市政工程濕陷性黃土地基處理方法探討

宋曉慧 張 健 孫軍偉 馬少帥 劉倩倩

（山西建設(shè)投資集團有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

我國濕陷性黃土分布范圍較廣，大約占我國黃土面積4.9%，主要集中在陜北、晉西、河南、隴東、冀北等地區(qū)[1]。山西省內(nèi)黃土分布面積較廣，黃土面積高達3.5km2，占山西省全省面積的22.4%[2]，而山西的濕陷性黃土面積占比較大且分布不均勻，嚴(yán)重影響城市的建設(shè)和發(fā)展。

濕陷性黃土與一般的黃土不同，它是一種非飽和、大孔徑、壓縮性小、強度較高，但是遇水浸濕時強度會出現(xiàn)明顯降低的黃土,具有在一定的自重或壓力作用下遇水變形的特征[3]。因此在濕陷性黃土地區(qū)修建市政道路時，為防止?jié)裣菪渣S土地基遇水變形，必須進行地基處理，盡可能消除土體的濕陷性，滿足地基承載力要求。因地基濕陷性厚度及嚴(yán)重程度分布不均，地基處理方法也隨之不同。本文以山西省晉中市榆次區(qū)龍城大道道路工程為例，闡述不同地段濕陷性黃土地基的處理方法。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

擬建場地位于山西省晉中市榆次區(qū)北部，該地區(qū)地勢西低東高。擬建項目屬于市政道路工程，包括道路工程、排水工程、強電工程、交通工程、綠化工程、綠水工程及照明工程等，道路全長8km，紅線寬度60m，綠線寬度90m。

1.2 場地巖土特征

根據(jù)野外鉆探揭露的地層情況可知：本次勘察深度范圍的巖土層主要由第四系全新統(tǒng)沉積的粉土、濕陷性粉土和砂類土等構(gòu)成，具體巖土分層情況如下：

①層，素填土(Q4ml)：雜色；主要為耕植土，含磚屑、煤屑、灰渣、植物根和少量生活垃圾等；稍濕，結(jié)構(gòu)松散。該層土體層厚介于0.40~0.60m之間，層底埋深介于0.40~0.60m之間。

②1層，中粗砂(Q4al+pl)：黃褐色；松散；含石英、長石、云母等，混有粉土；顆粒級配較差，磨圓度較差；該層實測標(biāo)準(zhǔn)貫入度錘擊數(shù)平均值為8.0擊，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗修正錘擊數(shù)平均值為7.7擊。該層土體揭露厚度介于0.7~1.6m之間，層底埋深介于1.3~1.9m之間。

②層，濕陷性粉土(Q4al+pl)：褐黃色；稍濕，稍密；含云母、氧化物。該層土體層底埋深介于0.30~3.30m之間。

③層，粉土(Q4al+pl)：褐黃色；稍濕，稍密；含云母、氧化物、蟲孔等，土質(zhì)不純，含有砂粒；干強度低，韌性低；該層土的天然合水量平均值16.2%；天然孔隙比平均值0.797，濕陷性系數(shù)平均值為0.010，壓縮系數(shù)平均值為0.244MPa。該層土體層底埋深介于7.50~9.20m之間。

1.3 場地黃土濕陷性等級

非自重濕陷性黃土是指黃土浸水后在飽和自重壓力下不發(fā)生濕陷，只有在附加一定壓力后浸水才發(fā)生濕陷的濕陷性黃土。

自重濕陷性黃土指在地基沒有任何荷載的情況下，受水浸濕后，在土體自身自重的情況下，土體會發(fā)生顯著的下沉現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為自重濕陷性黃土。

擬建場地地基濕陷性情況按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定要求，分為兩種情況，太榆路邊界K2+500-K8+700為非自重濕陷性場地，地基濕陷性等級為Ⅰ級，K8+700-K9+940為自重濕陷性場地，地基濕陷性等級為Ⅱ級。

2 濕陷性黃土地基處理方法

擬建道路工程跨度較長，沿線黃土地基濕陷性等級不同，采用的處理方法也不相同。其中，K2+500-K8+700段為非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級為Ⅰ級，主要采用換填法。K8+700-K9+940為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級為Ⅱ級，其中，K8+700-K8+960為普通自重濕陷性黃土場地，主要采用換填法；K8+960-K9+910為超高填方自重濕陷性黃土場地,填方高度達20多米，主要采用灰土樁擠密法；K9+910-K9+940為較高填方自重濕陷性黃土場地,主要采用預(yù)浸水法+強夯法。

