減少濕陷性黃土路基工后沉降的措施

高 靜

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

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減少濕陷性黃土路基工后沉降的措施

高 靜

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

結(jié)合濕陷性黃土的概念及特點(diǎn)，分析了濕陷性黃土路基的主要病害形式，從強(qiáng)夯、重夯、墊層處理、灰土擠密樁加固等方面，闡述了濕陷性黃土路基填筑的施工技術(shù)，并提出了路基工后沉降的預(yù)防措施，有效保證了路基的施工質(zhì)量。

濕陷性黃土，路基，工后沉降，強(qiáng)夯處理

濕陷性黃土主要分布在我國(guó)華北地區(qū)及西北地區(qū)黃土高原，大體集中在東經(jīng)102°～114°,北緯34°～45°之間，相當(dāng)廣泛。根據(jù)濕陷性黃土的濕陷程度、物理力學(xué)性質(zhì)、黃土厚度,濕陷性黃土可以劃分為7個(gè)大區(qū)，進(jìn)一步細(xì)分為多個(gè)亞區(qū)。不同的區(qū)及亞區(qū)的差異主要表現(xiàn)在濕陷性黃土厚度、物理力學(xué)性質(zhì)等方面。根據(jù)沉陷的量及遇水穩(wěn)定性的程度，可以劃分為Ⅰ級(jí)自重濕陷性黃土，Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土。

在濕陷性黃土地區(qū)修筑公路，必須針對(duì)濕陷性黃土的基本特點(diǎn)，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，盡量減少路基的沉降。根據(jù)目前的科研結(jié)果和工程實(shí)踐，要徹底杜絕濕陷性沉降尚無(wú)可能。但我們可以采取一定的措施，盡量減少和延緩沉降的數(shù)量和時(shí)間。

根據(jù)本人多年在濕陷性黃土地區(qū)修筑高速公路及一二級(jí)公路的實(shí)踐,歸納了幾條減少濕陷性黃土路基工后沉降的措施，以供參考。

1 濕陷性黃土的概念和特點(diǎn)

濕陷性黃土是在自重或一定壓力作用下，受水浸濕后，土體結(jié)構(gòu)迅速被破壞，并產(chǎn)生顯著沉降現(xiàn)象。大體可分為兩類：被水浸濕后，在自重作用下，被破壞主體結(jié)構(gòu)的土稱為自重濕陷性黃土；被水浸濕后，在一定外力作用下，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的土為非自重性濕陷性黃土。

2 濕陷性黃土路基的主要病害

對(duì)于濕陷性黃土路基，最主要的病害有5種。分別是：1)路基沉陷；2)邊坡沖刷；3)通車后路面翻漿；4)路基陷穴；5)路基失穩(wěn)。

本文僅就通車后(工后)路基沉降進(jìn)行淺析。

3 濕陷性黃土路基沉降的作用機(jī)理

濕陷性黃土導(dǎo)致沉陷的作用機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。它是一個(gè)極其復(fù)雜的物理和化學(xué)變化過(guò)程。專家、學(xué)者們進(jìn)行了大量的科學(xué)研究，形成很多不同的學(xué)術(shù)體系。沒(méi)有哪一種理論能夠準(zhǔn)確地、全面地、完整地解釋論證黃土濕陷的所有現(xiàn)象。

濕陷性黃土的沉陷離不開(kāi)內(nèi)在原因和外部條件的作用。內(nèi)在的原因主要包括顆粒組成、化學(xué)成分、礦物成分等在內(nèi)的黃土物質(zhì)成分以及結(jié)構(gòu)特征。其結(jié)構(gòu)特征主要體現(xiàn)在粉粒為骨架的多孔結(jié)構(gòu)，顆粒之間存在骨架空隙。外部條件是在一定壓力下受水浸濕。

4 濕陷性黃土的主要物理特性

要解決濕陷性黃土的沉陷問(wèn)題，必須了解和掌握濕陷性黃土的物理特性。

1)干硬性。濕陷性黃土在含水量很小的時(shí)候，十分堅(jiān)硬，結(jié)塊很難破碎。

2)濕軟性。濕陷性黃土的含水量一旦大于某一臨界值，就體現(xiàn)為嚴(yán)重的濕軟性。

3)大孔性。當(dāng)我們采集一塊原狀的濕陷性黃土?xí)r，觀察其斷裂面，可以看到大量的孔隙。并且，凡是肉眼可以看到的孔隙必然是大孔隙。

4)崩解性。濕陷性黃土一旦遇水，立即改變干硬性質(zhì)，表現(xiàn)為迅速崩解，且失去強(qiáng)度。

5 黃土濕陷的影響因素

黃土濕陷的影響因素較多，也很復(fù)雜，普遍認(rèn)為有以下幾種因素：

1)黃土中的粘粒含量的多少；2)黃土粘粒的成分；3)膠結(jié)物的含量；4)顆粒的組成及分布影響；5)架空空隙的大小及分布；6)黃土中所含的鹽類類型及數(shù)量(比例)；7)含水量的大??；8)土體的天然孔隙比的數(shù)值；9)所受的外力的作用(重力、壓力)等等。

