高速公路处理湿陷性黄土路基施工技术
摘要 本文通过对施工中湿陷性黄土地基处理的几种方法进行了阐述，详细的说明了换填灰土、强夯、灰土桩等技术在施工应用中的要点。
关键词 湿陷性黄土 路基处理 施工技术应用
我国黄土主要分布在西北地区的黄土高原，其次分布在华北平原和东北平原的南部，总面积达63万平方公里，其中湿陷性黄土占60%左右。
湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土，在自重压力或自重压力与附加压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著下沉的现象。它的这种特性，会对结构物带来不同程度的危害，使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜，严重影响其安全和使用。湿陷性黄土按其湿陷机理可分为高可溶盐的湿陷性黄土和高孔隙率的湿陷性黄土，由于湿陷性机理不同，因此对湿陷性黄土地基要有可靠的鉴定和正确的认识，并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。本文根据某高速公路湿陷性黄土地质条件特点，通过现场实际研究、总结确定合理的作业标准，以取得最佳的工程效果，为以后同类地质工程设计与施工提供借鉴。
一、黄土湿陷机理
湿陷性黄土按其湿陷机理可分为高可溶盐的湿陷性黄土和高孔隙率的湿陷性黄土，由于这两类湿陷性黄土的湿陷机理不同，因此对于湿陷性黄土地基有可靠的鉴定和正确的认识，并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。
湿陷性黄土除具备黄土的一般特征外，粒度成分以粉土颗粒为主，约占50%以上，具有肉眼可见的孔隙，它呈松散、多孔结构状态，孔隙比很大，天然剖面上具有垂直节理，含可溶盐（碳酸盐，硫酸盐类等）较多。垂直大孔性、松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力，是它发生湿陷的内部因素，而压力及水是外部条件。关于黄土湿陷程度的判断可以室内压缩实验为主，并以此提出工程上评价湿陷性的定量指标，湿陷系数8s为单位厚度土层由于浸水在规定压力作用下产生的湿陷量与浸水前单位土层在规定压力下变形稳定后厚度之比值，它定量的表示了土样所代表黄土层的湿陷程度，所以规范规定，在一
定压力作用下8s≥0.015时应定为湿陷性黄土，否则应定为非湿陷性黄土。另外，黄土的湿陷性与所受的压力大小有关，使黄土产生湿陷的临界压力称为湿陷起始压力Ps，不同的黄土其Ps不同。若Ps小于上覆土的饱和自重时，则该土层在上覆土层自重压力的作用下受水即刻发生湿陷，称为自重湿陷性黄土。如果土的Ps大于上覆土的饱和自重，则土层在上覆土的自重压力下，并不发生湿陷，称为非自重湿陷性黄土。
为正确反映湿陷性黄土地层的湿陷程度，并联系结构物和地基实际，合理的采用有效的处理措施，可用地基内各土层的湿陷系数，求得地基的计算湿陷量△s。
△s=∑8si．hi
式中：8si：地基内第1层湿陷性黄土的湿陷系数；hi:第1层湿陷性黄土的厚度(m)。 根据地基的计算湿陷量△s的大小判断地基的湿陷等级，当0.05<△s≤0.15时为I级；当0.15<△s≤0.35时为Ⅱ级，当△s>0.35时为Ⅲ级。△s只是湿陷性黄土地基的定性指标，它并不代表地基的真实湿陷量。
由于我国黄土上部土层的湿陷性比下部土层大，而地基上部受水湿陷的可能性又较大，因此在上式中地基的计算湿陷土层厚度一般定为基底算起至其下Sm为止。由于被地下水浸泡的那部分黄土一般不具有湿陷性当Sm内已见地下水，则算至年平均地下水位为止。在Sm深度内如有非湿陷性黄土层，则不将此土层的湿陷量累计在内。湿陷性黄土地基的湿陷等级越高浸水后可能产生的湿陷量越大，对结构物的危害也越大。
二、湿陷性黄土地基施工
湿陷性黄土地基应采取拦截、排除地表水的措施，防止地表水下渗，减少地基地层湿陷下沉。其地下排水构造物与地面排水沟渠必须采取防渗措施。除采用防止地表水下渗的措施外，根据湿陷性黄土工程特性和工程要求，因地制宜采取换填土、强夯法、挤密灰土桩法等措施对地基进行处理。
1．防止地表水下渗措施。地表水如对湿陷性黄土进行侵蚀，则会影响路基整体的稳定性，在施工中应做好各项目防水措施，及时排出地表水，以免对路基造成损害。一般对路基地表水主要有以下几种处理方法。(1)完善排水系统，及时排出地表水。路基两侧做好泄水
槽、截水沟、排水沟、急流槽等排水构造物，保证地表水能及时排出。(2)挖方段设置渗沟，防止地下水渗入路基。渗沟深60cm，采用3cm～6cm碎石，周围用渗水土工布包裹，同时在渗沟底面涂沥青，这样有效的排出地下水同时又防止水流渗入沟下地基中。(3)排水构造物做好防渗措施。对湿陷性黄土段的过水涵洞基础设计为钢筋混凝土整体式基础，基础下铺设2:8灰土隔水层，有效地防止了涵洞内水流的下渗。(4)排水系统做好防渗措施。排水沟等排水系统在底部铺设沥青土工布，并在土工布上设置15cm厚2:8灰土隔水层有效地防止沟内向路基渗水。
