宋曉慧 張 健 孫軍偉 馬少帥 劉倩倩

（山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

我國濕陷性黃土分布范圍較廣，大約占我國黃土面積4.9%，主要集中在陜北、晉西、河南、隴東、冀北等地區(qū)[1]。山西省內(nèi)黃土分布面積較廣，黃土面積高達(dá)3.5km2，占山西省全省面積的22.4%[2]，而山西的濕陷性黃土面積占比較大且分布不均勻，嚴(yán)重影響城市的建設(shè)和發(fā)展。

濕陷性黃土與一般的黃土不同，它是一種非飽和、大孔徑、壓縮性小、強(qiáng)度較高，但是遇水浸濕時(shí)強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)明顯降低的黃土,具有在一定的自重或壓力作用下遇水變形的特征[3]。因此在濕陷性黃土地區(qū)修建市政道路時(shí)，為防止?jié)裣菪渣S土地基遇水變形，必須進(jìn)行地基處理，盡可能消除土體的濕陷性，滿足地基承載力要求。因地基濕陷性厚度及嚴(yán)重程度分布不均，地基處理方法也隨之不同。本文以山西省晉中市榆次區(qū)龍城大道道路工程為例，闡述不同地段濕陷性黃土地基的處理方法。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于山西省晉中市榆次區(qū)北部，該地區(qū)地勢(shì)西低東高。擬建項(xiàng)目屬于市政道路工程，包括道路工程、排水工程、強(qiáng)電工程、交通工程、綠化工程、綠水工程及照明工程等，道路全長8km，紅線寬度60m，綠線寬度90m。

1.2 場(chǎng)地巖土特征

根據(jù)野外鉆探揭露的地層情況可知：本次勘察深度范圍的巖土層主要由第四系全新統(tǒng)沉積的粉土、濕陷性粉土和砂類土等構(gòu)成，具體巖土分層情況如下：

①層，素填土(Q4ml)：雜色；主要為耕植土，含磚屑、煤屑、灰渣、植物根和少量生活垃圾等；稍濕，結(jié)構(gòu)松散。該層土體層厚介于0.40~0.60m之間，層底埋深介于0.40~0.60m之間。

②1層，中粗砂(Q4al+pl)：黃褐色；松散；含石英、長石、云母等，混有粉土；顆粒級(jí)配較差，磨圓度較差；該層實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入度錘擊數(shù)平均值為8.0擊，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)修正錘擊數(shù)平均值為7.7擊。該層土體揭露厚度介于0.7~1.6m之間，層底埋深介于1.3~1.9m之間。

②層，濕陷性粉土(Q4al+pl)：褐黃色；稍濕，稍密；含云母、氧化物。該層土體層底埋深介于0.30~3.30m之間。

③層，粉土(Q4al+pl)：褐黃色；稍濕，稍密；含云母、氧化物、蟲孔等，土質(zhì)不純，含有砂粒；干強(qiáng)度低，韌性低；該層土的天然合水量平均值16.2%；天然孔隙比平均值0.797，濕陷性系數(shù)平均值為0.010，壓縮系數(shù)平均值為0.244MPa。該層土體層底埋深介于7.50~9.20m之間。

1.3 場(chǎng)地黃土濕陷性等級(jí)

非自重濕陷性黃土是指黃土浸水后在飽和自重壓力下不發(fā)生濕陷，只有在附加一定壓力后浸水才發(fā)生濕陷的濕陷性黃土。

自重濕陷性黃土指在地基沒有任何荷載的情況下，受水浸濕后，在土體自身自重的情況下，土體會(huì)發(fā)生顯著的下沉現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為自重濕陷性黃土。

擬建場(chǎng)地地基濕陷性情況按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定要求，分為兩種情況，太榆路邊界K2+500-K8+700為非自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅰ級(jí)，K8+700-K9+940為自重濕陷性場(chǎng)地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

2 濕陷性黃土地基處理方法

擬建道路工程跨度較長，沿線黃土地基濕陷性等級(jí)不同，采用的處理方法也不相同。其中，K2+500-K8+700段為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅰ級(jí)，主要采用換填法。K8+700-K9+940為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，其中，K8+700-K8+960為普通自重濕陷性黃土場(chǎng)地，主要采用換填法；K8+960-K9+910為超高填方自重濕陷性黃土場(chǎng)地,填方高度達(dá)20多米，主要采用灰土樁擠密法；K9+910-K9+940為較高填方自重濕陷性黃土場(chǎng)地,主要采用預(yù)浸水法+強(qiáng)夯法。

