湿陷性黄土地区城市道路路基处理分析

朱武权

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

由于湿陷性黄土的主要组成是粉土颗料，因此，其在性质上表现出密低、天然含水量不高、孔隙较大、压缩性较大的显著特点，其土体结构在受到自重力以及外部荷载力的影响下极易出现受水浸湿后湿陷变形的问题，且土体结构受到破坏的情况下强度也会下降。湿陷性黄土这些性状的存在一定程度上影响了路基工程施工质量，容易产生各种病害，由此可见，需要对湿陷性黄土路基病害防治措施进行研究、分析，才能确保路基工程施工质量。

湿陷性黄土天然含水量低以及孔隙大的特点，使其结构在被水浸湿后会快速被破坏，并且由于自身重力的因素影响以及受到外界的荷载压力，在施工过程中极易出现不同程度的沉降现象，路基沉降的情况下也会出现沉陷破坏问题。横向沉陷以及纵向沉陷是现阶段路基沉陷主要表现出的两种破坏形式，道路排水不畅、黄土路基自身强度不足以及黄土路基荷载压力过大则是导致湿陷性黄土出现路基沉降的主要因素。城市道路路基建设中，路基下敷设的市政管线较多，如果管道渗水，路基处也会有许多的积水下渗，从而对路基造成不同程度的破坏，继而导致路基沉陷问题产生。

1 工程概况

甘肃兰州高新区经四路新建道路工程，道路北起纬二十五路，南至规划路，线路全长12.58km，道路等级为快速路，道路红线宽60m，位于甘肃省兰州市榆中县榆中盆地内，榆中盆地剥蚀堆积黄土丘陵分布于东南部兴隆山山前和平—麻家寺一带、北部宛川河以北Ⅱ级～Ⅲ级阶地后缘的金崖—清水一带和北部张家大坪一带以及盆地东西边界的敬家山、白虎山、刘家塬等呈南北向展布的黄土丘陵；黄河谷地主要分布于黄河南岸Ⅲ～Ⅴ级阶地后缘的皋兰山—大元帽一线，黄土覆盖于白垩系、第三系地层之上。海拔一般为1700～2000m，相对高差250～350m。地形切割强烈，沟谷多呈“V”字形，由黄土梁峁、黄土残塬组成。黄土梁峁分布于榆中盆地南北及盆地内的白虎山、营盘山、黄河两岸大山顶—皋兰山—鸡儿咀，榆中盆地中的黄土梁峁呈孤立的黄土峁或宽窄各异的条状梁地形将榆中盆地切割成3个次级盆地。榆中盆地各次盆地边缘的黄土梁峁呈南北向长条状展布，峁梁面平缓，部分形成黄土塬，如刘家坪等。该项目区域内中特殊性的岩土主要为湿陷性黄土，大部分实际厚度在19～21m。这种黄土属于非常典型的孔隙架空结构，浸水湿陷性的特征比较显著，会对道路路基和桥涵结构的稳定性造成严重的威胁。

2 湿陷性黄土等级评价

可以根据湿陷的系数δs值的大小将湿陷性黄土的湿陷程度划分为3种：当0.015≤δs≤0.03时，为湿陷性轻微；当0.03＜δs≤0.07时，为湿陷性中等；当δs＞0.07时，为湿陷性强烈。具体黄土地层典型的剖面如图1所示[1]。

图1 黄土地层典型剖面

按照自重的湿陷量计算值△Zs对湿陷的类型进行划分，湿陷性黄土可分为非自重湿陷性黄土（△Zs≤70mm）和自重湿陷性黄土（△Zs＞70mm）两类。

自重湿陷量的计算值△Zs按照式（1）进行计算：

式中：β0为修正系数，主要是因为地区土质异常情况所致，项目区中取1.2；δZsi为第i层土的一种重湿陷系数；hi为第i层土的厚度，mm[2]。自重湿陷量的计算是从湿陷性黄土的地面直到底面为止。其中，自重湿陷系数中的δZsi值在0.015以下，且不给予累计。

湿陷性黄土整体的湿陷量的具体计算值表示为△s，按照式（2）进行计算：

式中：β为修正系数，基底深度在0～5m，取β=1.5；基底深度为5～10m，取β=1.0；非自重湿陷性黄土的基底在10m以下不需要对其进行统计；在自重湿陷性黄土的场地上，计算到湿陷性黄土的最底面，取β=1.2。δsi为第i层土的湿陷系数；hi表示为第i层土的实际厚度，mm[3]。其中，湿陷系数中的δsi值不超过0.015，土层为该值不参与累计。

