[论文]关于湿陷性黄土路基问题的讨论

1、关于湿陷性黄土路基问题的讨论摘要: 湿陷性黄土易产生沉降变形, 且承载力低，要求在进行路基施工时, 严格遵循该类土质的压缩变形特性、湿陷变形特性和强度变化规律, 并以此来合理、科学安排路基工程施工的前期准备、施工期间及施工后期的各项工作, 提高黄土地区路基工程施工的效率和质量。关键词：公路路基 湿陷性黄土 路基施工 质量控制一、湿陷性黄土的特征与危害湿陷性黄土是一种在干燥情况下，具有较高强度和较低压缩性，遇水后在一定力作用或在自重作用下强度骤降的一种特殊岩土。它的这种特性, 会对结构物带来不同程度的危害, 使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜, 严重影响其安全和使用。它广泛分布于我国甘肃、宁夏

2、、陕西和山西等黄土高原地区。湿陷性黄土对公路工程的工程危害主要表现为遇水后的不均匀沉降，引起公路路面大面积开裂、下陷，从而引起其他次生公路病害，进一步加剧黄土地基的湿陷性，引起恶性循环。所以公路工程中的湿陷性黄土路基的施工质量直接影响整个公路的施工质量以及后期运营期养护工程。二、湿陷性黄土地区路基的施工在黄土地区进行路基工程施工前, 首先要对当地的气候、水源等施工影响条件充分了解; 其次要对拟用来填筑路基的黄土土质认真分析, 确定它是否具有湿陷性, 液塑限、颗粒分析、取土场土的天然含水量等也要试验确定。如果土的天然含水量低, 塑性指数小, 就需考虑它的可用性或改良措施。如陕西省渭潼高速公路五合

3、同段潼关地区黄土为低液限粉性土, 土的天然含水量与最佳含水量相差较大, 而补水又无适用的水源, 加之该段地处黄河与渭河交汇处,地势空旷多风, 水分损失极快, 很难展开大面积施工, 最后确定为非适用材料, 路基改为砂砾填筑。路基工程特别是路堤施工前, 做好试验段是必须的, 通过试验段确定黄土填筑路基施工的松铺厚度、施工含水量范围、宽填尺寸、可使用的机械组合等参数, 用以指导施工。我认为, 如果当地的黄土可以用来填筑路堤, 机械组合中平地机和重型压实机械必不可少: 因为使用平地机可以保证松铺厚度的准确; 重型压实机械针对黄土压实而言, 一方面可提高工作效率、降低施工成本, 更重要的是其能保证黄土的

4、压实质量。1、工程前期准备高等级公路工程规模大、标准高、技术复杂, 需要人力、财力、物力的巨大投入, 进行高度机械化施工。黄土地区的施工前期准备工作内容更多, 大致分为组织准备、技术准备和物质准备3个方面。（1） 施工组织准备组建项目经理部和各管理机构, 制定工程管理制度, 选配项目经理和施工力量, 并做到分工明确、责任落实。（2）施工技术准备a、 审查图纸。设计图纸是施工的直接依据, 应通过审查图纸, 对道路的走向、转角、曲线、结构物的设置, 当地的地质、水文, 线路附近地表、地貌、河流、村庄, 路基各段土方需用量, 道路横断面设计等情况进行充分分析了解。b、 现场踏勘。为编制实施性的施工组

5、织设计和施工计划, 搞好任务分工, 组织机械设备进场, 必须进行全面的现场踏勘工作, 查清工程范围内的地形、地面排水、交通、构筑物、供水、供电和场内外运输线路、生产和生活设施的设置地点以及可供排水的沟渠等情况。湿陷性黄土地基处理的方法, 在不同的地区,不同的地基土质和不同的结构物, 应选用不同的处理方法。勘察阶段, 经过现场取样, 以试验数据进行分析, 判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土, 以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后, 综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素, 通过经济分析比较, 最后选择一个最合适的地基处理方法, 确保经过处理后的地基具有足够的承载力、满足变形条件的要求

6、。c、 编制施工组织设计。施工组织设计是指导工程施工准备和施工全过程的全局性技术经济文件, 是对整个施工项目进行全面的组织安排。因此, 应根据审查图纸和现场踏勘收集到的情况核实工程数量, 按工期要求、施工难易程度和人员、设备、材料准备情况, 编制一个深入、具体、可行的施工组织设计方案。是施工质量控制的前提。d、 施工现场准备。主要是进行征地拆迁、场地清理工作, 同时还应根据图纸要求进行放样, 对准备用做填土的路基施工, 要在施工前通过试验或由相关部门来衡定所处路段黄土的性状, 以便根据实际情况调整施工工艺及施工操作要点( 一般以100 m 做为试验路段来确定施工工艺和参数)。路床是路基基础,

