某公路濕陷性黃土評價及處治

李國嬡

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西太原 030006)

黃土在我國分布很廣，黃河中游大部分地區(qū)均被黃土所覆蓋。黃土分兩種，一種是非濕陷性黃土，一種是濕陷性黃土。濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉，故在濕陷性黃土場地上進行建設(shè)，應根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑物產(chǎn)生危害。某公路路線全長71.588 km，經(jīng)過對全線的詳細工程地質(zhì)勘察，全線濕陷性黃土長度累計37.57 km，占路線總長的52.5%，其物理力學指標見表1。

表1 濕陷性黃土路段物理力學指標匯總

1 濕陷性黃土巖性特征

擬建公路地處汾河沖洪積平原東部，本地區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，屬干旱～半干旱地區(qū)。經(jīng)全線工程地質(zhì)調(diào)繪和挖探揭示，勘察區(qū)濕陷性黃土主要為新生界第四系全新統(tǒng)(Qal+pl4)沖洪積物，上更新統(tǒng)(Qdl+pl3)坡洪積物。勘察共完成濕陷性探井85個，人工采取土樣，樣品規(guī)格127 mm×200 mm，取樣間距1.0 m。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，通過土工試驗及計算判定，全線濕陷性黃土長度累計37.57 km，占路線總長52.5%。全線濕陷性黃土分布及特征簡述如下:項目區(qū)濕陷性黃土主要為黃土丘陵區(qū)分布的第四系上更新統(tǒng)(Qdl+pl3)坡洪積相黃土及沖積傾斜平原區(qū)分布的全新統(tǒng)(Qal4)粉土、粉質(zhì)粘土，巖性為灰黃色低液限粘土與低液限粉土，疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，具備濕陷的先決條件。1)第四系全新統(tǒng)(Q4)。河流階地地層巖性以粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土為主;河床及河漫灘、山前河流出口處地層巖性以砂、礫石、卵石及亞粘土為主。沿線粉土以稍濕狀為主，粘性土以硬塑狀態(tài)為主，灰黃色為主，結(jié)構(gòu)均較疏松，具輕微濕陷。主要分布在K23+000～終點段。2)第四系上更新統(tǒng)(Q3)。區(qū)內(nèi)第四系上更新統(tǒng)坡洪積物Qdl+pl3主要分布于邊山地帶的黃土丘陵區(qū)的頂部，地層巖性以灰黃色粉質(zhì)粘土、粉土為主，疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，厚3 m～15 m，普遍具中等～嚴重濕陷性。

2 濕陷性黃土的判評原則

2.1 判定標準

判定黃土濕陷性的主要試驗指標為探井試樣室內(nèi)浸水壓縮試驗濕陷系數(shù)δs和自重濕陷系數(shù) δzs。利用 δzs，δs的大小判定黃土的濕陷性:當 δzs，δs值小于0.015時，應定為非濕陷性黃土;當δzs，δs值不小于 0.015 時，應定為濕陷性黃土。

2.2 評價標準

評價濕陷性黃土場地等級的主要計算指標為自重濕陷量計算值Δzs和總濕陷量計算值Δs。首先利用式(1)計算黃土場地自重濕陷量Δzs值，依據(jù)Δzs的大小判定濕陷性黃土場地的濕陷類型:當Δzs≤70 mm時，應定為非自重濕陷性黃土場地;當Δzs＞70 mm時，應定為自重濕陷性黃土場地。

其中，δsi為第i層土的自重濕陷系數(shù);hi為第i層土的厚度，mm;β0為因地區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，在缺乏實測資料時，可按下列規(guī)定取值:1)隴西地區(qū)取1.50;2)隴東—陜北—晉西地區(qū)取1.2;3)關(guān)中地區(qū)取0.90;4)其他地區(qū)取0.50。然后利用式(2)計算黃土場地總濕陷量Δs值，依據(jù)Δs的大小判定濕陷性黃土場地的濕陷等級:當 Δs≤300 mm或300 mm＜ Δs≤700 mm或 Δs＞700 mm，Δzs≤70 mm時，應定為非自重濕陷性黃土場地;當70 mm＜Δzs≤350 mm，Δs≤300 mm 或 300 mm ＜ Δs≤600 mm 時，應定為Ⅱ級自重濕陷性黃土場地;當Δzs＞350 mm，300 mm＜Δs≤700 mm時或 Δs＞600 mm，Δzs＞300 mm 或 Δs＞700 mm，70 mm ＜ Δzs≤350 mm應定為Ⅲ級自重濕陷性黃土場地。

其中，δsi為第i層土的濕陷系數(shù);hi為第 i層土的厚度，mm;β為考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側(cè)向擠出等因素的修正系數(shù)，在缺乏實測資料時，可按下列規(guī)定取值:

1)基底下0 m～5 m深度內(nèi)，取β=1.50;2)基底下5 m～10 m深度內(nèi)，取β=1;3)基底下10 m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場地，可取工程所在地區(qū)的β0值。

