关键词：公路路基；湿陷性黄土；设计分析
湿陷性黄土路基病害是我国黄土区域的一个主要问题，常常会由于雨水冲刷而出现水土流失、地基沉降、边坡滑坡等危害性地质活动，这些地质活动的出现会给农业生产和人民生活带来巨大的损害。造成黄土地区路基病害的主要原因是黄土湿陷引起地基出现不均匀而导致地基沉降。所以、在工程施工初期我们一定要使用合适的措施对湿陷性黄土开展特殊处理，以确保工程构造的可靠和安全，并且对于确保工程施工进程和加强施工水平具有不可忽视的作用；本文将主要分析黄土地基湿陷性，从而针对性地提出路基设计的思路方法。
一、湿陷性黄土相关知识分析研究：
1、湿陷性黄土的含义：黄土的主要构成是粉状颗粒、颗粒比较大、一般里面包含许多的缝隙、并且蓬松多孔、孔隙比大于1.0，但是含水量较少、一般外形为黄色或黄褐色、里面有大量的碳酸钙或硫酸钙成分，黄土中进入水分后构造稳定性就会受到影响在外力或者自重下极易出现沉降问题、也就是俗称的湿陷，根据种类差异能够划分为自重性失稳以及非自重性失稳两种。
2、湿陷性黄土的特征：因为黄土作为一种独特的粘土，其中含有的泥沙量可达到30%—60%，孔隙非常大。所以、黄土一般表现出下列几项特点：
1）、多孔裂隙性（孔隙多且大，构造疏松）：黄土拥有较大的孔隙率、里面拥有大量的孔距、孔隙出现的状态一般是垂直或歪斜的（大部分为垂直）、上下连通。
2）、湿陷性：湿陷性是黄土最广泛存在的特点，由于黄土遭到来自上层土壤自重应力以及附加应力的共同作用、黄土构造浸水后土壤构造会受到损害，以出现沉降问题，最终构成湿陷。
3）、透水性：黄土拥有透水性、和它的大量的孔距还有垂直节理发育等原因有巨大的关联、黄土的多孔性还有垂直节理越发育，黄土在垂直节理位置上的透水性就越强。
3、公路路基湿陷性黄土设计原则：由于湿陷性黄土地区容易发生沉降变形，因此在这一地区修建道路时首先需要应对好沉降变形病害问题。在设计路基时要考虑水对湿陷性黄土路基的影响和路基工程的地基问题，由于水对湿陷性黄土路基会带来一定影响，因此在设计路基时要做好排水和防水工作，可以通过构建完善的路基排水系统来减少水对湿陷性黄土路基的不利影响。其次要考虑好湿陷性黄土区路基工程的地基问题，由于这一区域内土壤较为松软，因此需要采取一定技术措施来提升路基的刚度和强度，提高所修建道路的使用寿命。
4、湿陷性黄土病害的主要形式：湿陷性黄土病害的主要形式包括路基沉降、路基塌穴、边坡滑坡等。第一、路基沉降危害：湿陷性黄土受到水的浸润构造快速损害出现明显的沉降，使得路基沉降损坏。第二、路基塌穴：湿陷性黄土塌穴拥有相应的规律性，根据地形地貌看，一般分布在黄土塬、河谷阶地、冲沟两岸还有河床周围。第三、边坡滑坡：边坡滑坡危害一般是因为边坡表层冲刷、边坡坍塌、边坡失稳而引起的滑坡。引发原因是由于路堤顶层两边排水沟、边坡还有坡面欠缺必须的防护对策的情况下，雨水顺着坡面漫流，使坡面冲刷更加严重，以至于边坡遭到损害。
二、湿陷性黄土沉降原因分析研究：
公路工程施工中路基是非常重要的构成内容，它的稳定性会对公路的使用水平和综合使用周期造成直接影响，引发公路路基出现沉降的因素很多，在湿陷性黄土路基施工过程中一般出现路基自身压缩性沉降以及路基沉降；路基填料选取错误、路基压实度不足、压实措施错误等都是导致路基沉降的关键因素，但是湿陷性黄土本身特点是导致路基沉降的核心因素。