7、路床清淤和挤淤不彻底将造成路基沉陷。因此路床的清淤和挤淤工作是保证路基工作质量的关键性工序之一, 以往修筑公路, 对此工序比较忽略, 有些地方甚至没有这道工序, 造成了修筑的路基沉陷、开裂、滑坡等病害。对于湿陷性黄土, 路床如果清淤不干净, 将直接影响到路基基床下部黄土发生湿陷, 进而引起路基不均匀沉降破坏。总结高速公路施工经验, 采用抛石挤淤和土工布隔离水层的方法可以有效地防止这方面的病害。（3）物质准备高等级公路所需的材料和机械设备多, 质量要求高, 在施工准备工作中必须抓好购置、调配、运输和贮存的准备, 并安排施工现场的供水、供电、便道、便桥的修建及通讯线路和临时生产生活房屋的建设。2、

8、施工要点（1）季节对黄土地区路基工程的影黄土地区由于地处西北, 温度的变化直接影响到黄土的压实效果及其后期的不均匀沉降。由于某些工程为了工程进度, 未考虑温度的影响, 导致部分水在低温下喷洒到土体上, 形成微结晶体, 并保存在土体中, 来年气温上升后引发不均匀沉降。所以, 黄土地区的路基施工应保证在零点温度以上, 从而能确保土体没有结晶水。（2）排水处治水是湿陷性黄土产生病害的外部条件。地表水浸泡路基后, 一方面溶解黄土中的可溶盐,另一方面在微粒间起着润滑作用, 使黄土在自重作用下下沉位移, 发生湿陷病害。黄土的微结构特征是黄土中的粘胶微粒和碳酸钙凝成的集粒与微碎屑矿物共同组成许多架空结构和孔

9、隙, 粒状架空结构是内加强颗粒之间直接接触, 颗粒间的连接刚度和强度较小, 在外荷和浸水情况下发生变形和溃散, 颗粒发生新的配位排列, 引起不同程度的湿陷变形。因此, 黄土湿陷的诱发因素之一是水。对于潮湿路段, 地下水丰富, 毛细水上升较高, 为确保这些地段路基排水的边坡稳定, 必须增设地下渗沟或盲沟, 以隔断地下水对路基的浸湿和将地下水引出路基外, 达到降低地下水的目的, 改善路基的工作条件。其主要措施：a、路基排水系统由边沟、截水沟、泄水槽、急流槽、渗（盲）沟及桥涵结构物等组成，排水系统均采用浆砌片石或混凝土预制材料，排水沟构造物底部设置15 cm 厚度的28 灰土（体积比），边沟的灰土垫

10、层下铺设涂沥青的土工布，以防渗水。b、路堑边沟底部设纵向碎石渗沟（深度60 cm、宽度同边沟底宽度）。c、路基排水系统与自然地表排水系统必须通畅连接；边沟必须设置到冲沟底部排水沟内，禁止边沟于桥头或冲沟坡顶截止；挖方段要保证截水沟、平台流水槽、边坡急流槽的设置数量、长度及边沟的顺畅连接，保证顺利排水。（3）黄土的压实黄土及黄土状土的粘结力由土粒间分子引力形成的原始粘结力和颗粒间的胶结物质形成的加固粘结力组成。原始粘结力与土的密度有关, 加固粘结力与土粒的矿物成分、形成条件有关, 和胶结物质的性质有关。一般黄土当湿度增加时其强度有显著降低, 但在低湿度和不扰动结构情况下仍有较高的强度。在饱和水情

11、况下其原始粘结力和加固粘结力有显著降低, 在最优含水量情况下击实强度最高, 其主要原因为击实密度增大, 使其摩擦力与粘结力均有很大的提高。黄土的压实对水很敏感, 含水量的施工控制较难。施工时应通过击实曲线确定达到某一压实标准干容重相应的含水量范围, 并应在取土场控制。如取土场天然含水量低于施工要求范围, 则可在取土场采用焖土以提高土的含水量。焖土时, 在取土场表面修筑网状水渠, 浇水使其均匀渗入土中, 若干天后即可使用。黄土的含水量超过压实要求的含水量范围时, 同样不能压实。黄土地区较干旱, 黄土本身保水性差, 施工时应加强取土场和碾压时的含水量监控, 高温季节更应注意。如遇阴雨, 可在取土场

12、使用塑料布覆盖。在最佳含水量情况下的土水稳性最好。最佳含水量和最大干容重是两个十分重要的指标, 对路基设计与施工很有用处。在同一压实功能作用下, 含粗粒越多的土, 其最大干容重越大, 而最佳含水量越小。同一类土, 其最佳含水量随压实功能的加大而减小, 而最大干容重则随压实功能的加大而增大。当土偏干时, 增加压实功能对提高干容重影响较大, 偏湿时则收效甚微, 故对偏湿的土企图用加大压实功能的办法来提高土的压实度是不经济的。若土的含水量过大,此时增大压实功能会出现弹簧土。当压实功能加大到一定程度后, 对最佳含水量减小和最大干容重提高都不明显。单纯用增大压实功能提高土的密度未必合算, 压实功能过大还

