕陷性黃土；當(dāng)δs＜0.015時時，為非濕陷性黃土。

根據(jù)濕陷系數(shù)非大小，按照0.015≤δs≤0.03、0.03＜δs≤0.07、δs＞0.03依次分為濕陷性輕微、中等和強烈。

3.2 場地的濕陷類型的判定

濕陷性黃土可分為非自重濕陷性和自重濕陷性黃土兩種類型。劃分非自重濕陷性和自重濕陷性黃土可按室內(nèi)壓縮試驗，在土的飽和（Sr＞0.85）自重壓力下測定的自重濕陷系數(shù)δzs判定。自重濕陷系數(shù)的計算按照按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》式（4.3.4-2）計算。

當(dāng)δzs＜0.015時，應(yīng)定為非自重濕陷性黃土；當(dāng)δzs≥0.015時，應(yīng)定為自重濕陷性黃土。

以70mm作為判別建筑場地濕陷類型的界限值是根據(jù)自重濕陷性黃土地區(qū)的建筑物調(diào)查確定的。在河南、西安大部分非自重濕陷性黃土地區(qū)，自測自重濕陷量一般不超過30～40mm，而蘭州等典型自重濕陷性黃土地區(qū)則常在100mm以上，有時達(dá)300mm多；同時也考慮了建筑物地基容許下沉的因素：當(dāng)?shù)鼗灾貪裣萘吭?0mm是，建筑物一般無明顯破壞特征，或裂縫稀少，不影響正常使用。

采用試坑浸水試驗實測自重濕陷量△，zs應(yīng)按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》4.3節(jié)（Ⅲ）現(xiàn)場試坑浸水試驗的要求進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場所做的試坑浸水試驗資料，實測自重濕陷量的大小除了與土的自重濕陷性質(zhì)有關(guān)外，浸水試坑面積也有顯著影響。在同一塊場地，其計算自重濕陷量相同，試坑面積不同，實測自重濕陷量亦不同。試坑面積大的，實測自重濕陷量明顯增大。

濕陷性黃土場地自重濕陷量的計算值△zs，應(yīng)按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》式（4.4.4）執(zhí)行。

4 黃土地基的工程措施

針對黃土濕陷性的特點，應(yīng)該采取必要的設(shè)計和施工措施，來消除或減小濕陷性對工程的危害。首先要進(jìn)行地基處理，消除產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在因素；其次是防水、排水已改變引起濕陷性的外部條件；再次要采取結(jié)構(gòu)措施，改善建筑物對地基濕陷性引起的不均勻沉降的適應(yīng)性或抵抗能力。如在橋梁施工中：對較高墩臺結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用剛性擴大基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)等類型，并將基地置于非濕陷土層中；一般的橋梁和路基來說，基礎(chǔ)應(yīng)處于非濕陷土層或經(jīng)過處理的濕陷土層中并采取必要的結(jié)構(gòu)措施；對于小橋涵及一般的道路構(gòu)造物來說，視地基濕陷程度而定，可對濕陷土層全部處理，也可部分消除地基濕陷性或者只采取結(jié)構(gòu)措施［3］。

4.1 濕陷黃土地基處理措施

常用的處理濕陷性黃土地基的措施比較多，具體情況需要根據(jù)地基的濕陷等級、類型、構(gòu)造物的要求等選用不同的方法。其中重錘法、強夯法、擠密法、預(yù)浸水法在《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中已有詳細(xì)介紹，下面簡單地介紹一下化學(xué)加固法和樁基法：

4.1.1 化學(xué)加固法。對于既有橋梁或其他構(gòu)造物的濕陷事故處理，可以采用化學(xué)加固法。具體方法是利用某些化學(xué)溶液注入地基中，通過化學(xué)反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)或使土顆粒表面活化，在接觸處膠結(jié)固化，以增強土顆粒間的聯(lián)結(jié)，提高土體的力學(xué)強度?；瘜W(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法。但是對于地下水位或飽和度大于80%的黃土地基或已滲入瀝青、油脂和其他石油化合物的黃土地基不能用堿液加固的方法［4］。

4.1.2 樁基法。常見的是深層攪拌樁，這是一種復(fù)合地基，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡便的特點，深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作為固化材料。

5 結(jié)語

總體來說，濕陷性是黃土地區(qū)道路工程建設(shè)的主要問題，在設(shè)計與施工中，切實做好對黃土濕陷性系數(shù)、實現(xiàn)類型、濕陷等級的評價，根據(jù)評價結(jié)果結(jié)合實際情況，做出切合實際的防治措施，提高路基及構(gòu)造物的穩(wěn)定性及耐久性，保證道路的安全暢通。

［1］石振明，孔立憲.工程地質(zhì)學(xué)（第二版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［2］朱小琳，楊桂林.土體工程［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

［3］馮中居.基礎(chǔ)工程［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］葉觀寶，高彥斌.地基處理（第三版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［欄目責(zé)任編輯歐陽曦郵箱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，工程師，研究方向：公路勘察。