2.1 非自重濕陷性場地地基處理

2.1.1 地基處理方法選取

本擬建工程K2+500-K8+700段為非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級為Ⅰ級。本工程涉及排水管道施工，地基的不均勻沉降將會對管道工程質(zhì)量存在嚴(yán)重影響。因此進行排水管道工程施工前，應(yīng)對排水管道溝槽進行地基承載力試驗，驗證其是否滿足承載力要求。通過對溝槽底部進行試驗可知：地基承載力實際僅為60kPa，遠遠低于設(shè)計要求的120kPa。考慮到本施工段屬于非自重濕陷性場地，且溝槽底部土質(zhì)強度較低，因此本施工段采用換填法進行地基處理，本方法相對于其他方法來說，投入成本較小，施工便利。

換填法是采取土質(zhì)強度較大、密度較高且水穩(wěn)性能較好的材料將原有的強度較低、密度較小、孔隙較大、松散的土層全部置換，再進行分層回填及振動碾壓，使其達到設(shè)計壓實度，確保地基承載力滿足要求[4]。

2.1.2 換填法技術(shù)要點

采用換填法的技術(shù)要點是在施工過程選好換填材料，以及采取合適的壓實機械，并且在施工前進行試驗段施工，確定好壓實遍數(shù)、含水率、鋪土厚度等參數(shù)，以便為后續(xù)的施工提供一個良好參照。

2.1.3 換填法施工要點

本施工段地基處理方法是將原有溝槽原狀土人工挖除30cm，后采用三七灰土進行換填，采用振動壓路機+平板夯+振動夯壓實。為保證溝槽回填后盡可能減少地面不均勻沉降以及路基受水浸濕時沉降，采用三七灰土回填至管道頂面50cm，為保證施工質(zhì)量，管溝兩側(cè)回填時采用分層回填，分層壓實的施工工藝，每層回填厚度控制在15cm左右，確保達到設(shè)計的壓實效果。

2.2 普通自重濕陷性場地地基處理

2.2.1 地基處理方法選取

本線路K8+700-K8+960為普通自重濕陷性黃土場地，地基濕陷性等級為Ⅱ級。因擬建場地路基寬度為60m寬，處理面積較大，為減少施工成本投入，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，降低施工難度，采用三七灰土換填的施工方法來降低地基受雨水浸濕所產(chǎn)生的下沉現(xiàn)象，同時增加路基承載力。

2.2.2 換填法施工過程

本路段三七灰土換填的具體施工做法為：（1）填方路段回填至路床標(biāo)高，路床下全斷面換填80cm厚三七灰土隔水層，為保證壓實效果，每次回填厚度不得超過30cm，采用沖擊碾或重錘夯實等壓實。（2）挖方段挖至設(shè)計路床標(biāo)高后，換填80cm厚的三七灰土，每層換填厚度不超30cm，采用沖擊碾或重錘夯實等壓實。

2.3 超高填方段自重濕陷性場地地基處理

2.3.1 地基處理方法選取

本線路K8+960-K9+910為超高填方段，填方高度達20多米，考慮到原狀土為自重濕陷性黃土且填方高度過大，對于原狀地基承載力要求較高，因此該填方段原狀地基處理采用灰土樁擠密的方法來處理地基，以便能夠達到設(shè)計要求。

灰土樁擠密是利用沉管、沖擊或者爆擴等方法形成樁孔，在形成樁孔的同時會產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，使樁間土密實，然后采用灰土將樁孔分層回填[5]，利用孔內(nèi)經(jīng)夯實后的灰土遇水分解、吸水膨脹、固結(jié)后使灰土樁與原有地基形成復(fù)合行地基，從而提高地基承載力。

2.3.2 灰土樁擠密技術(shù)要點

采用灰土樁擠密法的技術(shù)要點首先是確定樁位，選擇合理的樁位布設(shè)；樁位布設(shè)好后選擇合適土料，土料宜采用粉質(zhì)黏土，不得含有凍土或膨脹土以及生活垃圾，有機質(zhì)含量不得超過5%，取土要求顆粒大小、含水量、密實度、承載比（CBR）試驗和擊實試驗等各項指標(biāo)均滿足施工；隨后采用夯實機械（偏心夾桿式夯實機）填夯，填夯施工前應(yīng)先進行填夯工藝試驗，以確定合理的分次填料量及夯擊次數(shù)，在施工過程中注意清除孔內(nèi)的雜物或積水，開始填料前先將孔底夯實，次數(shù)不少于8擊，然后開始分層夯實灰土。

2.3.3 灰土樁擠密法施工過程

本路段灰土樁擠密具體施工方法為：采用間距為1m，深度為9m，成正方形布設(shè)，回填材料采用三七灰土。灰土樁擠密樁法較灰土換填法成本高，施工難度大，但是在施工過程中可以實現(xiàn)深層加固，能達到良好的深層擠密效果。此方法一般用于處理濕陷性黃土厚度較深的土層。

