韦正茂

甘肃省公路建设管理集团有限公司 甘肃 兰州 730030

引言：

湿陷性黄土是一种比较常见的土壤，但由于其土质较均匀、孔隙发育、结构疏松的特性，当遇到水之后，并在一定压力作用下，土结构迅速破坏、强度迅速降低，就会产生较大下沉现象，且变形不可逆。公路工程建设如果地处湿陷性黄土覆盖的区域,黄土地基接触到水是不可避免的，雨水或者地下水都会对地基产生侵蚀，地基湿陷造成路基附加不均匀沉降的病害，进而导致路面不平影响公路运营性能和使用寿命。因此，在湿陷性黄土场地进行路基填筑时，应依据工程区位黄土湿陷性程度、厚度、受水浸湿可能性以及工程实体对不均匀沉降控制的严格程度，必须采取地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷造成路基工程病害。

一、工程特点

某高速公路项目地处陇东黄土高原亚区，地貌类型包括堆积侵蚀黄土塬边沟壑区、堆积侵蚀黄土塬塬面区以及流水侵蚀的河谷阶地区。项目区域内湿陷性黄土广泛分布，均为Ⅲ级以上自重湿陷性黄土（自重湿陷量：328.8≤ΔZS≤979.8mm；总湿陷性：648.5≤ΔZS≤1391.7mm），湿陷性等级高，且设计路基填料就地取材，因此地基处理方式多样且工程量大，以避免黄土湿陷危及路基稳定。设计地基处理方案为：一般填方路基中Ⅲ级以上自重湿陷性黄土地基处理采用强夯法；不受水位影响且的邻近对噪音、振动比较敏感区域的湿陷性黄土地基处理采用灰土和素土垫层法；桥头台背路基及结构物之间Ⅳ级自重湿陷性场地内短路基地基处理采用灰土挤密桩法。

二、湿陷性黄土路基地基处理施工措施

（一）采用强夯法施工

强夯法又被称为“动力固结法”，就是通过大重量夯锤自由落下产生的强大冲击能量作用对地基的土体压实处理的施工方法。湿陷性黄土地基经夯实后，土体密度增大，强度提高，压缩性和透水性降低，在一定深度范围内消除湿陷性并提高承载力。如果黄土为非饱和土，采用这种方法可以获得良好的加固效果。强夯施工设备操作简单，工艺原理比较直观，应用非常广泛。采用强夯法加固施工，地基处理速度快，成本低，加固效果明显。

在本项目应用中，湿陷性黄土路基地基强夯法处理施工中采取以下措施：

其一，在公路工程湿陷性黄土地基强夯处理的设计阶段，通过调查、勘探和试验准确判断黄土类别、湿陷性等级及处理深度，并对施工场地周边居民区等敏感点的各项因素充分考虑，确定设计参数。本项目强夯设计加固范围为路堤坡脚再加每侧2m范围，加固深度为消除地面下5m以内黄土湿陷性，夯击点布置采用正方形插档排列，夯点间距3.6m。加固土体的厚度与夯击能的关系需经过试夯验证确定，设计单点夯击能在100～200t·m之间控制，最后两击夯沉量和值应小于10cm，最后两击夯沉量差值应小于5cm。夯击遍数三遍，依次分别为点夯、插夯和低能量满夯各一遍，每完成一遍全部夯点夯击后，对场地进行平整并实施下一遍夯击，满夯夯印互相搭接1/4。

其二，地基土强夯施工时的，土体含水率控制在最佳含水率±2%范围之内，超出范围无法保证强夯处理效果。现场简易测定土体含水量方法是：用手捏紧土体易变形但不挤出，松手后土体不松散，抛在地上呈现碎裂状态即为合适。如表层含水量过大，可采取翻晒、换土以及撒碎砖、干土、砂石或生石灰粉等措施，以避免产生翻浆、橡皮土问题。如土体含水量过小，应在地基处理场地适当洒水增湿，待水分全部渗入土体24h后方可开始强夯施工。

其三，大面积开始强夯施工前，应依据设计处理深度选取不同强夯能量进行试夯总结，确定强夯参数后指导规模化施工。试夯场地占地面积约200m2且地质条件具有代表性，在试夯前采集地面下5m以内原状土样进行原位检测并取得相关土性数据。按照初步拟定施工参数进行强夯试夯作业，每次夯击完成后进行地面变形测试，及时量测夯击坑及其周围土体沉降量、隆起量、挤出量。通过试夯测量数据绘制强夯击数与夯沉量的关系曲线，以夯击后土体的竖向压缩最大而且侧向位移最小为原则确定具体夯击次数，必须同时满足设计夯沉量指标、夯击坑周围地面无过大隆起变形以及不因夯坑过深而起锤困难等三个条件。在最后低能量满夯完成7天以后，采集地面下5m以内土样进行原位检测和土工试验，并与试夯前土性数据比对分析，以消除处理深度范围内的黄土湿陷性为准。

