孙德荣

（辽宁省交通规划设计院 沈阳市 110166）

高速公路湿陷性黄土病害分析与对策研究

孙德荣

（辽宁省交通规划设计院 沈阳市 110166）

辽宁省内西部地区多湿陷性黄土，高速公路的黄土处理历来都是地基处理中的重中之重。从设计结合现场施工对湿陷性黄土的处理措施进行分析，为今后的设计提供参考。

湿陷性黄土；隔水垫层法；冲击碾压法；强夯法；灰土挤密桩法

有关高速公路的湿陷性黄土处理，一直以来都是公路设计人员比较关注的话题，处理措施是否得当将直接影响路基的质量与安全。本文以辽西北某高速公路为例，对湿陷性黄土处理进行分析。

本项目黄土状粉土的堆积厚度不大，一般2～10m，局部可达20m以上。根据湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004），查《中国湿陷性黄土工程地质分区图》确定该地区为湿陷性黄土Ⅶ3区。该区黄土状粉土主要为次生黄土，由粒径在0.005～0.075m的粉砂级颗粒组成，矿物成分包括石英、长石、云母等，富含碳酸钙。其主要物理力学性质为：土质疏松，垂直节理、裂隙较发育，大孔隙，具轻微～中等湿陷性，湿陷性黄土状粘性土具有大孔隙、垂直节理、湿陷系数变化大等特点。湿陷程度轻微～中等，对路基稳定性影响较大，地基及路基需作处理。

1 各种工法及措施介绍

常规情况下，湿陷性黄土地基的处理应结合地基湿陷等级、湿陷黄土厚度、路基填挖形式、填土高度等进行，浅层地基处理主要包括隔水垫层法及冲击碾压法，深层地基处理主要包括强夯法及灰土挤密桩法等。

（1）灰土垫层法：以灰土做成垫层的处理方法，根据换填厚度，可以消除基底以下1～3m湿陷性黄土的湿陷，具有因地制宜、就地取材和施工简便等特点。

（2）冲击碾压法：冲击碾压法是处理浅层湿陷性黄土地基的一种有效方法，它可以增加地基土的干密度（密实度），增加地基土的承载能力。经过施工验证，它能消除0.6～0.9m的黄土湿陷性，且经济、快捷。冲击碾压的处治效果与湿陷性黄土的性质及设备冲击能有关，具体地段施工的效果应采用与施工地段地质条件相仿的路段试验确定。在辽宁西部地区湿陷性黄土的条件下，25kJ三边形冲击碾压的两处试验段以12km/h冲击速度碾压的最优冲击遍数为40遍，冲击碾压的有效影响深度为0.90m，路基下沉量为0.107～0.234m之间，地基土的密实度值≥90.2%。

（3）强夯法：采用强夯法处治黄土湿陷性是一种有效方法，根据黄土条件、设备条件、施工经验，按照《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），满足强夯地基处理需达到最后两击沉降量小于5cm的要求，最小的单点夯击次数为8击。经过施工验证，它能消除4～6m的黄土湿陷性。见图2。

（4）灰土挤密桩：灰土挤密桩是利用锤击打入多振动沉管的方法在土中形成桩孔，然后在桩孔中分层填入素土或灰土等填充料，在成孔和夯实填料的过程中，原来处于桩孔部位的土全部被挤入周围土体，通过这一挤密过程，从而彻底改变土层的湿陷性质并提高其承载力。

采用灰土挤密桩可以有效消除黄土湿陷性，可处理5～15m厚的黄土，消除的效果与采用的设备和设计的桩间距有关。按成孔桩径0.4m，等边三角形布置，桩体材料为消石灰和土，桩间距0.9m可完全消除黄土湿陷性，桩间距为1.5m仅可部分消除黄土湿陷性。

（5）隔水墙：隔水墙主要起隔水作用，防止水渗入地基土层，引起地基湿陷，是湿陷性地基处理的一种很好的辅助方法。隔水墙设置在坡脚与边沟之间，开挖1m宽2m深基坑，之后采用铺设土工布后回填灰土夯实，起到隔水作用，避免地基浸水湿陷。为降低灰土的干缩裂缝及冻裂问题，应在灰土最佳含水量的情况下进行拌和及回填夯实。

