新疆濕陷性土地基處理簡析

馮好娟

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，烏魯木齊 830002）

1 引言

我國濕陷性土面積約為1 300 km2，分布地區廣泛，有干旱的西北內陸盆地，也有中部的濕陷性土高原，在東部山麓的丘陵以及平原等地帶也有少量分布。在濕陷性土內部廣泛分布著結構性明顯的區域性膨脹土和紅黏土、多年凍土、鹽漬土、濕陷性土等特殊土類，該類土對水分遷移敏感，溫度變化不穩定，力學和物理性質不一致，而這些特性會引起土體力學性質的變化，屬于不良地質現象，需要采取有效的處理措施來防止工程災害的發生。長期以來，國內外學者對各種特殊土的工程特性、理論模型和試驗技術進行了卓有成效的研究[1]。可以說，特殊土理論與技術的發展是國內外巖土工程研究的一個重要領域[2]。

土的濕陷性主要體現在兩個方面：一是由上覆土層自重應力作用引起的結構破壞或沉降；二是在土層自重以及附加應力共同作用下導致的結構破壞，近而產生大量的快速沉降，兩者均會對工程施工造成嚴重危害[3]。在我國的新疆，由于濕陷性土分布范圍較廣并集中在新疆的西南部，對相關基礎設施的影響也較大。然而，隨著社會的不斷發展和進步，人們對美好物質生活的向往及國家對共同富裕建設的追求，特別是在上述中國的西部內陸地區，在此薄弱的基礎上建設公路、鐵路及住宅樓時，將遇到越來越復雜的濕陷性土地基處理問題，為開發新型特殊土地基處理技術提供了機遇和挑戰[4]。

近10年來，濕陷性土地基處理的發展主要從3個方向進行：（1）從單一強化方法走向多法復合形式；（2）逐步從高人力、材料、費用消耗到發展機械、經濟方法；（3）逐步從高能耗、高污染技術到新低碳技術，人與自然的和諧發展。因此，合理、有效地處理濕陷性土地基已成為工程建設中的一個關鍵問題。

2 濕陷性土濕陷機理及計算

濕陷性土的濕陷性是一個復雜的物理和化學過程，其成因和機理可歸納為內部原因和外部原因兩種。內部原因主要是由于土壤的材料成分（骨架顆粒和膠結）和結構特性；外部原因是水和壓力的作用。

初期，形成濕陷性土的少量松散粉末黏在一起，在長期干旱環境條件下，內部水分逐漸蒸發，其中的可溶性鹽則逐漸隨著水分的蒸發而沉淀，并慢慢轉移形成沉積固結物，最終形成多孔結構的主體骨架。顆粒的形成與結構體系之間的聯系直接影響了濕陷性土膠結強度和結構體系的穩定性。同時，由于膠結強度的存在，濕陷性土的應力-應變關系和強度特性與其他土壤明顯不同。然而，一旦土壤結構被水浸泡，內部系統的化學和物理作用會導致土層黏結力下降、強度迅速降低，表現出屈服、軟化和坍塌等特征。可溶性鹽的含量不僅影響濕陷性，而且決定了濕陷性的類型[5]。

根據GB 50025—2004《濕陷性黃土地區建筑規范》，研究濕陷性土的濕陷性時，常以濕陷性土的濕陷系數評價濕陷性土的濕陷性，濕陷系數δs的計算公式為：

式中，h0為土壤樣品的原始高度，mm；hp為土壤樣品在實驗規定壓力p的作用下壓縮穩定后的高度，mm；hp′為受壓穩定后的土樣在浸水（飽和）作用下，附加下沉穩定后的高度，mm。

據本規范，當δs≥0.015時，該類型濕陷性土應視為濕陷性土；當δs＜0.015時，為非濕陷性土。濕陷性地基的等級劃分見表1。此外，實驗表明，濕陷性土的濕陷性還與其受到的壓力有關，濕陷性土出現濕陷性的最小壓力稱為濕陷性土的起始壓力。由上覆土層的自重壓力而產生濕陷性的土層為自重濕陷性土，否則稱其為非自重濕陷性土。

表1 濕陷性地基等級劃分

為如實反映濕陷性土的濕陷程度，應從實際角度出發，通過式（2）計算地基中各土層的濕陷量之和Δs：

式中，δsi為第i層土的濕陷系數；hi為第i層土的厚度。

通常按照表1的Δs確定濕陷性土的濕陷度，但Δs不能反映地基的實際情況，只能反映濕陷性土地基的定性指標。需要注意的是，Δs的計算應自基礎底面算起。

當建筑物基底以下土層為非自重濕陷性土時，可用式（3）計算其濕陷量Δzs：

式中，δzsi為第i層自重濕陷性土的濕陷系數；hzi為第i層自重濕陷性土的厚度。

3 濕陷性土處理要點

3.1 濕陷性土地區路基施工后沉降控制

在濕陷性土地區修建路基時，地基變形量往往較大，常面臨工后沉降的控制，主要包括對路基壓縮變形產生的沉降和地基自重變形產生的沉降的控制。對此類地基開展地基處理，消除地基的濕陷性是基本要求。此時，工后沉降可以分解為處理層下方地基的壓縮變形和沉降變形，無論是何種變形，在地基處理中都有嚴格的控制要求。