2.1 非自重濕陷性場(chǎng)地地基處理

2.1.1 地基處理方法選取

本擬建工程K2+500-K8+700段為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅰ級(jí)。本工程涉及排水管道施工，地基的不均勻沉降將會(huì)對(duì)管道工程質(zhì)量存在嚴(yán)重影響。因此進(jìn)行排水管道工程施工前，應(yīng)對(duì)排水管道溝槽進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，驗(yàn)證其是否滿足承載力要求。通過對(duì)溝槽底部進(jìn)行試驗(yàn)可知：地基承載力實(shí)際僅為60kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的120kPa?？紤]到本施工段屬于非自重濕陷性場(chǎng)地，且溝槽底部土質(zhì)強(qiáng)度較低，因此本施工段采用換填法進(jìn)行地基處理，本方法相對(duì)于其他方法來說，投入成本較小，施工便利。

換填法是采取土質(zhì)強(qiáng)度較大、密度較高且水穩(wěn)性能較好的材料將原有的強(qiáng)度較低、密度較小、孔隙較大、松散的土層全部置換，再進(jìn)行分層回填及振動(dòng)碾壓，使其達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度，確保地基承載力滿足要求[4]。

2.1.2 換填法技術(shù)要點(diǎn)

采用換填法的技術(shù)要點(diǎn)是在施工過程選好換填材料，以及采取合適的壓實(shí)機(jī)械，并且在施工前進(jìn)行試驗(yàn)段施工，確定好壓實(shí)遍數(shù)、含水率、鋪土厚度等參數(shù)，以便為后續(xù)的施工提供一個(gè)良好參照。

2.1.3 換填法施工要點(diǎn)

本施工段地基處理方法是將原有溝槽原狀土人工挖除30cm，后采用三七灰土進(jìn)行換填，采用振動(dòng)壓路機(jī)+平板夯+振動(dòng)夯壓實(shí)。為保證溝槽回填后盡可能減少地面不均勻沉降以及路基受水浸濕時(shí)沉降，采用三七灰土回填至管道頂面50cm，為保證施工質(zhì)量，管溝兩側(cè)回填時(shí)采用分層回填，分層壓實(shí)的施工工藝，每層回填厚度控制在15cm左右，確保達(dá)到設(shè)計(jì)的壓實(shí)效果。

2.2 普通自重濕陷性場(chǎng)地地基處理

2.2.1 地基處理方法選取

本線路K8+700-K8+960為普通自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷性等級(jí)為Ⅱ級(jí)。因擬建場(chǎng)地路基寬度為60m寬，處理面積較大，為減少施工成本投入，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，降低施工難度，采用三七灰土換填的施工方法來降低地基受雨水浸濕所產(chǎn)生的下沉現(xiàn)象，同時(shí)增加路基承載力。

2.2.2 換填法施工過程

本路段三七灰土換填的具體施工做法為：（1）填方路段回填至路床標(biāo)高，路床下全斷面換填80cm厚三七灰土隔水層，為保證壓實(shí)效果，每次回填厚度不得超過30cm，采用沖擊碾或重錘夯實(shí)等壓實(shí)。（2）挖方段挖至設(shè)計(jì)路床標(biāo)高后，換填80cm厚的三七灰土，每層換填厚度不超30cm，采用沖擊碾或重錘夯實(shí)等壓實(shí)。

2.3 超高填方段自重濕陷性場(chǎng)地地基處理

2.3.1 地基處理方法選取

本線路K8+960-K9+910為超高填方段，填方高度達(dá)20多米，考慮到原狀土為自重濕陷性黃土且填方高度過大，對(duì)于原狀地基承載力要求較高，因此該填方段原狀地基處理采用灰土樁擠密的方法來處理地基，以便能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

灰土樁擠密是利用沉管、沖擊或者爆擴(kuò)等方法形成樁孔，在形成樁孔的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，使樁間土密實(shí)，然后采用灰土將樁孔分層回填[5]，利用孔內(nèi)經(jīng)夯實(shí)后的灰土遇水分解、吸水膨脹、固結(jié)后使灰土樁與原有地基形成復(fù)合行地基，從而提高地基承載力。

2.3.2 灰土樁擠密技術(shù)要點(diǎn)