2．湿陷性黄土段路基处理方法的选择。
(1)填高小于1.5米及挖方段路面结构下80厘米换填灰土隔水层，换填前基底视湿陷程度进行处理，压实度不小于94%；灰土隔水层采用分层路拌法施工，外掺石灰，上层30厘米石灰剂量5%，下层50厘米剂量3%，石灰采用钙镁质Ⅲ级生石灰。 (2)基底处理。 ①I级非自重湿陷性黄土路段基底清表后进行冲击碾压处理。
②Ⅱ级非自重湿陷性黄土路段根据基底黄土层厚度，采取相应的处理方式如表1： ③自重性湿陷黄土地段，根据基底黄土层厚度，采取相应的处理方式，如表2。 ④Ⅱ级和Ⅱ级以上非自重湿陷性黄土路段基底处理后路堤底部铺设30厘米5%灰土垫层；基底强夯处理范围用地界范围；对饱和度大于80%或距离居民区小于150米路段采用灰土桩处理，处理范围为坡脚外2米。
3．灰土垫层施工工艺。(1)检查土料种类和质量以及石灰材料的质量是否符合标准的要求，采用生石灰可直接使用。(2)灰土拌和：灰土的配合比按设计要求进行掺配，拌和时必须均匀一致，至少拌和两次，拌和好的灰土颜色应一致；其中石灰采用钙、镁III级生石灰。(3)灰土施工时，应适当控制含水量。检验方法是：用手将灰土紧握成团，两指轻捏即碎为宜。(4)基底表面应清理干净。特别是槽边掉下的虚土，风吹入的树叶、木屑纸片、塑料袋等垃圾杂物。(5)分层铺灰土：控制灰土铺摊的厚度。(6)灰土回填每层夯（压）实后，应根据规范规定进行环刀取样，测出灰土的质量密度，达到设计要求时，才能进行铺摊。用贯入度仪检查灰土质量时，应先进行现场试验以确定贯入度的具体要求。(7)找平：灰土最上一
层完成后，应拉线或用靠尺检查标高和平整度，超高处及时找平，低洼处及时补料。 4.强夯路基施工。(1)强夯施工标准及原则：①单击夯能1000KN．m(按夯锤自重及落锤高度可根据现场需要调整夯击能)。夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：最后两击的平均夯沉量不大于25mm，当单击夯击能量较大时不大于50mm；夯坑周围地面不应发生过大的隆起；不因夯坑过深而发生起锤困难。②强夯的加固顺序是先深后浅，先加固深层土，再加固中层土，最后加固表层土，主夯、负夯、满夯的施工工序。
(2)强夯法施工工序。①在整平后的场地上标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程。②起重机就位，使夯锤对准夯点位置。③测量夯前锤顶高程。④将夯锤起吊到预定的高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，要及时将坑底整平。⑤重复上述步骤，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。⑥换夯点，重复上述步骤，直到完成第一遍全部夯点的夯机。⑦用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。⑧在规定的间隔时间后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
(3)强夯法施工要点。①夯点布置间距：夯点采用正方形布置，夯点间距4米，满夯时夯点彼此搭接1/4(对圆底夯锤，可按夯锤直径的1/4进行搭接)。②夯击遍数及单点夯击数。单点夯击的最后两击，夯沉量不大于5厘米，夯击遍数3遍。第一遍：主夯，按规定间距，正方形布置。第二遍：副夯：在各主夯点位穿插进行，仍按规定间距。第三遍：满夯：即采用夯点彼此搭接1/4连续夯击，满夯的目的是加固表层。③加固范围：加固宽度=路基底宽一2×5.5×n（n为边坡坡率）。④强夯控制：每一点夯的最后两击高程差小于Scm；同一夯点间距误差小于15cm；夯锤自由落体的高度6米以上；点夯夯击能量大于规定值；点夯的次数7次；点夯夯坑深度60cm以上；相邻夯点间距夯击偏差小于30cm；综合评定夯击质量合格，达到检测标准规定的误差范围。⑤待强夯满足要求后，其回填土工程数量按实际发生量统计，回填土按路基施工要求填筑。当将路基全宽范围内均进行了点夯和满夯后，将路基整理平整，自然沉降一个星期后填筑路基，填筑材料应该采用塑性指数在17~20左右的黏
性土，填筑过程中掺入5%以上的石灰，做低剂量石灰土，增加路基整体强度和稳定性，又防止路基渗水。
5．灰土桩。对于黄土湿陷等级为II级，路基基底设置灰土桩时，桩径40cm，桩间距根据承载力及置换率要求采用l.Om~1.5m，桥台台背桩间距采用1.3m，灰土桩处理后路基底面设置30CM厚的5%灰土垫层。具体布置如下图：
灰土桩桩体与土体积比2:8，压实度不小于0.97，桩间土平均压实度不小于0.93。 ①施工前应在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验，以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。
②成孔施工时，地基土宜接近最佳含水量，当含水量低于12%时，宜用水增湿至最佳含水量。