其四，各夯击遍数之间的间隔时间可通过试夯确定，土体中超静孔隙水压力消散时间为关键因素，渗透性较差的粘性土地基间隔时间宜大于3周，渗透性较好的粉性土地基可连续夯击。通过试夯验证并确定强夯夯锤重量、锤头大小、夯锤落距等参数选取施工设备。需注意事项包括：夯锤应设置一定数量上下贯通的排气孔，以减少或消除夯锤下落中的空气阻力，保证夯锤下落冲击能量能完整传递给地基，同时减少夯锤起吊时的土体吸力；起重机械应配备自动脱钩器，起重能力大于夯锤重量的1.5倍，提锤高度明确标识便于旁站监督。

（二）采用灰土和素土垫层法施工

不受水位影响且的邻近对噪音、振动比较敏感区域的湿陷性黄土地基路段，一般采用灰土和素土垫层处理。如果路基基底以下存在浅层湿陷性黄土，尽可能将这部分黄土全部挖除，如果湿陷性黄土层非常厚，也要开挖一定深度并对基底采取冲击碾压或施工灰土隔水墙后填入灰土或者素土。通常垫层的厚度介于1米至3米之间，在填土施工中采用分层回填的方法，每一层经过充分压实并达到设计压实度后才能填上一层。采用该处理方法可以有效地解决垫层范围内的湿陷性问题，当地基被施加压力之后不会产生自重湿陷的现象，工艺操作简单且可以获得良好的效果。采用灰土和素土垫层法进行地基施工，地基的承载力会有较大增加且均匀性良好。采用灰土垫层的地基承载力可超过300kpa，采用素土垫层的地基承载力可超过200kpa。

在本项目应用中，湿陷性黄土路基地基灰土和素土垫层法处理施工中采取以下措施：

其一，由于地基处理垫层开挖后基槽低于原地面，为减少降雨对施工的干扰和影响，地基垫层处理段落应分段全幅开挖，并避免单次开挖区段过长造成施工周期过长。基槽顶口周边应结合实际地形完善临时排水设施，同时填筑施工中应严格控制平整度和纵横坡，碾压后不得有坑洼现象，横坡宜设置4%左右，纵坡应与路线纵坡相符并在区段下游端设置临时集水蒸发池，待区段内垫层施工完成后进行回填处理。垫层施工中，应将下区段开挖土方调运至上一区段回填施工，避免土方二次倒运，降低工程施工成本。

其二，垫层基底要做到地基土的含水量宁小勿大，如果含水量过大将造成地基强度下降，导致地基不均匀沉降变形，影响其承载力。垫层处理反开挖土方需尽快运送到垫层铺筑利用现场，以减少运输过程造成的水分损失。上土前进行土体的含水量检测，考虑填料含水量在整平摊铺过程中的水分损失，实际上料含水量按照最佳含水量+1%控制。当土料的天然含水量过大时进行翻挖晾晒处理。当土料的天然含水量过小时进行注水焖土处理，需注意的是应在取土区段内进行焖土作业并确保土料均匀湿润。

其三，应横向全断面均匀摊铺垫层填料，不得出现纵向施工接缝，不宜半幅施工。各区段交接处应交错重叠压实并采用高速液压夯实机补强，纵向搭接长度≥2.0m，预留台阶分层垂直切齐。根据首件工程确定的松铺系数换算每车填料的摊铺压实面积，确定堆放密度，用白灰画方格网控制自卸车倒土密度，同时插杆挂线方式标示松铺厚度，分层填筑压实厚度按照20～25cm控制。混合料摊铺使用推土机先粗平，平地机后精平，灰土垫层另采用灰土撒布机布灰、路拌机翻拌，压路机梯队作业压实施工。根据黄土施工特性，压路机宜选用重型振动羊足碾保证压实效果并提高施工效率，压实顺序按先两侧后中间，先静压后弱振、再强振的操作程序进行碾压，压路机轮迹沿线路纵向重叠≥40cm。

其四，当填料摊铺整平并接近最佳含水率时，用重型振动压路机在基底全宽范围内碾压至要求压实度，在碾压过程中垫层表面应始终保持湿润状态，严禁出现“弹簧”、松散、起皮等现象，压实后表面无明显的轮迹。在分层碾压施工中要施工质量要严格控制，每一层碾压完毕均进行试验检测，检测合格之后方可进行上一层填筑施工。

