黃土地區公路病害與防治措施研究

陳 科

（喀什地區公路橋梁工程有限責任公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

黃土一般具有濕陷性，黃土地區公路病害的主要原因由黃土濕陷性引起。濕陷性黃土是指在一定壓力作用下受水浸濕時，因其結構迅速破壞而發生顯著附加豎向變形的、非飽和的、結構不穩定的黃土。由于黃土形成的地質年代和所處自然地理環境不同，其外貌特征與工程性質有明顯的差異。根據黃土的沉積特點，我國黃土分布自西向而東分為三個區域：西北干燥內陸盆地、中部黃土高原、東部平原。

新疆地區的黃土主要分布在準噶爾盆地和塔里木盆地，屬西北干燥內陸盆地區域。盆地四周有近東西走向的山脈，自然環境特點是高山終年積雪，盆地中心是無垠沙漠，黃土覆于山前地帶，氣候異常干旱，雨量稀少，地面輻射強烈，溫差大，風力強烈，黃土基本上處于風揚地帶，受風力、冰川再搬運的作用很大，形成各種類型的次生黃土。

1 黃土的結構和特征

黃土一般具有以下特征：顏色以黃色、褐黃色為主；顆粒組以粉粒為主，含量一般在50%～75%，其次為砂粒，約占10%～30%；孔隙比大，一般為1.0左右；有肉眼可見的大孔隙；富含碳酸鹽；垂直節理發育。

黃土中的粘粒、細粉粒，大部分附在砂粒及粗粉粒的表面或被膠結成集粒，或聚集在大顆粒間的接觸點處。黃土中的集粒和粉粒共同構成了支承結構的骨架，較大的砂粒“浸”在結構體中。由于其接觸連接點少，排列比較疏松，構成了一定數量的架空孔隙，而在接觸連接處沒有或只有少量的膠結物質。實驗研究表明，粘粒含量的增加對濕陷性有減輕作用，當粘粒含量大于30%時，可消除其濕陷性；粉粒含量的增加對濕陷性有增大作用。

黃土遇水膨脹，干燥后又收縮，反復的吸水和干燥會形成裂縫及剝落。由于黃土在自然沉積過程中在重力作用的影響下，其豎向的粒間距離變小，而水平方向的粒間距離較大，所以具有天然濕度的黃土在干燥后，水平方向的收縮量較垂直收縮量要大。

2 黃土的濕陷機理與特征

2.1 濕陷機理

與一般土一樣，黃土在荷載作用下會發生彈性變形、壓密變形、塑性變形和蠕變變形。黃土在天然狀態下，其孔隙比較大，處于欠壓密狀態，彈性變形極小，變形主要為壓密變形，而壓密變形又由壓實變形和濕陷變形組成，濕陷變形量較大，而且發展迅速，這對于以黃土為路基的道路結構具有極大的損壞。黃土的濕陷性的主在由于水（外因）和自身結構（內因）特點引起。當水進入土孔隙中，將土顆粒之間膠結的可溶鹽溶解，使得顆粒間起膠結作用的可溶鹽膠體體積變小，厚度減薄，使得膠結體的抗剪強度減弱，但溶解到一定程度，殘留膠結體抵抗不了顆粒之間的剪切力時，顆粒之間發生擠密變形，宏觀上表現為濕陷。

2.2 濕陷特征

黃土的濕陷性有以下幾個特點：

a）時效性 黃土發生濕陷其主要外因為水，當在多雨季節，尤其是大暴雨時，由于水量大，導致大量的雨水下滲，使得黃土路基在短時間內發生大面積的濕陷，易導致路基形成坑洞、溝穴，危及道路行駛安全；

b）重現性 黃土濕陷的治理十分困難，如找不到其發生濕陷的源頭，或是治理措施不得當，會有可能再同一位置再度發生濕陷；

c）易發性 水為黃土發生濕陷的外因，降雨或積水都會引起黃土濕陷，且黃土垂直節理裂隙發育，水易從垂直節理向下滲，引起深部的黃土發生濕陷；

d）隱蔽性 黃土濕陷前，往往不易發現，具有很大的隱蔽性，黃土濕陷有時從路基底穿過，變幻莫測，時隱時現，如果探源不仔細，很難發覺，易產生坑洞和陷穴，引起路基或邊坡破壞，危害性很大。

3 黃土濕陷防治對策

濕陷性黃土地基發生濕陷的內因是土的大孔性和多孔性，結構疏松；而水則是發生濕陷的主要外因之一。所以要防止路基發生濕陷，要么消除內因，要么改變外因。要消除內因，就必須進行地基處理，預先破壞黃土的大孔隙結構；要改變外因，就應采取必要的防水措施并控制基底壓力。