以上各种处治方法的工程适宜性如表1。

结合以上湿陷性黄土的常规处理方式，本项目的处理原则如下：

(2)由于采用高能喷射矿化器代替搅拌叶轮矿化，具有强烈溶气析出，提高了矿化效率和选择性，并采用多种矿化方式，照顾了粗粒和细粒矿化的条件；

表1　

（1）综合考虑黄土分布的范围、厚度、物理力学性质、湿陷性类型和湿陷等级等因素，结合路基处理部位，采用冲击碾压、强夯、灰土桩等处理措施。

（2）黄土路基土石方计算时，考虑地基处理所增加的沉降土方。

（3）填方路堤的基底、挖方路基的路床部分进行隔水处理，防止路基水渗入基底黄土层，产生湿陷现象。路堤冲沟坡脚、临水界面等路段的路堤坡脚位置设置灰土隔水墙。

（4）加强排水设施，采取拦截、疏导、分散的处理原则，设置防冲刷、防渗漏和有利于水土保持的综合排水设施及防护工程。

（5）路基边沟、截水沟、急流槽等排水构筑物的基底设置灰土隔水层，进行隔水。

（6）位于冲沟沟头的路基，需要重点分析，评价其发展趋势及对路基的危害程度，并在设计中考虑冲沟对路基稳定性的影响。

2 填方路基处理

2.1地基部分

（1）路基基底为不湿陷的黄土地段，基底采用正常清表碾压，不进行其他处理。

（2）路基基底为Ⅰ级非自重性湿陷的黄土地段，路基基底清表后采用冲击碾碾压。桥头20m以内的路基、墙高大于6m米的挡土墙路基基底采用1000kN·m夯击能进行强夯处理。

（3）路基基底为Ⅱ级非自重性湿陷的黄土地段，一般路基基底清表后采用1000kNm夯击能进行强夯处理。桥头20m以内的路基、墙高大于6m的挡土墙路基基底采用采用表2处理措施。

表2　

（4）路基基底为Ⅱ级自重性湿陷的黄土地段，一般路基基底清表后采用1600kNm夯击能进行强夯处理。桥头20m以内的路基、墙高大于6m的挡土墙路基基底采用采用表3处理措施。

表3　

（5）地基处理范围：填方路基的处理范围为主线边沟外1.0m；挖方路基的处理范围为挖方边沟外1.0m；桥台及台后处理范围横向边沟外1.0m，台后纵向不小于20m或2倍桥台高（两者取大值），台前至锥坡范围，且不小于3.0m。

（6）路基冲击碾压、强夯、灰土桩等处理措施需要设置试验段，通过试验确定各种指标，为施工确定标准。

（7）选用强夯处理时应注意：强夯地基的黄土饱和度不应大于80%；强夯位置距离居民区不应小于150m；横路基向强夯范围至征地边界；当黄土饱和度大于80%或距离居民区小于150m时，应考虑采用灰土桩或其他方式处理。

（8）路基底设置的灰土桩桩径40cm，桩间距1.2m；桥台及台后设置的灰土桩桩径40cm，桩间距根据承载力及置换率要求采用1.0～1.2m。

2.2地表及坡脚部分

水是黄土段路基沉降与否的关键因素，如何阻隔路基渗水及路基坡脚外地面渗水是黄土段路基基底处理的关键技术问题。本项目采用在路基基底设置30cm厚的5%灰土隔水层，同时在临水侧填方路基坡脚、填方冲沟上游、填挖交界处填方一定路段的坡脚处设置80cm宽、150～300cm高的8%灰土隔水墙，同时在隔水墙外侧铺设防水土工布。

2.3路堤部分

本项目土方利用过程中优先利用非黄土填料，缺方路段有条件利用的黄土总量较少，因此考虑仅在下路堤部分（93区）填筑黄土。同时考虑黄土填筑路基有隔排水的风险，如隔水不彻底，路基内长时间积水，黄土路基容易软化，因此仍建议黄土填料进行掺灰处理，掺灰比例为3%。