6 降低濕陷性黃土路基工后沉降的主要措施

由于濕陷性黃土本身的特點(diǎn)，產(chǎn)生沉降是必然的。我們只能采取一定的措施延緩沉降的速度，減少沉降的數(shù)量。

我們應(yīng)在路基填筑前，路基填筑過(guò)程中，工程完工后等幾個(gè)階段分別采取相應(yīng)的措施來(lái)加強(qiáng)控制。

7 路基填筑前采用的措施

針對(duì)濕陷性黃土的特點(diǎn)，在路基填筑前，一般采取如下措施：

1)強(qiáng)夯。強(qiáng)夯的作用機(jī)理是：將一定重量的重錘，以一定的落距對(duì)地基施以沖擊和振動(dòng)，來(lái)改善土基的振動(dòng)液化條件，從而消除濕陷性黃土的濕陷性。強(qiáng)夯加固的過(guò)程是瞬間對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，從而使土體發(fā)生一系列的物理變化，它不是一般的壓實(shí)，而是使土體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在土體結(jié)構(gòu)的破壞，土體的液化產(chǎn)生排水固結(jié)，土體壓密，空隙減少。

通過(guò)反復(fù)巨大的沖擊能及與之伴隨的壓縮波，剪切波以及瑞利波等作用，對(duì)地基發(fā)揮綜合作用。土體在瞬間加荷的作用下，土體受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的交替作用，使土體的顆粒間原有的接觸形式發(fā)生改變，顆粒之間產(chǎn)生位移。土體的內(nèi)聚力大幅提高。著力點(diǎn)處形成夯實(shí)核，大大地減少了地基的沉降。提高了土體的承載能力，提前完成了土體的固結(jié)和壓縮，從而減少了工后的沉降。因此，被廣泛應(yīng)用于濕陷性黃土路基的處理。

2)重夯。重夯一般適用于處理飽和度不大于60%的濕陷性黃土地基。工藝要求采用2.5 t～3.0 t的重錘，落距一般控制在4.0 m～6.0 m之間，單點(diǎn)夯擊數(shù)為6擊。通過(guò)重錘處理的地基可解決1.2 m～1.8 m垂直范圍內(nèi)土層的濕陷性。通過(guò)重錘夯實(shí)，土的物理力學(xué)性能得到顯著改善，其平均干密度明顯增加，壓縮性得以降低。濕陷性顯著消除，透水性減弱，承載力獲得提高。重夯一般適用于非自重濕陷性黃土，且效果比較明顯。

3)墊層處理法。墊層處理法是在路基填筑前，清表后，在原地面上挖除一定厚度或直接覆蓋一定厚度的非濕陷性黃土的素土或摻有一定比例的灰土，從而達(dá)到提高地基承載力，減少有害壓縮變形，增強(qiáng)水穩(wěn)定性，提高土的CBR值，減少濕陷沉降。

換填的厚度一般為30 cm～120 cm之間。為減少工程完工后受水的侵蝕破壞，換填的寬度每邊應(yīng)比坡腳線寬2 m左右。換填料的填筑應(yīng)分層夯實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到96%以上。

8 路基填筑過(guò)程中采取的措施

通過(guò)前面的論述，我們清楚地看到，濕陷性黃土不是一種理想的路基填料，但是工程建設(shè)必須考慮經(jīng)濟(jì)合理的問(wèn)題，不可能超長(zhǎng)運(yùn)距購(gòu)置非濕陷性黃土、砂礫、石渣。只能在施工過(guò)程中，采取有效措施，來(lái)減少路基的沉降。主要有以下幾種方法：

1)做好臨時(shí)排水，減少土基濕陷沉降。

做好臨時(shí)排水，是公路工程路基施工規(guī)范中明確要求的，對(duì)于濕陷性黃土的路基更應(yīng)引起高度重視。只有做好臨時(shí)排水，讓雨水順利排出路基，才能減少濕陷性黃土的崩解和沉降。

2)小面積攤料，及時(shí)碾壓。

在機(jī)械設(shè)備一定的情況下，應(yīng)盡量在上料時(shí)少一點(diǎn)。面積不能攤得太大，含水量合適的時(shí)候，及時(shí)進(jìn)行碾壓。天氣晴朗時(shí)，氣溫高(或風(fēng)速大)，含水量很容易降低，不容易碾壓。雨天填土料被水浸泡，無(wú)法施工，夏季雨水充沛，隨時(shí)都可能有大雨發(fā)生，更要引起高度重視。

3)嚴(yán)禁攤鋪后，灑水車灑水，應(yīng)在取土場(chǎng)提前燜料。

土攤鋪后灑水，很容易使表層的土含水量過(guò)大，導(dǎo)致碾壓困難，或者形成“彈簧土”，一旦出現(xiàn)“彈簧土”，碾壓時(shí)必然出現(xiàn)“翻漿”現(xiàn)象，只能挖除。

