【摘要】针对湿陷性黄土地区路基变形的主要形式，提出碎石挤密桩法、垫层法、桩基础法等湿陷性黄土地基处理方法，以及坡面防护与支挡防护两种路基防护措施，在工程施工中取得良好的效果，可供同类工程借鉴。
【Abstract】 According to the main deformation form of subgrade in collapsible loess area, some treatment methods were put forward such as gravel compaction pile method, cushion method and pile foundation method, as well as two base protection measures of slope protection and retaining protection. These treatment methods and protection measures have good effect in engineering construction, which can provide reference for similar projects.
【关键词】湿陷性黄土；公路路基；处理方法；防护措施
【Key words】collapsible loess; highway subgrade; treatment method; protection measure
中图分类号：U416.1 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)06-004３-03
0 引言
湿陷性黄土是一种主要的、分布较广的区域性土，广泛分布于中国西北、华北及东北部分地区，具有厚度大、湿陷和高压缩等特性，属于非饱和的欠压密型土。黄土的空隙比在1.0左右，甚至更大，其颗粒间的结构强度较大，故在天然干燥状态下可以承受一定的荷重，承载力高，变形量小；但遇水浸湿后，在自重或一定外荷载作用下，其结构骨架容易被破坏，发生沉陷，产生失稳变形，对公路的路基构筑物造成极大危害［1］。湿陷性黄土约占中国黄土总面积的60%，因此为保证湿陷性黄土地区建筑物的安全和正常使用，需对该地区进行相应的地基处理。本文针对湿陷性黄土地区公路路基的处理提出几种方法。
1 湿陷性黄土路基概述
1.1 黄土分布
黄土在世界各地分布很广，全世界黄土和黄土状土的总面积约1 300万km2，占陆地面积的9.3%。中国的黄土和黄土状土的分布面积为63万km2，占国土总面积的6.3%，黄土的堆积厚度为世界之最，其厚度中心位于洛河和泾河流域的中下游地区，最大厚度达180～200 m，并且湿陷性呈自东向西、自南向北递增的规律。
一般将不具层理的风成黄土称为原生黄土；原生黄土经过流水冲刷、搬迁，重新沉积而成的为次生黄土。工程界将原生黄土和次生黄土统称为黄土。黄土在一定压力（自重或自重和外压力）作用下，受水浸湿后土体结构遭到破坏而发生的显著下沉现象，称之为湿陷。具有湿陷性的黄土被称为湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。
1.2 路基变形
湿陷性黄土地区的路基变形主要表现为路堤下沉和黄土陷穴。其中黄土地基因湿陷而产生的施工后下沉，是路基较普遍的一种严重病害。它常在路基表面形成平面为椭圆或圆形的碟型湿陷坑，一般的湿陷坑黄土陷穴是黄土经过水的冲蚀和溶蚀形成的暗沟、暗洞和暗穴等的统称。随着暗穴的进一步发展，或因道路填土及车辆荷载的作用，陷穴塌陷，致使上部的道路遭受破坏。
1.3 路基防护
由岩土筑成的路基直接暴露于大气之中，长期受自然因素的影响，其物理、化学性质会发生变化。岩土浸水后湿度增大，强度降低；此外，在温差作用下，经受缩胀和干湿循环，强度衰减和剥蚀［2-3］。这些因素都加剧了路基的破坏，因此合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑，确保路基的强度与稳定、防护与加固。实践证明，在高等级公路建设中，路基的防护工程对保证公路的使用寿命、提高投资效益均有重要意义。
2 湿陷性黄土地基处理方法
2.1 碎石挤密桩法
碎石挤密桩的碎石要求质地坚硬、强度高、无风化；用2000级汽锤夯击，碎石桩的直径为40 cm，桩与桩的距离为1.0 m，桩深为10～13 m，每层夯击加料（碎石）50 cm。一星期后对碎石挤密桩地基进行承载力、湿密度、干密度及湿陷性系数的检测，一般要求将其降低到0.2～0.4。两星期后对以上指标再次进行检测，其各项指标应基本满足要求，黄土地基湿陷性基本消除，承载力满足设计要求。处理后路基的强度增大，起到整体受力作用。
碎石桩加固地基是由散体材料成桩的复合地基，其加固机理兼有置换与挤密以及排水固结作用。该方法目前被广泛应用于软土地基加固及消除土的液化，也被用于处理湿陷性黄土地基。
2.2 垫层法
在湿陷性黄土地基上设置土垫层是一种具有悠久历史的地基处理方法，也是目前采用最为普遍的地基处理方法。它通过消除基底下处理土层的湿陷性，来提高地基的承载能力，减少地基的压缩性。
土垫层有素土垫层、灰土垫层、砾石垫层，其中灰土垫层应用最为广泛，具有较高的承载力和良好的隔水性能；随着龄期的增加，其压缩模量和强度将会不断增大，隔水性和水稳定性也将会进一步加强，从而可为路基提供良好的持力层，并可减小路基下部浸水湿陷的概率。
2.3 桩基础法
