探析濕陷性黃土路基病害成因及處理策略研究

郭德貴

蘭州市市政工程服務(wù)中心

1 引言

濕陷性黃土路基是一種具有特殊性質(zhì)的巖石，在氣候較為干燥的情況下，擁有高強(qiáng)度與低壓縮性，在自然情況下遇到水能夠降低外力與強(qiáng)度。濕陷性黃土路基在我國(guó)主要分布在甘肅、寧夏、山西、陜西等區(qū)域，在公路建設(shè)的過(guò)程中主要原因就是在建設(shè)的過(guò)程中會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，從而造成了不均勻的沉降，這對(duì)于公路的路面來(lái)說(shuō)是一種較大面積的影響與病害。

2 黃土公路路基的病害

2.1 勾縫脫落

砂漿接縫處于雨水地面徑流的作用位置，由于砂漿被雨水沖走，因此水泥混凝土預(yù)制塊將會(huì)直接暴露出來(lái)。如果坡面降雨量較大，將會(huì)導(dǎo)致侵蝕效果提升，這對(duì)于坡面來(lái)說(shuō)容易造成侵蝕效果加劇，導(dǎo)致路面填充的水流滲入濕陷性黃土路基。這種影響將會(huì)導(dǎo)致路基的強(qiáng)度下降，甚至長(zhǎng)久發(fā)展下去將會(huì)形成路基陷阱，導(dǎo)致磚石空置。

2.2 裂縫

一般來(lái)說(shuō)濕陷性黃土路基造成的裂縫有兩種類(lèi)型，首先是斜坡頂部有錯(cuò)誤平臺(tái)的裂縫，這種裂縫出現(xiàn)的原因主要是由于路基在發(fā)展的過(guò)程中出現(xiàn)了沉降不均勻。其次是斜坡上出現(xiàn)了錯(cuò)誤坡度的裂縫，這兩種裂縫對(duì)于路基都會(huì)造成嚴(yán)重的影響。而對(duì)于擋土墻來(lái)說(shuō)，對(duì)于裂縫的區(qū)分需要根據(jù)嚴(yán)重程度來(lái)進(jìn)行劃分，分為貫通裂縫與未貫通裂縫。如果在實(shí)際使用的過(guò)程中出現(xiàn)了貫通裂縫，那么表示擋土墻可能已經(jīng)瀕臨破裂，這也代表?yè)跬翂赡苁チ酥喂δ堋?/p>

2.3 表面破損

所謂的表面破損是指在砌筑石塊或者預(yù)制石塊的過(guò)程中出現(xiàn)了松動(dòng)現(xiàn)象，造成砂漿脫落。此時(shí)雨水將會(huì)沖刷墻面并且進(jìn)行滲透，這對(duì)于地基來(lái)說(shuō)會(huì)造成大量的流失，進(jìn)而失去了支撐保護(hù)。

2.4 墻體回填下沉

對(duì)于斜坡回填和擋土墻回填的沉降與變形是一種較為常見(jiàn)的病害，由于濕陷性黃土路基自身帶有的濕陷性與孔隙度特點(diǎn)，再加上在施工的過(guò)程中往往壓實(shí)不足，這就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)黃土變形。未來(lái)在實(shí)際施工的過(guò)程中由于墻體后排水條件較為不利，因此地面徑流、雨水滲漏在發(fā)展的過(guò)程中都會(huì)對(duì)黃土造成侵蝕，進(jìn)而形成變形現(xiàn)象。當(dāng)擋土墻上的排水孔暢通時(shí)，黃土顆粒將會(huì)跟隨著向下的滲流而不斷地引動(dòng)，形成水流與黃土共同流動(dòng)的現(xiàn)象，這就會(huì)形成黃土溝洞。黃土溝洞形成之后將會(huì)導(dǎo)致?lián)跬翂Φ谋趁姹磺蹇眨档蛪w的穩(wěn)定性。如果排水孔堵住，將會(huì)導(dǎo)致?lián)跬翂Ρ趁娣e水，填料含水量也會(huì)隨之提升，這降低了整體強(qiáng)度，也埋下了下沉的風(fēng)險(xiǎn)。在嚴(yán)重的情況下，填料含水量的提升將會(huì)在土壤上方形成滑溜與山體滑坡，這對(duì)于駕駛安全有著嚴(yán)重的影響。

2.5 泄水孔堵塞

在泥漿斜坡和擋土墻上設(shè)置排水孔有助于清除回填水，保證孔隙內(nèi)部的水壓能夠時(shí)刻保持穩(wěn)定。但是在實(shí)際施工的過(guò)程中由于施工質(zhì)量不佳，例如過(guò)濾層的設(shè)置布局不合理，抑或者使用過(guò)程中排水孔的結(jié)構(gòu)不符合實(shí)際規(guī)定與設(shè)計(jì)要求等。這些都會(huì)導(dǎo)致含水量增加，進(jìn)而形成霜凍與坍塌。