要解決濕陷性黃土的干縮性導(dǎo)致碾壓困難的問(wèn)題，應(yīng)在取土場(chǎng)提前灑水燜料。運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，含水量正好接近最佳含水量，從而保證了路基的填筑質(zhì)量。

4)強(qiáng)夯處理。

前面提到的強(qiáng)夯，是對(duì)原地面的強(qiáng)夯。這里提到的強(qiáng)夯是對(duì)路基的強(qiáng)夯，一般來(lái)說(shuō)，每4 m強(qiáng)夯一次。可以提前完成大部分沉降。強(qiáng)夯的方法與路基原地面的強(qiáng)夯相似。

5)灰土擠密樁加固。

路基填筑完成后，為提高濕陷性黃土路基的承載力，減少工后沉降，可以采用灰土擠密樁的方法加以提高。本人在某國(guó)道主干線高速公路監(jiān)理時(shí)，曾采用灰土擠密樁處理，效果很好，幾年后本人回訪該路的質(zhì)量，未出現(xiàn)路基沉降的現(xiàn)象。

灰土擠密樁按成孔形成分為兩類，一種不取土成孔，另一種是取土成孔。不取土成孔是將土體向周邊擠壓，形成樁孔。取土成孔是利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、電動(dòng)洛陽(yáng)鏟等工具挖孔，再回填灰土。一般來(lái)說(shuō)，不取土成孔適用于路基底原地面處理，如果是路基已經(jīng)完成填筑，因壓實(shí)度很好，很難將土擠壓到周邊，只適用挖土成孔法。

灰土擠密樁按填料組成分為石灰土擠密樁和石灰水泥土擠密樁。本人在某高速公路監(jiān)理時(shí)，采用的是3%的水泥，8%的石灰，89%的土。

無(wú)論什么類型的灰土擠密樁，都是復(fù)合地基，即由灰土樁形成的柱狀高承載力的土體及被灰土樁充盈擠密的樁間土形成的復(fù)合路基。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，400 mm樁徑、1.5 m間距的梅花點(diǎn)布置的灰土擠密樁，夯實(shí)后，充盈達(dá)到45 cm～48 cm之間，效果很好。

灰土擠密樁的處理深度為6 m～9 m之間，其效果都很明顯。

6)預(yù)壓。

預(yù)壓是路基完成后，路面開(kāi)始前，在路基頂層堆土加載預(yù)壓，通過(guò)未來(lái)路面結(jié)構(gòu)層恒載及路面活載的換算，提前完成沉降以減少工后沉降的方法，預(yù)壓的時(shí)間一般要持續(xù)6個(gè)月左右。

7)擱置。

所謂擱置是路基成型后，不急于進(jìn)行路面施工。放置一段時(shí)間，可以讓車輛在路基上行駛，讓路基土在行車荷載的作用下，隨著時(shí)間的推移完成次固結(jié)，提前完成土基沉降。本人查閱相關(guān)外文資料，日本和美國(guó)一般在路基完成時(shí)放置一年以上才進(jìn)行路面施工。

9 工后預(yù)防措施

工程完成后，后期管理對(duì)減少濕陷性黃土的沉降也可起到輔助作用。

1)邊坡綠化加固。

邊坡綠化可以起到固土、護(hù)坡、容水等作用，防止雨水沖刷邊坡、進(jìn)入路基，導(dǎo)致路基的沉降。

2)及時(shí)修復(fù)路面病害。

盡管我們提出的口號(hào)是“十年路面百年橋”，但是真正達(dá)到十年不毀損的路面少之又少。如果我們發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)病害，及時(shí)修復(fù)，防止雨雪下滲到路基，可以間接預(yù)防路基(濕陷性黃土)的崩解、下沉。

10 結(jié)語(yǔ)

預(yù)防濕陷性黃土路基工后沉降是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要我們從開(kāi)始設(shè)計(jì)，到施工直至工程竣工后的運(yùn)營(yíng)管理、維修都應(yīng)加以高度重視，并施以相應(yīng)的措施，特別是施工過(guò)程中，從原地面處理，過(guò)程控制，工后處理等多個(gè)層面采取有效措施，才能延緩和降低濕陷性黃土的沉降，為公路運(yùn)輸事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

Measures of reducing post-construction settlement of collapsible loose subgrade

Gao Jing

(ShanxiHighway&BridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

Combining with the concept and features of collapsible loose, the paper analyzes the major diseases of collapsible loose subgrade, describes collapsible loose subgrade filling construction technologies from aspects of dynamic compaction, cushion treatment, and lime-soil compaction pile reinforcement and so on, and finally puts forward preventive measures of subgrade post-construction settlement, so as to effectively guarantee subgrade construction quality.

collapsible loose, subgrade, post-construction settlement, dynamic compaction treatment

1009-6825(2016)10-0129-02

2016-01-22

高 靜(1980- )，女，工程師

U416

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