湿陷性黄土地区采用桩基础的目的是将桩穿过湿陷性黄土层，支撑在其下坚实的非湿陷性土层中，以便确保上部结构荷载的安全传递。如果地基受水浸湿，就可以避免湿陷的危害。按施工方法，桩基础法可分为沉管、钻孔、人工成孔和爆扩4种。桩基础法主要用于桥梁的施工。
2.4 强夯法
强夯法通过采用底面直径2.3～2.8 m、质量10～20 t的重锤，以10～20 m的落距，对地基施加很大的冲击能，在地基土中产生冲击波和动应力，从而提高地基土的强度，降低土的压缩性，消除湿陷性黄土的湿陷等级。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少将来使用过程中可能出现的不均匀沉降［4］。
强夯法的基本原理是：在巨大的冲击作用下，土体中产生巨大的应力和冲击波，致使孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围一定深度范围内产生裂缝，形成良好的排气通道，土中的孔隙水（气）顺利排出，土体迅速固结，从而降低一定深度范围内土体的压缩性，提高地基的承载力。
由于湿陷性黄土一般都处于非饱和状态，土中基本不存在或只存在极少的自由水，因此在强夯过程中不存在孔隙水压力消散和排水固结的问题。通常可以在一个夯位上一次连续夯到所需的总击数，然后再移到下一个夯位上一次夯成，最后再降低落距，将基地夯平。
2.5 灰土挤密桩法
灰土挤密桩法是将石灰和土按一定的比例拌和均匀，并填入桩孔内分层夯实后形成的桩。这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性，由于石灰颗粒和土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期的增长，土体固化作用提高，使灰土的强度逐渐增大。在力学性能上，可挤密地基，提高地基承载力，消除湿陷性，减小沉降并使地基均匀。
现有灰土挤密桩沉管机的吨位一般为0.6～2.5 t，使用沉管的直径为0.3～0.6 m，处理深度一般为5～15 m。灰土填料中的土粒应选含蒙脱石、高岭石及伊利石等矿物成分较多的粘土，且一般不允许含有有机物。土料的pH值应小于7，且土的颗粒不得大于15 mm。石灰一般采用新鲜的消石灰（CaO），其颗粒不得大于5 mm。石灰和土的比例要准确，土的含水量偏大时要晾晒，含水量小时应洒水闷土2～4 h后与生石灰拌和，拌和均匀后进行成孔灌灰土，每次厚度应小于30 cm，夯击10～15次，往返重复直到灌满。灰土成型后，对基底进行推平、碾平，且经试验检测，灰土桩的桩体压实度应大于97%，桩间土的压实度大于93%，达到设计要求及处理目的。
2.6 冲击压实法
冲击压实法是利用多边形（三边形或五边形）非圆曲线轮廓压实轮滚动时对地表施以揉压、碾压及冲击的综合作用，使土体从上部至下部随着压力波的传递达到压实。冲击压实机在压实作业中突破了传统的碾压方式。当其一角立于地面向前碾压时，会产生巨大的冲击波，碾压边按顺序冲击地面，可使土体碾压均匀密实。该方法在湿陷性黄土地基处理和湿陷性黄土压实补强方面有着较好的经济效果。
2.7 采用土工格栅消除路基的不均匀沉降
对于黄土路基，有时虽然采用了各种措施来消除路基的沉降，但在路基填土和车辆荷载的长期作用下，基底土体会逐渐固结从而引起路基的整体下沉［5-7］。另外，路基填土也会因其中所含气体和自由水的缓慢溢出而固结。因此路基一般会在施工后逐渐沉降，这个过程一般会持续5～10年，甚至更长的时间。可在黄土冲沟填挖交线两侧各10 m的填挖结合槽底铺设一层高强度的土工格栅，以防止工后沉降。土工格栅是一种有网孔的纤维带状物，施工时将其拉展固定后，在网孔中填塞砂砾，通过砂砾与土工纤维的共同作用，形成一种整体性较好的柔性筏基。当地基有轻微变形时，土工格栅产生的纵横向应力可以有效地抵消变形，避免或延缓路基路面产生裂缝［8-9］。
3 路基防护
3.1 坡面防护
坡面防护的目的是防止地表水流冲刷、坡面岩土风化剥落，同时实现与环境相协调。一般高等级公路的边坡多采用种草防护，当边坡较高时，采用石框格种草防护。
石砌工防护较普遍，混凝土预制块护坡多用在路堤边坡，连片的及带窗孔的护面墙多用于路堑边坡。破裂或易风化破碎的岩石路堑边坡采用锚杆挂铁丝网、高强塑料网格喷浆或喷射混凝土以及喷射纤维混凝土防护［10］。但混凝土防护造价高，且易破损，因此，从保护环境角度出发，建议采用种植草皮防护，既能改善生态环境，又能美化景观［11］。
3.2 支挡防护
目前，挡土墙仍是支挡防护的主要方式。重力式挡土墙多用于墙高较低、地基较好的场合；钢筋混凝土结构的悬臂式、扶臂式及板柱挡土墙一般多用于公路路基防护。
4 结语
湿陷性黄土在中国分布比较广泛，有关资料表明文中所述的几种黄土地区地基处理方法目前已在工程中得到广泛的使用，并取得了良好的效果。随着科学技术的不断发展，对湿陷性黄土的处理方法也越来越多，例如灌砂法、灌浆法等，但无论采用哪种方法，要想达到预期目标都应严格遵守操作规程，并不断加以改进。
参考文献：
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［9］ 杨庆刚，黄晓明，柴建峰.土工格栅路堤加筋效果的影响因素分析［J］.工程地质学报，2006，14（1）：131-137.
［10］ GBJ 25—90，湿陷性黄土地区建筑规范［S］.
［11］ JTG D30—2004，公路路基设计规范［S］.
收稿日期：2011-10-12
［责任编辑：袁宝燕］
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