2.6 基礎(chǔ)沖刷淘空

基本沖刷是在濕陷性黃土路基施工或者使用過(guò)程中造成水損害的主要形式，是一種較為嚴(yán)重的損害方式。由于黃土地區(qū)的大雨較為集中，因此降水量也較高，因此雨水會(huì)不斷沖刷底部材料，導(dǎo)致建設(shè)過(guò)程中的黃土地基不斷地被卷起帶走。

2.7 沉降縫、伸縮縫破損變形

沉降接頭和膨脹節(jié)的形變主要是在施工的過(guò)程中由于接頭沒(méi)有完全關(guān)閉所形成的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)位置的不合理和安裝數(shù)量的不充足導(dǎo)致這種情況較為常見(jiàn)。在自然因素與人為因素的雙重影響下，接縫填充的顆粒狀材料變形量不足以至于被雨水沖走。在濕陷性黃土路基上建造的道路大部分的保護(hù)與支撐結(jié)構(gòu)都有著這樣的病害，尤其是一些高填路堤上的結(jié)構(gòu)更加常見(jiàn)且明顯。

3 濕陷性黃土路基相關(guān)防范和治理辦法

3.1 黃土路基病害動(dòng)態(tài)整治

由于黃土自身存在著有較大的濕陷性，因此在使用濕陷性黃土路基的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)較多的不均勻沉降現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致道路或者建筑物受到影響。為了避免再次出現(xiàn)這樣的事故并且對(duì)這樣的事故進(jìn)行處理，需要將處理方式分為兩步。首先需要找出路基土壤下沉的原因并且切斷水源。其次需要對(duì)當(dāng)下已經(jīng)被淹沒(méi)的路基進(jìn)行加固與處理，保證承載力能夠符合相應(yīng)的結(jié)構(gòu)荷載需求。

一般來(lái)說(shuō)路基軟弱有很多的處理方法，例如：改變土壤結(jié)構(gòu)、設(shè)立石樁、噴射灌漿樁等。這些方法在使用的過(guò)程中一般都是在施工之前進(jìn)行使用，提前保證質(zhì)量。而如果在公路通車(chē)之后出現(xiàn)這樣的情況，路基的不規(guī)則沉降將會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛難以通行，并且極難進(jìn)行處理。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，需要處理線路之下的薄弱路基，保證在黃土高原的條件下建立更加可靠的路基。

3.2 劈裂壓漿法的基本原則

由于在使用的過(guò)程中路基長(zhǎng)度較長(zhǎng)，建設(shè)的過(guò)程中隨著路段的不斷變化，工程地質(zhì)條件也在不斷地進(jìn)行變化，因此機(jī)械與材料的條件各不相同。因此，在未來(lái)建設(shè)的過(guò)程中需要根據(jù)路段的不同進(jìn)行分析，選擇不同的施工條件。施工的過(guò)程中往往需要關(guān)注路基條件、加工要求、工程費(fèi)用、材料、機(jī)械等方面，從而確定出更好的路基處理方法。

這種方法對(duì)于非自重濕陷性黃土路基，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，并且選擇合適的處理方式。例如基礎(chǔ)路基在使用的過(guò)程中，如果基礎(chǔ)路基的處理厚度達(dá)到了壓縮層的下限，抑或者在使用的過(guò)程中達(dá)到了飽和自重。經(jīng)過(guò)分析之后可以發(fā)現(xiàn)，這種情況下需要保證附加壓力能夠始終大于或者等于該土壤層的初始坍塌壓力。當(dāng)達(dá)到了這種要求時(shí)，在某種角度上來(lái)講可以認(rèn)為路基可折疊性已經(jīng)消失。對(duì)于自重濕陷性黃土路基來(lái)說(shuō)，路基在使用過(guò)程中的濕陷性與可坍塌變形量與自重濕陷性土層的厚度和浸水面積有關(guān)。無(wú)論壓縮層的厚度達(dá)到了什么樣的數(shù)據(jù)，都需要始終關(guān)注在使用的過(guò)程中底層地板下的所有自重可折疊黃土層。

在非自重濕陷性黃土路基上，一級(jí)濕陷性黃土路基一般不需要進(jìn)行額外處理。二級(jí)濕陷性黃土路基則是在使用的過(guò)程中需要進(jìn)行一米到一米五之間的處理厚度，如果處理厚度不足這個(gè)數(shù)值，將會(huì)導(dǎo)致可折疊性黃土依舊對(duì)結(jié)構(gòu)以及線路造成嚴(yán)重的安全影響。對(duì)于三級(jí)濕陷性黃土路基來(lái)說(shuō)，在處理的過(guò)程中需要保證處理厚度最小不得小于一米，最大為兩米，原因與上文二級(jí)濕陷性黃土路基相同。對(duì)于四級(jí)濕陷性黃土路基來(lái)說(shuō)，處理過(guò)程中厚度需要保持在兩米到三米之間。除此之外，在實(shí)際處理的過(guò)程中需要根據(jù)土層的濕陷系數(shù)來(lái)進(jìn)行分析，根據(jù)濕陷性黃土的厚度來(lái)進(jìn)行處理，主要的方式是降低厚度或者提升厚度。