3 湿陷性黄土路基处理措施

3.1 冲击碾压法

现阶段，在湿陷性黄土路基处理中，冲击碾压法是应用最普遍的方法之一。结合工程实际情况合理选择与工程规模相匹配的冲击压路机型号，通过在现场进行实验，确定施工中的行驶速度、松铺厚度、行驶速度与含水率等。当土体过厚过者过薄时，冲击碾压会出现深度无法到达导致的土体下部压实不理想或者冲击碾压对土体扰动过大造成的土体振动松散情况；当冲击遍数过多或者过少时，可能造成冲击功不足导致的土体无法达到最大干密度以及振松已经压实的土体而出现翻浆的问题。

3.2 挤密桩法

挤密桩法是目前处理该问题最成熟的一种方法，同时也是最基础的一种方法。该种方法适合处理5～12m的黄土层厚度，一旦超过15m，这种方法的应用效果不显著。挤密桩法在实际操作的原理就是先在施工的地基上打一个空心桩，将土或者灰土填入桩内，这样可以有效提高桩体整体的承载力[4]。在打入桩体的时候，会将黄土排挤在四周，这样就增加四周黄土的黏性，利于提高路基整体的强度。除此之外，打入桩体的时候还会对侧面的土质造成压实，直接缩减了黄土之间颗粒的间隙，可以有效消除地基的湿陷性，提高自身的承载力，缩减压缩性，可以有效避免因外界因素所引起的坍塌事件，降低了对路面的危害[5]。挤密桩法主要是适用在含灰量比较低的湿陷性黄土中，在打入空心桩体的时候需要由专业的人员采用专业的技术进行实施，这样才可以保障空心桩体的合理性，提升整体路基的强度和自身的荷载力，同时还可以避免出现操作不规范诱发安全隐患，影响施工的进度。挤密桩法在使用的过程中需要满足多方要求，而且施工的难度系数也非常大，比一般技术的工期长。

3.3 换填土加固法

换填土加固法的应用十分广泛，主要应用于淤泥、淤泥质土、暗沟、杂填土地基等，换填土加固法的应用是根据土中附加应力的分布规律使垫层的荷载应力随着上部应力的增加而增大，软弱层的荷载应力随着软弱层承担压力的减少而降低，从而增强地基的稳定性，使得地基施工更好地满足设计需求[6]。在进行湿陷性黄土地基实际施工时，软弱地基如果土层厚度较少，其抗形变性能以及荷载力则无法得到满足，施工人员在进行施工过程中要挖去软弱土层部分，当情况比较特殊时，可以挖除掉所有的软弱土层并注入如碎石、高炉干渣等轻度比较大且没有腐蚀性的材料，并注意要采用分层填换的方法填入[7]。为了确保软弱地基的承载力，使浅表层具有较高的持力特性，要进行反复夯实处理，这样还可以起到抗变形、提高自身稳定性的作用。施工人员可以选择采用机械碾压、平板振动、重锤夯实3种方法对地基进行夯实处理，使回填土分层的同时加固地基表层土。要改变湿陷性黄土的结构，就要挖取大量的黄土，唯有这样才可以由其他的土进行代替，所以这种方法在时间上、经济上的投入都比较高，而且工期也比较长。

3.4 预浸水法

如果黄土的土层厚度超过了10m，可以采用预浸水的方式对黄土湿陷的问题进行处理。该处理方法是将黄土全部浸水之后，产生自重湿陷的一种特性。在实际施工之前，要对施工的场地进行全面浸水，将自重湿陷性的特性全部消除，之后才对最表层的黄土采用科学的方式进行处理，可以有效提升黄土自身的强度。这种方法的浸泡时间较长，所以会对整个工程施工的进度造成一定的影响，另外，如果该工地水资源不够充足，不建议使用该方法。

3.5 强夯法

强夯法的工作原理与冲击碾压法存在一定相似性，是通过重锤的自由下落对土体做功，强化地基土体致密性，从而使土体达到更高压实度的施工过程。与冲击碾压施工相比，强夯法的效率较低，影响深度更大，并且需要一定的安全施工距离，避免由于施工造成的振动与噪音对周边建筑物产生影响，一般不建议使用该方法。

4 结束语

总而言之，在我国道路工程不断发展与进步的大环境下，我国城市道路建设需求不断加大，对于路基的处理技术也要持续完善。在城市道路路基施工过程中，由于湿陷性黄土路基存在一定的特殊性，其压缩性与渗透性较差，且需要耗费大量时间固结变形，一旦出现荷载超出范围现象则会引发安全事故，如沉降、抗滑稳定性不足等问题。因此，施工人员要对各个湿陷性黄土路基的具体情况进行分析，根据分析结果采用正确的方法进行处理，以此更好地提高黄土路基质量，延长公路的寿命。