（三）采用灰土挤密桩法施工

未经处理的湿陷性黄土地基土孔隙率大、压缩性高、承载力低、湿陷性高，通过一定深度灰土挤密桩对地基加固处理后，桩体周围土密度增加、孔隙率减少、压缩性降低、承载力提高、抗剪强度增大、湿陷性降低或消失。经挤密处理后地基防水隔水性能明显增强，使地基土成为不透水或弱透水层，下承层中未处理土层不会自上向下浸水，这对湿陷性黄土尤其重要。同时通过桩孔内灰土拌合料的夯填，并设置上覆灰土垫层，使挤密后复合地基承载力得到进一步加强。灰土挤密桩可就地取材，应用当地廉价材料，成孔及成桩机具简单，施工方便，工艺成熟工效较高。

在本项目应用中，湿陷性黄土路基地基灰土挤密桩法处理施工中采取以下措施：

其一，灰土挤密桩直径依据工程数量、成孔成桩方法、挤密效果、施工机具和经济性等因素确定，设计选用桩孔直径400mm；桩长依据地基土质情况、桩处理深度、工程需求和成孔成桩机具等因素确定，一般设计8～15m；桩孔按等边三角形交错布置，设计桩间距为1m。灰土挤密桩桩体采用2：8石灰土（消石灰与土的体积配合比），平均压实系数≥0.97。桩顶标高以上设置40cm厚的2：8石灰土垫层，其压实系数≥0.96。石灰材料选用Ⅱ级以上新鲜消石灰，有效钙镁含量≥60%，粒径≤5mm，土料中有机质含量≤5%。灰土拌合用土料要在使用前一天洒水焖料，含水量需略大于最佳含水量，灰土拌合后的混合料含水量控制在最佳含水量±2%，混合料按需进行制备，不得隔日使用。

其二，为保证灰土挤密桩施工实现对地基土体的二次挤密作用，成孔设备选用振动沉管式打桩机，采用Φ40cm钻头，钢管壁厚为2.2cm,钢管长为18m，并在管身标记成孔深度刻线便于控制。成孔施工时进行孔位间隔跳打，防止相邻孔之间相互挤压、振动造成缩孔或塌孔问题。打入钢管下沉至设计标高后拔管成孔，遇到土体软弱位置拔管速度放慢，成孔孔位偏差≤5cm，垂直度≤1.5%，直径±50mm。夯填设备采用微电脑控制的偏心轮夹杆式夯实机，实现回填灰土数量及回填间隔期夯击次数准确控制，避免人为操作造成单次回填灰土厚度超标、夯击次数不足等问题。夯锤用铸钢制成，呈梨形，最大部分的直径较桩孔直径小10～15 cm，以便填料顺利通过夯锤四周落入孔底，夯实机的夹杆与夯锤总重约200kg，夯击时提锤高度为1m，夯击速率为55击/每分钟。为避免降低灰土挤密桩承载力，回填夯实应保证连续施工，单个桩孔一次性连续分层回填夯实至顶面标高，不得中途间隔停顿或隔日施工。

其三，大面积施工前通过在线外选取同地质空白场地进行首件工程试桩，对机具设备组合、施工参数进行优选和确定，同时验证设计桩间距、桩径等参数，通过复合地基承载力检测，并分层开挖系统检测桩体密实度、桩间土密实度、桩间土湿陷性消除情况验证地基处治效果。通过首件工程总结，在处治区域内由外层向内层逐层挤密施工，确定桩孔填料前先夯击10击进行孔底夯实，单次夯填厚度20cm，每回填一层夯击10击；通过沉管成孔与夯填成桩用时比对，每台振动沉管式打桩机需配备4台偏心轮夹杆式夯实机施工。通过试验检测验证，压实度、复合地基承载力均满足设计要求，处理深度范围内除桩顶标高1m范围内局部湿陷性未消除外，其余地基土湿陷性均已消除。分析原因为桩顶覆盖土层厚度有限，在挤密施工中上层土体约束荷载不足造成，因此后续施工中桩顶设计标高以上的预留覆盖土层厚度不小于1.0m，施工灰土垫层前将覆盖层予以挖除，并对桩间土顶面进行高速液压夯实补强，液压夯实施工应避免破坏已成型灰土桩。

结束语：

综上所述，由于湿陷性黄土的性质比较特殊，遇水后很容易对公路路基工程造成较为严重的质量病害，本文结合项目强夯、灰土和素土垫层、灰土挤密桩实际施工应用总结，研究公路工程湿陷性黄土路基地基处理施工的相关问题,提出并探讨解决措施，以期同类项目借鉴改进，保证路基工程施工质量，延长公路的使用寿命，并且降低工程施工成本。