4 處理病害的對(duì)策

4.1 增加排水設(shè)施

在實(shí)際施工的過(guò)程中需要根據(jù)水流量以及水流源頭的位置進(jìn)行分析，一般來(lái)說(shuō)病害部位在設(shè)計(jì)的過(guò)程中由于具有強(qiáng)大的沖刷性與水流量，因此往往發(fā)生在排水措施較少的位置。根據(jù)長(zhǎng)距離傳輸與近距離傳輸?shù)脑瓌t進(jìn)行分析之后可以發(fā)現(xiàn)，未來(lái)使用必要的排水設(shè)施與排水方法，能夠有效地降低路基被雨水沖刷的情況。例如，在道路建設(shè)的過(guò)程中在道路的斜坡頂部位置設(shè)置截水溝，在護(hù)坡的頂部使用封閉式管理，安裝排水溝，這能夠避免出現(xiàn)雨水滲漏的現(xiàn)象。一旦路堤坡面的地表徑流較大并且流速較快，需要將截水帶和快速流槽轉(zhuǎn)移到路基外部進(jìn)行集中。在擋土墻上安裝排水孔和盲溝的過(guò)程中，需要將水排出路基，避免水堆積在擋土墻后方，導(dǎo)致?lián)跬翂ぷ鲏毫μ嵘?/p>

4.2 再次充分夯實(shí)

在結(jié)構(gòu)清空之后，需要對(duì)損壞部分進(jìn)行清理，將背面黃土損失部分進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)進(jìn)行壓實(shí)。在工作的過(guò)程中可以使用灌漿技術(shù)來(lái)將結(jié)構(gòu)背面的構(gòu)造逐步轉(zhuǎn)向?yàn)榉€(wěn)定。在對(duì)損壞部件進(jìn)行清理的過(guò)程中需要擴(kuò)大清理范圍，保證清理能夠達(dá)到精確的效果。在填充閥板時(shí)，需要注意挖掘平臺(tái)需要始終保持與原始斜坡的穩(wěn)定結(jié)合。

4.3 及時(shí)檢查修補(bǔ)

如果在擋土墻填充的過(guò)程中出現(xiàn)了關(guān)節(jié)脫落、磚石松動(dòng)等情況，需要采用相應(yīng)的措施來(lái)進(jìn)行修復(fù)與補(bǔ)充。如果在使用的過(guò)程中需要將接縫進(jìn)行關(guān)閉，這要求工作人員能夠?qū)⒁呀?jīng)損壞的材料進(jìn)行更換與補(bǔ)充。對(duì)于墻體上出現(xiàn)的裂縫，在實(shí)際治理的過(guò)程中如果對(duì)于擋土墻造成了大面積的破壞或者對(duì)于功能的大面積損失，需要及時(shí)的組織人手進(jìn)行返工，保護(hù)道路使用安全。對(duì)于裂縫，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加固處理，如果功能沒(méi)有完全丟失，需要工作人員使用鑿子對(duì)墻體進(jìn)行加固，保證墻體的整體支撐性能。

4.4 有效處治黃土陷穴

在黃土地區(qū)進(jìn)行施工的過(guò)程中，需要重視黃土圈閉處理措施，采用有效地措施能夠達(dá)到更好的治愈目的與預(yù)防水平。例如對(duì)于誘捕點(diǎn)的處理，所謂的誘捕點(diǎn)是指伴隨著水流的侵蝕與溶解，水在黃土中形成的暗溝與暗洞，對(duì)于黃土地基有著較為嚴(yán)重的影響。誘捕點(diǎn)的形成條件是在內(nèi)部孔洞不斷沖刷的過(guò)程中形成了間隙，而外部的原因則是使用過(guò)程中地表水不斷地匯集所造成。誘捕孔對(duì)于黃土地基將會(huì)造成嚴(yán)重的危害，例如沉降等。在未來(lái)需要根據(jù)實(shí)際位置找出水源、水量、發(fā)展方向、路基破壞程度等。同時(shí)還需要根據(jù)實(shí)際發(fā)展情況來(lái)對(duì)路基進(jìn)行搗固、填砂、灌漿、盲溝排水等措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)我國(guó)將會(huì)對(duì)西部地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)開(kāi)發(fā)與扶持，因此黃土高原地區(qū)的道路建設(shè)水平非常重要，將會(huì)直接影響我國(guó)西部建設(shè)整體水平。本文主要針對(duì)在未來(lái)黃土地區(qū)施工的過(guò)程中，濕陷性黃土路基的病害原因以及病害種類(lèi)進(jìn)行了分析。經(jīng)過(guò)分析之后可以發(fā)現(xiàn)，黃土路基的病害形成原因較為復(fù)雜，在大多數(shù)情況下都是由于使用的過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的不規(guī)則降水，而降水又導(dǎo)致整體路基和擋土墻都受到了影響。未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中需要針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入化的分析，提出相應(yīng)的解決策略，希望能夠通過(guò)本文幫助我國(guó)黃土高原的建設(shè)提供參考意見(jiàn)。