3.1 防水與治水措施

由前文可知，水是引起黃土濕陷的主要外部因素，黃土在天然含水率的情況下，是不會發生濕陷的。所以采取有效的防水措施，能有效地防止濕陷的發生。目前防水一般采取阻、排、疏、導等措施。以防水的積蓄和下滲。

3.2 地基處理

如前所述，濕陷性黃土地基的變形包括壓縮變形和濕陷變形兩種。壓縮變形是土在天然含水率下由結構物的荷載所引起，它隨著時間的增長而趨于穩定。當基底壓力不超過地基的容許承載力時，地基的壓縮變形通常很小，不會影響上部結構的安全和正常使用。濕陷變形是由于地基被水浸濕所引起的一種附加變形，往往是局部的，突然發生的，而且有可能很不均勻，對結構物的破壞性較大，危害性較為嚴重。對濕陷性黃土地基處理在大多數情況下的主要目的不是為了提高地基承載力，而是為了消除黃土的濕陷性。

3.2.1 墊層法

墊層法主要適用于地下水位以上的濕陷性黃土路基處理。

墊層法根據所采用的墊層材料分為砂石墊層法、粘性土墊層法和灰土墊層法。當僅要求消除基底1～3m厚濕陷性黃土的濕陷性時，宜采用局部土墊層進行處理；當同時要求提高墊層的承載力及增強水穩定時，宜采用整片砂石墊層進行處理。

砂石墊層本身的承載力高，變形模量大，施工質量易控制，不受氣候和環境的影響，近年來常作為路基的處理方法，但其主要缺點為造價高，還應該注意它不適用于下臥土層為高壓縮性、低承載力的地基。

灰土墊層法是將石灰與處理范圍內的濕陷性黃土按一定體積比例混合均勻，然后分層鋪設、夯實成為灰土墊層。由于加入了無機膠結材料，墊層土料力學指標和不透水性均比原濕陷性黃土有了大幅度提高。該施工不受機械設備的限制，而且工程造價低，質量指標容易控制。

3.2.2 土樁或灰土樁法

這是在機械、人力或爆擴成孔后，填以最優含水量的素土或灰土并分層夯實成樁的方法。成樁的過程中也可以擠密濕陷性土，消除部分濕陷性。該法一般適用于地下水位以上且飽和度小于65%的濕陷性黃土，處理的深度一般為5～15m。

3.2.3 強夯法

強夯法是將重錘起吊后自由落下，對土進行反復強力夯實，以提高其強度，降低壓縮性和消除濕陷性。強夯對濕陷性黃土濕陷性消除效果明顯，一般處理深度可達8～10m。強夯法適用于土的飽和度小于60%的濕陷性黃土地基的處理。由于濕陷性黃土一般都處于非飽和狀態，土中基本不存在或只有極少量的自由水，因此強夯過程中不涉及到孔隙水壓力的消散和排水固結一系列問題，這就為簡化施工順利提供了有利條件。夯擊點一般可按正方形或梅花形網格布設，一般可以在一個夯擊點上一遍連續夯擊所需夯擊的總擊數，然后再移至下一個夯擊點，逐點一遍夯成。最后，再降低落距，搭夯一遍將坑底夯平。

3.2.4 鉆孔夯擴擠密法

鉆孔夯擴樁擠密法又稱為孔內強夯法，它先用鉆機成孔，再向孔內分層填筑建筑垃圾、素土等，然后在孔內夯實。與土樁不同的是，鉆孔夯擴樁是在回填的時候對樁間土進行擠密，而土樁是在成孔的時候對樁間土進行擠密。

3.2.5 預浸水法

此法可消除地面以下6m內全部土層的濕陷，需要一定的浸水時間和停水時間，一般是一年。如果在其他已建工程附近，可能會引起新的陷穴，故這種情況不宜使用該法。

3.2.6 化學加固法

單液硅化法是將相對密度為1.13～1.15的硅酸鈉溶液利用帶孔眼的管注入土中，使溶液中的鈉離子與土中水溶鹽中的鈣離子發生交換反應，在土顆粒表面形成硅酸凝膠薄膜，從而增強土粒間的粘結，填塞粒間孔隙，使土體具有抗水性、穩固性、不濕陷性和不透水性特征。

4 結語

我國西部地區分布著廣大面積的黃土，由于黃土具有特殊的工程性質，黃土地區公路在使用中出現了許多病害。本文通過對黃土地區公路病害的分析，認為應在設計和施工中提出有針對性的防范措施，在養護中給出相應的處治方法。希望這能為我國即將來臨的西部公路建設高潮提供一定的技術參考。

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[2]錢鴻縉，王繼唐，等.濕陷性黃土地基[M].北京：中國建筑工業出版社，1985.

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