湿陷性黄土的结构特征、物质组成以及水和压力分别为黄土产生塌陷的内在和外在因素，在湿陷性黄土构成内容里面含有土壤颗粒和可溶性胶结物，土壤颗粒主要是粉粒形态，之后通过可溶性胶盐粘结在一块，里面同时含有丰富的孔隙，在干燥的环境下这种构造能够维持密切，其本身强度靠土体颗粒间的机械咬合、分子间的引力与碳酸盐结晶水形成的胶结力来提供，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，然而受到水和外力的作用，它的构造极易受到损坏，可溶性胶状物会迅速出现溶解作用，颗粒之间欠缺足够的粘结性，致使土体在覆土层的自重与附加应力共同作用下，其结构迅速破坏，土粒向大孔滑移，土的强度突然下降从而产生沉陷。该部分沉陷是地基发生破坏的主要原因，此时在湿陷性黄土内部会发生土体骨架的脆断、土中的空隙被填充压实、土体颗粒重新排列及片状产生弯曲等，同时土中部分气体被挤出，土体向逐步提高其密实度和承载能力的方向转化，通过一定时间的固结，土体的承载力与外来压力逐步相等时，土体趋于稳定，而沉陷逐步终止?，这就是湿陷性黄土结构的沉陷机理。
三、湿陷性黄土的判断分析研究：
在湿陷性黄土区域开展公路路基施工之前，要求提供比较全面、可靠的工程地质报告，里面最重要的内容就是对湿陷性黄土进行精准评价。
湿陷性黄土的辨别需要通过下列几个步骤：第一步是要辨别黄土土层有没有湿陷性，明确黄土土层分布、厚度还有地下水文的埋深等状况；第二步是辨别黄土拥有湿陷性后，要辨别湿陷性黄土是哪一种，是自重性湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土；第三步是需要明确湿陷性黄土的层级。
根据国内《湿陷性黄土地区建筑标准》相关要求可以知道，辨别湿陷性黄土的实验一般包括三种：室内压缩实验、现场静载荷实验还有现场试坑浸水实验。根据计算得到的湿陷性系数来对湿陷性黄土进行辨别：。
在这个式子里、hp表示的是维持天然湿度和构造的试样、当压力添加到相应额度时、沉降稳定后的高度（mm），h’p表示的是以上加稳定后的试样、通过浸水（饱和）作用赢下、添加沉降稳定后的高度（mm），h0是试样的初始高度（mm）。
湿陷系数δs＜0.015定为非湿陷性黄土，湿陷系数δs≥0.015，定为湿陷性黄土；湿陷种类一般是依照计算自重湿陷量以及根据现场地质状况和当地的建筑经验结合来开展辨别属于自重湿陷性场地还是非自重湿陷性区域。
四、公路路基湿陷性黄土的解决对策：
1、应用排水系统来进行处理：基底设置完善的路基路面排水系统，加强防渗及防冲刷，在路基靠山侧且汇水量较大路段增设灰土隔水墙，以阻止渗水对路基的不力影响。
2、应用垫层法来进行处理：使用垫层法来处理浅层处治湿陷性黄土路基是一种历史方法，它具有因地制宜，施工简单等特征。通常处理的厚度不超过3米，大于3m的话，挖填方工程量巨大、施工时间久并且质量难以保障，选择这一方法的时候需要利用技术经济对比。垫层施工过程中，需要把预先处理的湿陷性黄土彻底清楚，以及打底夯或压实，在依照选取的材料的差异，通过基坑里的黄土或就近挖出的别的粘性土、砂石原料、灰土当作填料，在最佳含水量差不多的范围内分层填料、压实。
3、应用重锤夯实法进行处理：与建筑物的距离应保持在100m以上且连续处理段落较短而冲击碾压难以实施的路段应采取重锤夯实法。重锤夯实能够有效处理饱和度小于三分之二的湿陷性黄土地理。通常使用2.5—3.0吨的重锤，重锤夯击能为300KN.m。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆落距离在4.0—4.5m，一般采取单点夯击击数为5次，累计共夯3遍15击；第一遍宜按一夯挨一夯顺序进行，第二遍应与第一遍夯点搭接1/2夯击，如此反复进行，能够清除基底之下1.2—1.8m的湿陷性黄土；在夯实层的额度中、土的物理和力学特征得到明显的提升、平均干密度显著扩大、压缩系减少、湿陷性革除、透水性降低、负载力提升，非自重湿陷性黄土路基、它的湿陷本身压力非常大，一旦用重锤解决后、能够降低甚至清除湿陷性黄土路基变形问题。