13、会破坏土体结构, 效果适得其反。不同性质的填料要分别分层填筑, 不得混填, 以免内部形成薄弱面影响路堤稳定。路堤上部受车辆荷载的作用较大, 故一般宜将水稳性、冻稳性较好的土填在路堤上部, 若路堤的下部可能受水浸淹时, 也宜采用水稳性好的土填筑。透水性较大的土填在透水性较小的土之下时, 如果两者粒径相差悬殊, 应在层间加铺过滤垫层, 以免上层的细颗粒散落到下层内, 如果透水性较小的土填在透水性较大的土之上时,其顶面应做成4%的双向向外横坡, 以免积水。沿纵向同层次要改变填料种类时, 应做成斜面衔接, 且将透水性好的填料置于斜面的上面为宜。（4）松铺厚度控制为确保路基填方施工质量, 在分层摊铺碾压

14、时必须严格控制填土层厚度。填土层太厚难以保证该层填土全深范围内的压实度均达到要求, 太薄则在碾压时易出现起壳现象。按规定一般最大松铺厚度小于30 cm ( 对大吨位压路机可放大到40 cm ), 但由于一般上土、摊铺均由机械完成, 摊铺完成后所测得的厚度由于在摊铺设备的作用下, 已不再是真正的松铺厚度了。实践中采用控制压实厚度来保证压实度的效果较好, 即根据土质的压缩系数和规定的松铺厚度折算出压实后的厚度, 该层厚度又可方便地在检测压实度后利用检测孔继续下挖至下层顶面, 然后测量其深度来进行检测, 符合要求则可作为继续施工的条件之一, 否则必须推去多余部分, 重新压实。3、湿陷性黄土地基的处理

15、公路工程湿陷性黄土路基施工措施主要有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩法、冲击压实法等。（1）灰土和素土垫层法将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度, 然后以灰土或素土分层回填夯实。垫层厚度一般为1. 0 3. 0 m。它消除了垫层范围内的湿陷性, 减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷, 可以使地基的自重湿陷表现不出来。这种方法施工简易, 效果显著, 是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法, 经这种方法处理的灰土垫层的地基承载力可达到300 kPa(素土垫层可达200 kPa)且有良好的均匀性。施工中应注意的问题: ( 1) 地基土的含水量, 对于含水量较大,

16、或曾局部基坑进水者, 要采取相应的措施( 如凉晒等) , 严格控制灰土(或素土) 的最佳含水量, 对接近最佳含水量时, 宁小勿大, 偏大时土体强度则显著下降, 变形明显增大。( 2)垫层处理的宽度要达到规范要求, 使碾压设备能充分碾压到位, 还使形成的垫层压实度产生差异。( 3)严把质量关, 施工中碾压分层的厚度不宜大于30 cm, 并逐层检测压实度, 达到设计规范要求。这种方法适用于黄土层较薄不超过3 m 地段。 （2）强夯法强夯法亦称动力固结法, 通过重锤的自由落下, 对土体进行强力夯实, 以提高其强度, 降低其压缩性, 该法设备简单, 原理直观, 适用广泛, 特别是对非饱和土加固效果显著

17、。这种方法加固地基速度快, 效果好, 投资省, 是当前最经济简便的方法之一。a、首先在设计阶段, 应考虑湿陷性黄土处于哪一种类别、等级以及场地等因素, 因为强夯的夯击能量, 夯点布置,夯击深度, 夯击次数和遍数等因场地而异, 土的含水量、孔隙比及夯击的单位面积夯击能对湿陷性黄土的强夯有效加固深度起着重要的作用。在经过试夯后确定出设计参数, 确定施工设计方案, 因此不经试夯确定施工参数往往会给工程造成后患。b、由于强夯影响深度内土的含水量差异, 会导致局部处理效果不佳, 对于此种情况必须采取土的增湿或减湿措施, 以免出现橡皮土情况。如有此种情况, 应立即停止夯击,当凉晒一定时间后, 在夯击坑内加

18、入碎石类的粗骨料, 继续夯击。c、施工中在控制关键工序上严把质量关, 因为一份设计提供后, 锤重、落距、夯点布置等是没有随意性的, 而唯一可能被人为改变的是夯击次数, 因在试夯时根据最后夯击的沉降量来确定夯击次数的, 当别的参数已确定后, 它就成为影响处理的唯一因素, 所以施工中应以它为质量控制的关键工序管理点。d、强夯结束后, 检测的重点是判定它的有效加固深度是否达到设计要求, 因为有效加固深度的第一标准应是消除湿陷性, 也就是以 s 0. 015作为判别指标, 所以检验手段应采用探井取不扰动土试样进行检测。当这一指标达到要求后, 一般情况下对承载力的要求等也均可满足。例如在阜朝高速公路施工