2.4 較高填方段濕陷性場地地基處理

2.4.1 地基處理方法選取

本線路K9+910-K9+940段為較高填方路段，深度較大，約為8m。對于較高填方路堤來說，施工完成后道路仍會受降水影響而造成各種問題，許多人對壓實后的黃土濕陷性進行研究，發(fā)現(xiàn)壓實后的黃土濕陷性仍然存在。為了盡可能的消除較高填方路堤壓實黃土的濕陷性，最大程度上消除回填土不均勻沉降及濕陷性，避免工后沉降，本工程采用預(yù)浸水法+強夯法消除黃土的濕陷性。

2.4.2預(yù)浸水法施工特點

濕陷性黃土地基預(yù)浸水法是利用黃土浸水后產(chǎn)生自重濕陷的特性，在較高填方開始回填前，進行大面積的浸水，使土體預(yù)先產(chǎn)生自重濕陷，從而達到消除黃土土層的自重濕陷性[6]。地基受水浸濕后，在一定程度上能夠消除其自身的濕陷性，但隨著深度的增加，其消除濕陷性的作用越來越小，李輝山等研究表明浸水施工基本可以消除10m范圍內(nèi)黃土的濕陷性，超出該范圍，其效果越來越小。預(yù)浸水法能很大程度消除黃土濕陷性，但在這個過程中，會對該范圍內(nèi)土層的壓縮性產(chǎn)生一定影響，會大大增加土層的壓縮性，造成短期內(nèi)土層地基承載力下降，因此在使用預(yù)浸水法的同時，還需配合其他方法處理基地承載問題。本工程采用強夯法配合預(yù)浸水法。

2.4.3 強夯法技術(shù)要點

強夯法是將具有一定自重的夯擊錘提高一定的高度，利用自重及高差對地基進行沖擊和振動，達到改善土的密實性、改變液化條件、增大壓實度、消除黃土的濕陷性等目的的一種方法[7]。采用強夯法的技術(shù)要點是要確定夯擊點位、夯擊能、夯擊高度等，確保夯擊完后能夠達到滿面夯實的效果，避免漏夯或者錯夯而達不到全面夯實的效果。

2.4.4 強夯法施工過程

本次強夯法具體施工方法為：按照道路設(shè)計，將設(shè)計范圍內(nèi)路基清表30cm，然后進行路基填筑，分層填筑，分層碾壓，每層填筑厚度不超過30cm，填筑2m后進行第一次強夯，然后每隔4m形成一個工作面，采用強夯法進行路基處理。強夯法的具體參數(shù)如下：夯錘選用圓柱體，夯擊能為3000kN·m，夯點間距為5m，正方形布設(shè)，夯錘重量為2000kN,落距為15m。夯擊遍數(shù)為3遍，先跳夯兩遍，再滿夯一遍，第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間，第三遍滿夯時要求錘印搭接，以便保證強夯效果。強夯法在一定范圍內(nèi)能夠增加地基的強度，減小土體的孔隙率。

3 濕陷性黃土地基處理方法討論

擬建工程采用換填法、灰土樁擠密法、預(yù)浸水法+強夯法三種方法來處理濕陷性黃土場地，方法簡單，所需材料亦可就地取材，成本投入較小，技術(shù)可靠，且工期較短，能夠有效的消除黃土的濕陷性。

換填法適用于淺層地基處理，例如換填淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、溝槽基礎(chǔ)等；灰土擠密樁法適用于處理較深的土層，如濕陷性黃土、垃圾土、雜填土等深度較大土層；強夯法一般適用于填方高度較大，施工后工后沉降較大的填方段落，強夯法配合預(yù)浸水法不僅能夠有效的消除土層的濕陷性，同時能夠增強土層的地基承載力，最大限度的減少了填方段的工后沉降，避免道路塌陷。

除上述所描述的三種方法外，處理濕陷性黃土的方法還有很多，如化學(xué)加固法、單液硅化法[8]等。很多專家學(xué)者對地基的處理方式進行了很多的研究，不同地質(zhì)情況、不同物理力學(xué)指標(biāo)的土層所使用的處理方式一般不相同，因此在處理濕陷性黃土前，應(yīng)根據(jù)其工程地質(zhì)特征、施工現(xiàn)場條件、施工單位技術(shù)水平、經(jīng)濟條件等因素，綜合考量并確定處理方法。

4 結(jié)束語

市政工程建設(shè)過程中要想最大程度消除黃土地基的濕陷性，僅重視處理方法和施工技術(shù)是不夠的，還需要重視人員、機械、成本的投入。由于目前各地區(qū)市政道路工程一般要求當(dāng)年開工、當(dāng)年完工，緊迫的工期使得大部分施工單位只注重工程進度而忽略施工質(zhì)量，容易出現(xiàn)完工后地下管溝沉降、道路塌陷等質(zhì)量問題。為避免出現(xiàn)地基沉降等問題，要求現(xiàn)場的施工技術(shù)人員具備一定的專業(yè)水平，同時還需具有很強的責(zé)任心，參建各方積極配合，才能最大程度保證濕陷性黃土地基施工的質(zhì)量。