灰土換填處理濕陷性黃土路基施工工藝

(鄭州路橋建設投資集團有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

近年來，伴隨我國經濟持續增長，公路建設里程越來越長，規模持續擴大。越來越多公路不得不修建到不良地基之上，如濕陷性黃土路基，此類地基濕陷性較大，將嚴重影響地基承載力及強度。為此，必須合理選擇處治技術，如灰土換填法，該工藝的應用可大幅提升路基土強度，消除或改善土的濕陷性，提高工程建設整體質量。

1 濕陷性黃土的特性

作為一種第四紀地質歷史時期的產物，黃土是在干旱氣候條件下，經風力搬運與堆積，未通過次生擾動、無層次，且富含碳酸鹽及孔隙較大的黃色粉質沉積物。黃土的顏色主要包括黃色、褐黃色，或灰黃色，多以粉粒為顆粒組成，含量高于60%，粒徑在0.25 mm以上。

濕陷性黃土又分為2類：非自重濕陷性黃土和自重濕陷性黃土。非自重濕陷性黃土是指自重應力作用下，在水浸濕條件下，黃土不具備濕陷性。而自重濕陷性黃土是指在自重應力作用下，水浸濕之后，黃土具有濕陷性。當前，在我國黃土分布區域內，濕陷性黃土占60%左右，濕陷性黃土地基的濕陷等級各有不同，如表1所示。

表1 濕陷性黃土地基的濕陷等級

作為一種特殊土，在一定外部荷載作用下，濕陷性黃土的含水率增加到一定值后，極易出現坍塌現象，這就被稱為濕陷。從力學性質角度來講，濕陷性黃土的特性主要體現在3點。

1)結構性。濕陷性黃土結構強度較為明顯。沒有破壞結構強度時，或未出現軟化，往往會呈現出壓縮性低、強度高等特點，若一旦結構性被破壞，其力學性質將發生巨大變化，顯現出軟化、濕陷性特點。

2)欠壓密性。因地質條件的影響，導致濕陷性黃土始終處于一種欠壓密狀態，無法壓密。

3)濕陷性。基于黃土自身特點，濕陷性黃土濕陷變形問題較為突出。要求在施工前，必須做好地基處理工作。

2 工程概況

某公路工程全長72.2 km，為雙向六車道。本路段分布有大量濕陷性黃土。為此，決定選取代表性路段作為試驗段進行施工處理。試驗段長度為1 000 m，位于Ⅱ級階地后緣，地形起伏較大，第四系沖洪積物為控制深度內地層，地表種植土為上部覆蓋物，厚度較薄，下部為黃土樁土，厚度在35 m以上，為洪積產物。試驗段黃土主要物理力學性質指標如表2所示。

3 灰土換填施工機理

在濕陷性黃土處理中，灰土換填法是一種較為常用的施工方法，可通過換填土的方法進行處理。在處理完基底下局部濕陷土層之后，可降低地基濕陷量，同時能對未處理土層的濕陷量加以有效控制。若石灰摻加到土內，可改變土的結構與顆粒組成，降低土的塑性，加大地基強度，增強耐久性。此外，土和石灰之間還會產生2種不同的化學反應。

表2 黃土主要物理力學性質指標

1)膠體反應。通常情況下，游離鈣離子會存有石灰漿內，同時，鈉離子、氫離子會存于黏土礦物所吸附的綜合體內，上述兩類粒子可發生交換反應。此時，可大幅減小吸附水膜原有的厚度，且改變黏土粒組成，從而增強土的壓實度與塑性。

2)反應時間較長的膠凝反應。黏土礦物一般情況下均會生成二氧化硅、氧化鋁等物質，此時將與石灰產生化學反應，從而形成硅酸鈣等，并膠凝起所有分散的土顆粒。

4 濕陷性黃土地基處治技術要點

4.1 施工準備

施工前，需要做好施工準備工作，如平整場地，保證施工現場地面平整，便于大型設備移動。此外，還要做好測量、放樣工作，根據導線點具體位置，確定樁位，要求在2cm以內控制軸線測量輕度，樁位放樣偏差需控制在5cm以內。隨后測量各橫斷面原地面高程，保證后期施工滿足設計要求。完成上述所有準備工作后，即可將施工各設備放置于現場指定位置，并組織有豐富經驗的技術人員進行設備安裝，確保樁管垂直。

4.2 墊層施工

墊層施工時，需置換土層的深度或下臥層土的承載力是墊層厚度z的取值依據，要求墊層厚度范圍控制在0.5～3 m。可根據應力擴散角法計算墊層底面處的附加應力值。通過現場原位載荷試驗了解到，當墊層厚度在基礎寬度0.25倍以內時，應力擴散角在0以上，此時可選20°為角度。

墊層寬度確定時，需由墊層底面開始，順著其兩側向上。在開挖階段，必須保證邊坡的穩定性，相比基礎底邊長度，墊層頂面各邊不得超出300 mm，基于此，選取3:7為試驗段灰土比，1.5 m為深度。

4.3 施工流程

1)準備工作。施工前，先根據要求，合理選擇施工原材料，在石灰使用前的3～5 d保證全部消解。隨后打碎土，保證土塊在1.5 cm以下。

2)攤鋪土和灰。在路槽內將疏松的土均勻攤鋪，根據體積比合理配置材料，并將材料鋪筑到土層上，要求在30 cm以內控制松鋪厚度。

3)拌和。拌和施工前，先對土的含水量進行詳細檢驗，確定含水率之后，先進行2遍拌和，隨后根據含水率情況，再次進行多次拌和，直至均勻拌和。

4)碾壓。在保證最佳含水量的基礎上，根據“先輕后重，兩邊到中間”的順序進行碾壓施工，碾壓施工后，要保證無顯著輪跡，且壓實度滿足設計要求。

5)養生。待完成上述施工之后，便可進行路面養護施工，一般養護周期為14 d，可采用灑水保濕養護，保證整個路面養護質量合格。

5 結語

濕陷性黃土地基屬于一種不良地質，一直以來都是工程施工的難題。若地基處理不當，將會直接影響到工程的穩定性。為此，必須全面了解濕陷性黃土的特性，掌握其特點，才能結合工程實際情況，采取切實可行的措施予以防治。本文依托某公路工程，采取灰土換填處理濕陷性黃土路基，通過上述分析，可得如下結論。

1)為了更好地解決濕陷性黃土路基的病害問題，做好防治工作，必須先了解濕陷性黃土的特性，經調查研究發現，濕陷性黃土分為2類：非自重濕陷性黃土與自重濕陷性黃土。其中僅自重濕陷性黃土具有濕陷性，且其特性包括3點，即結構性、欠壓密性與濕陷性，由于濕陷性黃土的上述特性，將嚴重危害工程質量，為此，在公路修建前，必須做好地基處理工作。

2)結合某公路工程，經實地勘察可知，本路段存在大量濕陷性黃土，此類地基普遍存在強度小、穩定性差等問題。若濕陷性黃土地基處理不好，將無法滿足路基承載力等要求，甚至出現嚴重質量隱患。為此，必須采用科學、有效的加固方法進行有效處理，如灰土換填法的應用，可有效降低地基濕陷性，提高路基壓實度及強度，具有良好的施工效果。