19、中, 多数黄土地段采用强夯法, 根据不同的部位、黄土的深度分别采用1 000 kN & m, 及1 600 kN& m, 并且先采用点夯, 单点夯击8下, 最后两击沉降量不超过5 cm, 点夯结束后再采用满夯, 经实际施工测量, 沉降量均达到设计要求。（3）深层搅拌桩法深层搅拌桩是复合地基的一种, 近几年在黄土地区应用比较广泛, 可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快捷、无振动, 基本不挤土, 低噪音等特点。深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等, 一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后, 与粘土中的水分发生水解和水化反应, 进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不

20、溶于水的稳定的结晶化合物, 这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应, 使水泥有一定的强度,从而使地基土达到承载的要求。深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工2种, 干法施工就是 粉喷桩(, 其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉, 因此必然对土的天然含水量有一定的要求, 如果土的含水量较低时, 很容易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象, 严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此, 应用粉喷桩的土层中含水量应超过30%, 在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。湿法施工是将水泥搅拌成浆后注入土中的方法。水泥

21、浆通过柱塞式泥浆泵强制注入, 除非特殊情况很少断浆, 施工中一般采用预搅下沉时就喷浆的工艺, 因此桩体的均匀性比干法施工好。但喷浆增加了水泥土的含水量, 强度会受到一定影响, 实际应用时需根据土的工程性质, 尤其是含水量情况作出适当的选择。施工中应注意的问题: a、必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值,否则设计的可靠度会降低, 如桩端为硬土, 或桩长超过临界桩长时(桩间土承载力拆减系数) 取值高于规定, 就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度, 选用较高的桩体强度时, 就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施, 才能保证设计与预期的实际

22、结果比较一致。b、施工中为达到强度要求, 有必要进行复搅。复搅是在桩的一部分或桩的全长重复搅拌一次, 其作用是: ) 改善桩体的均匀性, 如第一次注浆不均匀时, 可通过复搅调节, 提高桩长方向上的均匀程度, 同时, 也使桩截面内的均匀性得到改善; 现场不同桩段有不同的水泥掺入比, 使不同桩段有不同的桩身强度。c、加强施工管理, 因为桩体的固化材料需由压缩空气作载体, 而气体流速、流量受土层情况的影响, 人工难以调节, 所以施工机械应采用带有自动控制喷浆、喷粉的装置, 以消除施工中一些人为因素, 便于监督检查, 避免由于喷浆和喷粉不均匀或者喷浆量、喷粉量未达到设计要求而发生断桩问题。d、现场施工

23、中应勤于检查, 严格监督。深层搅拌桩属于一种柔性桩, 桩身检测较困难, 施工时质量有疏忽, 就可能发生断桩现象。目前用低应变动测法检测搅拌桩的质量得到了肯定, 可用此法或结合抽芯取样检测法控制质量。深层搅拌桩法它具有施工简便、快捷、无振动, 基本不挤土, 低噪音等特点。深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等,一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后, 与粘土中的水分发生水解和水化反应, 进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物,这些新生成的化合物在水中或空气中发生凝硬反应, 使水泥有一定的强度, 从而使地基土达到承载的要求。（4） 冲击压实冲击式压路机在土石方压

24、实作业中, 突破了传统的碾压方式, 当其一角立于地面, 向前碾压时, 产生巨大的冲击波,由于碾边顺序连续冲击地面, 可使土体碾压均匀密实。该机以每小时9 12 km 的行驶速度碾压作业, 即冲击碾压每秒钟冲击地面2次, 相当于低频大振幅冲击压实土体, 并周期性地冲击地面, 产生强烈的冲击波向地下深层传播, 其压实度可随碾压遍数递增。压实机的高能量可对填料作深层压实, 从而降低土的渗透性, 为分层碾压或填方材料提供坚实的基础。结合综合排水措施, 达到消除黄土地基湿陷, 最大限度地降低路堤工后下沉量, 提高黄土路基路面的整体强度。上述几种湿陷性黄土施工的措施, 近年来在公路建设中被广泛使用, 都取得了良好的效果。随着科学技术的迅速发展, 对新型材料的研究使用, 对湿陷性黄土地基的处理方法越来越多, 也有了一定的施工经验。在近十几年开始采用的有孔内深层强夯法CFG (水泥粉煤灰碎石桩) 法、夯坑置换法、压力灌浆法等, 都不失为好方法。但不管是采