3.2 合理確定濕陷性土地基的深度

對于濕陷性土地基，一方面應考慮消除濕陷性土的濕陷性；一方面還應考慮對土層進行改善，如改善地基土層的壓縮性等。因此，這就涉及濕陷性土地基的處理深度問題。現場試驗和實踐表明，處理深度較小，基礎的總沉降和工后沉降越大。總之，確定濕陷性土地基的合理處理深度是路基施工中的難點問題之一。

3.3 路基中濕陷性土填料的改進

平原濕陷性土屬于粉土和粉質黏土，其塑性指數大多為8～11，約占90%。以公路路基填料為例，一般將其分為C類。較A、B其他兩類填料相比，C類土的壓縮變形持續時間更長、性能更差。使用濕陷性土作為填料很難滿足鐵路15 mm以下的施工沉降要求。此外，在此類土地區，考慮路基填筑量往往很大，對于路基中黃土填料的改進極其重要，因此，對濕陷性土的處理，首先應考慮采用物理改良的粗粒類土填筑，在缺乏粗類土顆粒的地區，可考慮化學改良方法的可行性。

4 濕陷性土的處理方法及控制措施

傳統的對于濕陷性土地基的處理方法一般有以下幾種：動壓實法、換土墊層法、樁復合地基法等，每種方法都有其優缺點。濕陷性土地基處理的目的是最大限度地消除其濕陷性，減少土壤孔隙體積，提高濕陷性土的干密度，減少其壓縮量，少數是為了提高承載力，改善不均勻地基，提高地基的異質性。本文對濕陷性土地基的處理方法進行討論。

4.1 改善地基濕陷性土的工程特性

4.1.1 控制地基濕陷性土含水率

由濕陷性土的濕陷特性及濕陷性土的濕陷機理可知，濕陷性土的含水率對濕陷性土的濕陷特性影響極大，一旦土壤結構被水浸泡，在土層成分的化學和物理作用下導致其內部黏結力下降，強度被快速破壞，表現出屈服、軟化和坍塌等特征，因此，對于濕陷性土地基，應加強對其含水率的控制。

4.1.2 控制地基濕陷性土的可溶性鹽含量

對于濕陷性土，除了水會影響其濕陷性之外，易溶鹽的含量也是一個不可忽視的主要因素，易溶鹽的含量不僅可以影響濕陷性土的濕陷性，而且決定了其濕陷性的類型，因此，在進行地基處理時，應加強對土層易溶鹽含量的控制。

4.2 采用樁板結構等特殊技術進行控制

4.2.1 選取合適的構造類型

對濕陷性土區采用樁板結構進行處理時，綜合施工條件和造價等因素，對于不同類型的濕陷性土的處置措施也不盡相同。以上部為濕陷性土，下部為厚而弱的粉質黏土層為例，在此類濕陷性土地基上方進行高填方路基施工時，路基沉降量較大，傳統的復合地基處理方法不能滿足工后沉降控制的要求。同時，當涵洞密度較大時，路涵基礎過渡段的施工質量難以控制，基礎處理后的路涵過渡段的平整度難以保證。此時宜采用既可以保證路基工后沉降要求又可以滿足路基平整度要求的埋樁式連續樁板結構新技術進行處理。

4.2.2 合理設計樁板結構

樁板結構適用于深、弱基礎、濕陷性土地基、低路堤、路橋過渡段地基、支路路基和現有路基的固結，并有嚴格的變形控制。在進行樁板結構的設計時，除滿足耐久性要求以外，還應遵循經濟適用等設計原則。

4.2.3 嚴格要求樁板結構的施工

由上述條件可知，樁板結構雖然具備較好的濕陷性土處置能力，但樁板結構的設計較為復雜，在施工時，應嚴格按照設計要素對樁板結構進行施工。

4.3 控制路基防水排水設計

路基排水設施應可以應對50年一遇的暴雨強度，在進行排水設計時，應遵循以下原則和要求：攔截可能流入的地表水等，沿最短路徑排入涵洞或溝渠以及集水溝，以保證路基的穩定。確保排水溝坡度，當排水溝底設有縱坡時，平邊溝和反坡排水溝側溝的縱坡應不小于1%，當溝底縱向坡度等于或大于0.3%時，設置激流通道。在自重型濕陷性土區，除應滿足以上基本要求之外，還應對溝底進行防滲處理。

5 結語

各種特殊土壤都具有特殊的區域和結構特征，復雜多變的地質環境會引起濕陷性土的濕陷性破壞。在過去的幾年里，我國在濕陷性土治理方面積累了豐富的經驗和技術資料，取得了一些有效的、有影響力的研究成果。相信，通過對濕陷性土濕陷性的不斷探究和研究，在未來的理論研究和工程實踐中，我國將在特殊土壤領域取得更多、更好的成果，為國家基礎設施建設提供強有力的科學技術支持。