3 挖方路基基底处理

黄土段挖方路基路床部分采用灰土进行回填，其中上路床回填8%灰土，下路床回填5%灰土。路床以下根据剩余黄土层厚度、湿陷等级分别采用换填、冲击碾压及强夯处理。具体要求如下：

（1）如剩余黄土层厚度不大于1.5m，则采用换填处理。

（2）如剩余黄土层厚度大于1.5m，且为Ⅰ级非自重性湿陷黄土，则采用冲击碾压处理。

（3）如剩余黄土层厚度大于1.5m，且为Ⅱ级非自重性湿陷黄土，则采用1000kN·m夯击能进行强夯处理。

4 桥头路基处理

（1）桥头路基基底处理详见填方地基处理。

（2）桥台台后考虑填筑40cm8%灰土垫层，垫层以上采用透水性材料。

5 跨越冲沟段路基处理

5.1冲沟壁处理

冲沟处的路基填筑从沟底向上分层施工，并采取一边填筑一边将沟壁挖成台阶，使之咬合；每级台阶宽度不小于2m（台阶平均坡度不大于1∶1，反坡4%）；每级台阶填筑完成后采用1000kN·m的夯击能对整个冲沟范围内进行强夯补压。如冲沟内设置构造物时，构造物台后6m范围内及构造物上方填土少于4m时，不允许采用强夯处理。

5.2冲沟底处理

本项目冲沟底面基本为Ⅱ级非自重性湿陷黄土或Ⅱ级自重性湿陷黄土，建议采用强夯或灰土桩进行处理，处理宽度为边沟外1m。两侧坡脚采用隔水墙进行隔水处理。

5.3设置构造物时的冲沟防护

冲沟内的路堤左右侧边坡采用35cm的浆砌片石护坡进行防护，防护高度为设计水位+50cm且不小于150cm。护坡的坡脚处设浆砌片石矩形基础，基础顶宽60cm，深度80cm，浆砌片石基础下设灰土隔水墙，片石基础+灰土隔水墙高度应根据黄土层厚度、地下水位高度及地基处理形式等因素确定，但不宜小于200cm。

一般情况下，冲沟内的路堤左右侧护坡道、边沟及边沟外100cm范围内采用浆砌片石进行封闭。如冲沟上、下游排水不畅、容易拥堵或地质条件较差时，上下游砌护范围应适当加大。

冲沟壁挖台阶后的坡面与路堤坡面之间形成的凌空面，必须进行工程防护，防护型式与冲沟内的路堤迎水面边坡防护相同。

［1］ 中华人民共和国交通部.JTG D30-2004公路路基设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 中华人民共和国交通部.JTG F10-2006公路路基施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］ 赵玉凡.浅谈辽宁省湿陷性黄土地区路基设计及施工［J］.北方交通，2009（12）.

［4］ 祁鹤，等.黄土地区的路基设计［J］.北方交通，2006（4）.

［5］ 李宝铭，王莹.朝阳至黑水高速公路黄土地区路基设计［J］.北方交通，2006（8）.

［6］ 吴伟平.阜朝高速公路湿陷性黄土地基处理［J］.北方交通，2008（4）.

［7］ 李淑艳.浅谈朝黑高速公路黄土路基设计［J］.北方交通，2011（6）.

［8］ 王桂虎，等.河北围场高速公路路基黄土的工程地质性质［J］.北方交通，2010（11）.

［9］ 刘冰，等.阜新至朝阳高速公路湿陷性黄土地基处理研究［J］.北方交通，2006（5）.

Highway Collapsible Loess Disease Analysis and Countermeasure Study

SUN De-rong

（Liaoning Provincial Transportation Planning and Design Institute，Shenyang 110166，China）

As majority areas in the west of Liaoning Province are collapsible loess，highway loess treatment has always been the top priority of foundation treatment.Combing with design and site construction collapsible loess treatment has been analyzed，providing reference for future design.

Collapsible loess；Water cushion method；Rolling cushion method；Dynamic compaction；Limesoil compaction pile method

U418.4

B

1673-6052（2016）01-0043-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.011