4、应用强夯进行处理：与建筑物应保持在200—300m以上，当与建筑物距离小于200m，仍需采取强夯处理时，应设减震沟，尺寸为1m宽×3m深，以阻断夯击波的震动影响。主要设计参数包括：有效加固深度、夯击能、夯击次数、间隔时间、夯点布置、夯击遍和处理范围；①有效加固深度（H）：计算采用公式为H=a，式中：H—加固土层厚度m；w—夯锤重KN;h—落距m；a—经验系数，其值在0.4—1.0之间，与土质条件、地下水位、夯击能大小、夯锤底面积等因素有关，设计值为0.45。②夯击能量及击数：夯击能量是决定加固深度的参数，单点夯击能=锤重×落距，单点夯击遍数为8遍。③夯点布置及夯击遍：夯点采用矩形布置，夯点间距为5m，第二遍夯击点位于第一夯击点之间，施工时可根据试夯沉降量关系曲线确定，并满足最后两击的平均夯沉量不易大于50mm，强夯设计采用工程比拟法，主、副夯单点夯击能采用2000KN.m跳夯两遍，最后再以1000KN.m的低能量满夯两遍。强夯法加固路基的理论通常是把相应重量的重锤通过相应的落距给路基一定的冲撞和震动，从而实现扩大压实度的目的，加强土的振动液化环境，革除湿陷性黄土的湿陷问题等目标。
5、应用灰土挤密桩法进行处理：灰土挤密桩法最适合用来处理超出地下水位的湿陷性黄土路基，平面上以正三角形形式布置，灰土桩直径40cm、间距为1m、桩长5—10m、桩体采用10%石灰土（质量比）、桩顶设置40cm的10%石灰土垫层，桩体不允许含有机物、土颗粒不得大于15mm，石灰采用新鲜消石灰、其颗粒不得大于5mm。灰土挤密桩建议采用沉管灰土桩法（管内投料震动密实法）或冲击成孔法施工，使土体向桩孔周围挤密；向孔内填料前，孔底必须夯实，回填夯实时、单点夯击能不得小于20KM.m，分层填料厚度不得大于35cm，压实度不小于97%，夯填时尽可能打一孔填一孔、打孔时采用间隔打法，施工顺序应为先外排后里排，隔排隔桩跳打。
6、应用冲击碾压法进行处理：与建筑物的距离应保持在100m以上，地形比较平整、连续处理长度不小于100m。冲击碾压采用CYZ25型或其他压实功率更大的冲击式压路机，施工时先进行试压、以确定实际所需的压实遍数；冲击碾压采用来回错轮的方式、轮迹之间不重叠，整个场地压完一次为一遍，冲击过程中若表面出现较大起伏，可随时用推土机整平。
7、应用水泥搅拌桩法进行处理：按正三角形布置、直径为50cm、桩间距为1m、桩体所用水泥为普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为12—15%、桩底必须进入稳定持力层不小于0.5m，桩顶设置40cm的开山石渣垫层，施工时一般采用湿法施工、当地基含水量较大（建议以25%控制）湿法难以满足要求时采用干法施工。
五、公路路基湿陷性黄土处理实际案例分析：
1、工程情况分析：绥延高速公路项目是一个综合性工程，涉及到特大桥工程、水中墩工程、预制梁以及现浇梁工程、大中小桥工程、房建及服务区工程、小桥涵工程、路基（湿陷性黄土为主）工程等多项工程；标段起点在榆林市清涧县西贺家沟，终点在延安市子长县苗家沟、全长10.4km（双幅）、其中路基总长7.6km（双幅），工程位于陕西省清涧县和延安市子长县境内。施工范围内包含互通立交2处，桥梁29座，涵洞18座，路基填方79.7万方，挖方119.4万方。