3 濕陷性黃土的評價成果

據(jù)探井試驗結(jié)果，項目區(qū)沿線特殊性巖土主要為濕陷性黃土，其分布及特征簡述如下:區(qū)內(nèi)分布的第四系上更新統(tǒng)坡洪積相黃土及全新統(tǒng)粉土，巖性為灰黃色低液限粘土與低液限粉土，疏松，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育。

表2 全線濕陷性黃土匯總表

4 地基承載力及鉆孔樁周土的極限摩阻力的確定

本次勘察所取原狀土均按要求進行物理力學試驗，其中壓縮試驗按土質(zhì)采用常規(guī)壓縮和雙線法壓縮，剪力試驗采用固結(jié)快剪，軟弱地基路段中軟弱土采用三軸(UU)試驗，擾動砂類土、碎石類土進行篩分試驗或顆粒分析。在土工試驗基礎(chǔ)上結(jié)合野外記錄及原位測試，根據(jù)有關(guān)規(guī)范對地基土進行評價，確定［fa0］及qik值。對濕陷性黃土的［qik］值，依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關(guān)條款取值;qik值按照《勘察設(shè)計指導卡》要求:處于傾斜平原區(qū)自重濕陷性黃土應按(94)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.2.14.1和5.2.16.1條款要求計算負摩阻力，計算結(jié)果為5.0 m以上為－10 kPa，以下為50 kPa;非自重濕陷黃土取50 kPa。

5 濕陷性黃土處理

1)路基。Ⅰ級非自重濕陷性黃土填方地基采用沖擊碾壓處理，挖方區(qū)開挖至路床沖擊碾壓后回填30 cm厚的6%石灰土;Ⅱ級，Ⅲ級自重濕陷性黃土填方路基采用強夯處理，路塹段開挖至路床后先重錘夯實，后回填30 cm厚的6%石灰土。2)橋頭填方路段。Ⅰ級非自重濕陷性黃土采用重夯處理，挖方橋頭路塹段開挖至路床后先重錘夯實，后回填30 cm厚的6%石灰土;Ⅱ級，Ⅲ級自重濕陷性黃土橋頭填方路段采用強夯或灰土樁處理，挖方橋頭路塹段開挖到路床后先重錘夯實，后回填30 cm厚的6%石灰土。3)低填淺挖路段。Ⅰ級非自重濕陷性黃土低填淺挖路段先沖擊碾壓后回填30 cm厚的6%石灰土，Ⅱ級，Ⅲ級自重濕陷性黃土低填淺挖路段先重錘夯實后回填30 cm厚的6%石灰土。在不具備重、強夯條件的路段，路堤底設(shè)50 cm厚的6%灰土墊層，并在坡腳增設(shè)灰土隔水墻。

6 沖擊碾壓和重、強夯的施工要點

1)沖擊碾壓和重、強夯處理前應檢查地基土的含量，當?shù)鼗恋暮砍^18%或飽和度大于60%時，改用其他處理措施。2)沖擊碾壓采用25 kJ三角形沖擊壓實機沖擊壓實20遍～40遍為宜，以消除地表下1.5 cm內(nèi)黃土的濕陷性。沖擊壓實遍數(shù)應通過現(xiàn)場壓實試驗確定，并根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)和填料性質(zhì)進行適當調(diào)整。3)重夯單擊的夯擊能應達到600 kN·m，強夯單擊的夯擊能應達到200 kN·m。4)試夯及停夯的標準:工程開工前應先清理平整場地，查明場地內(nèi)構(gòu)造物及管線設(shè)施，采取必要措施，以防破壞。選擇合適場地進行試夯，強夯(重夯)以消除地面下5.0(3.0)m深度內(nèi)土層的濕陷性為原則，確定合理的施工技術(shù)參數(shù)和施工方案。夯點的夯擊次數(shù)，應按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應滿足下列條件:當采用強夯時，最后二擊的平均夯沉量不大于50 mm;當采用重夯時，最后二擊的平均夯沉量不大于20 mm。5)夯擊遍數(shù):一般為三遍，每遍每點夯擊8擊，前兩遍按3 m～4 m間距跳夯，最后一遍為滿夯。6)質(zhì)量檢驗:夯實地基內(nèi)每個夯點的累積夯沉量，不小于試夯時各夯點平均夯沉量的95%為合格。檢查后，如質(zhì)量不合格，應進行補夯或調(diào)整參數(shù)，直至合格為止。地基夯實處理后應放置3周，以排除土層內(nèi)部高壓氣體。

7 結(jié)語

濕陷性黃土作為一種黃土地區(qū)常見的特殊巖土，對工程的危害性很大，應引起勘察、設(shè)計和施工部門的高度重視，任何一個環(huán)節(jié)的疏漏，都會給工程的后續(xù)正常運營帶來不可估量的損失和后果。只有在勘察階段對該類土進行詳細勘察，做出正確適宜的評價，才有可能在實施處治時，根據(jù)具體工程，對癥下藥，提出既科學又經(jīng)濟的處治方案。

［1］ GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］ 衛(wèi)海宏.自重濕陷性黃土高速鐵路路基的處理及施工［J］.山西建筑，2012，38(1):150-151.