本项目路基工程特殊性岩土工程主要为湿陷性黄土，据地勘资料、全线黄土的湿陷性各等级分布较离散，从Ⅰ级、Ⅱ级非自重—Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级自重湿陷性均有分布，但主要以Ⅱ级自重以上湿陷性为主。
2、处理规划：挖方为开挖全断面，填方为路堤排水沟外侧1m以内的范围，具体方案如下：
①挖方路段：当湿陷性黄土已挖除或黄土自重湿陷性消除时，路床超挖后底部进行碾压，碾压后路床底部土层压实度不得低于94%，之后回填路床，当湿陷性黄土未挖除或挖余湿陷性黄土层较厚时，对路床底部采用冲击碾压或重锤夯实处理，处理后路床底部土层压实度不得低于94%，之后回填路床；若冲击碾压或重锤夯实均不具备实施条件时，路床底超挖20cm，回填4%水泥土。
②填方路段：1）湿陷等级为Ⅰ级、Ⅱ级非自重湿陷性黄土，基底比较平坦时优先采用冲击碾压处理，对于处理长度不足100m或地形坡面较陡而无法实施冲击碾压时，采用重锤夯实处理，对于冲击碾压和重锤夯实均难以实施的路段，采用40cm厚4%水泥土+60cm素土垫层处理。2）湿陷等级为Ⅱ级自重及以上湿陷性黄土路段，优先采用强夯处理，对于强夯无法实施的Ⅱ级自重湿陷性黄土路段，采用80cm厚4%水泥土+120cm素土垫层处理。对于强夯无法实施的Ⅱ级以上自重湿陷性黄土路段，采用灰土挤密桩处理。3）对于含水量大于25%、饱和度大于60%的黄土路段，灰土挤密桩难以成孔或成孔后易缩孔或积水，而影响地基处理效果的路段，则采用水泥搅拌桩处理。4）灰土挤密桩和水泥搅拌桩的桩长根据黄土的湿陷等级和厚度确定。
3、施工重点：
1）冲击碾压还有重、强夯第一步需要解决检测地基土的含水量，一旦地基土的含水量大于18%或者饱和度超过60%那么就要转变别的处理策略对其进行处理。
2）冲击碾压使用25kg三角形冲击碾压设备冲击碾压次数最佳为20—40次，从而来排除地表下1.5内的湿陷性黄土。
3）重、强夯点的夯击数量要求依照试验中夯击数量以及夯沉量的关系进行明确。
4、质量检测：
1）重锤夯实的遍数应通过试夯确定，以最后两遍的夯沉量不超过1—2cm控制。
2）强夯要求最后一击夯沉量不大于5cm，基坑内每个夯点的累计沉降量、不得小于试夯时各夯点平均沉降量的95%，强夯土的承载力，宜在地基强夯结束30天左右，采用静载荷试验确定。
3）灰土挤密桩桩孔中心点位置不应超过桩距设计值的5%，桩径垂直度偏差不应大于1.5%，桩孔直径对沉管法应与设计值相同，对冲击法误差不得超过设计值的70mm，桩孔深度对沉管法应与设计值相同，对冲击法误差不得超过设计深度的0.5m，复合地基孔间土的压实度不得小于93%。
4）冲击碾压冲碾后土层1m深度范围内的压实度大于93%控制。
5）水泥搅拌桩28天桩身无侧限抗压强度达到1.4MPa以上，90天桩身无侧限抗压强度达到2.0MPa以上。
总之，在公路路基施工过程中，必须要对湿陷性黄土的处理进行充分的关注，需要根据工程现场实践情况实施对应的措施，并且要关注对环境的保护，不能够危害环境，实施有效地此类额对湿陷性黄土开展有效地处理，才可以确保路基刚度、强度还有安全性都可以满足对应的需要，确保和提升路基的使用年限。
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【5】.湿陷性黄土地区建筑规范 GB50025-2004
论文作者:王胜利
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年5期
论文发表时间:2020/4/30