采用灰土樁擠密法的技術(shù)要點(diǎn)首先是確定樁位，選擇合理的樁位布設(shè)；樁位布設(shè)好后選擇合適土料，土料宜采用粉質(zhì)黏土，不得含有凍土或膨脹土以及生活垃圾，有機(jī)質(zhì)含量不得超過5%，取土要求顆粒大小、含水量、密實(shí)度、承載比（CBR）試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足施工；隨后采用夯實(shí)機(jī)械（偏心夾桿式夯實(shí)機(jī)）填夯，填夯施工前應(yīng)先進(jìn)行填夯工藝試驗(yàn)，以確定合理的分次填料量及夯擊次數(shù)，在施工過程中注意清除孔內(nèi)的雜物或積水，開始填料前先將孔底夯實(shí)，次數(shù)不少于8擊，然后開始分層夯實(shí)灰土。

2.3.3 灰土樁擠密法施工過程

本路段灰土樁擠密具體施工方法為：采用間距為1m，深度為9m，成正方形布設(shè)，回填材料采用三七灰土?；彝翗稊D密樁法較灰土換填法成本高，施工難度大，但是在施工過程中可以實(shí)現(xiàn)深層加固，能達(dá)到良好的深層擠密效果。此方法一般用于處理濕陷性黃土厚度較深的土層。

2.4 較高填方段濕陷性場(chǎng)地地基處理

2.4.1 地基處理方法選取

本線路K9+910-K9+940段為較高填方路段，深度較大，約為8m。對(duì)于較高填方路堤來說，施工完成后道路仍會(huì)受降水影響而造成各種問題，許多人對(duì)壓實(shí)后的黃土濕陷性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)后的黃土濕陷性仍然存在。為了盡可能的消除較高填方路堤壓實(shí)黃土的濕陷性，最大程度上消除回填土不均勻沉降及濕陷性，避免工后沉降，本工程采用預(yù)浸水法+強(qiáng)夯法消除黃土的濕陷性。

2.4.2預(yù)浸水法施工特點(diǎn)

濕陷性黃土地基預(yù)浸水法是利用黃土浸水后產(chǎn)生自重濕陷的特性，在較高填方開始回填前，進(jìn)行大面積的浸水，使土體預(yù)先產(chǎn)生自重濕陷，從而達(dá)到消除黃土土層的自重濕陷性[6]。地基受水浸濕后，在一定程度上能夠消除其自身的濕陷性，但隨著深度的增加，其消除濕陷性的作用越來越小，李輝山等研究表明浸水施工基本可以消除10m范圍內(nèi)黃土的濕陷性，超出該范圍，其效果越來越小。預(yù)浸水法能很大程度消除黃土濕陷性，但在這個(gè)過程中，會(huì)對(duì)該范圍內(nèi)土層的壓縮性產(chǎn)生一定影響，會(huì)大大增加土層的壓縮性，造成短期內(nèi)土層地基承載力下降，因此在使用預(yù)浸水法的同時(shí)，還需配合其他方法處理基地承載問題。本工程采用強(qiáng)夯法配合預(yù)浸水法。

2.4.3 強(qiáng)夯法技術(shù)要點(diǎn)

強(qiáng)夯法是將具有一定自重的夯擊錘提高一定的高度，利用自重及高差對(duì)地基進(jìn)行沖擊和振動(dòng)，達(dá)到改善土的密實(shí)性、改變液化條件、增大壓實(shí)度、消除黃土的濕陷性等目的的一種方法[7]。采用強(qiáng)夯法的技術(shù)要點(diǎn)是要確定夯擊點(diǎn)位、夯擊能、夯擊高度等，確保夯擊完后能夠達(dá)到滿面夯實(shí)的效果，避免漏夯或者錯(cuò)夯而達(dá)不到全面夯實(shí)的效果。

2.4.4 強(qiáng)夯法施工過程

本次強(qiáng)夯法具體施工方法為：按照道路設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)范圍內(nèi)路基清表30cm，然后進(jìn)行路基填筑，分層填筑，分層碾壓，每層填筑厚度不超過30cm，填筑2m后進(jìn)行第一次強(qiáng)夯，然后每隔4m形成一個(gè)工作面，采用強(qiáng)夯法進(jìn)行路基處理。強(qiáng)夯法的具體參數(shù)如下：夯錘選用圓柱體，夯擊能為3000kN·m，夯點(diǎn)間距為5m，正方形布設(shè)，夯錘重量為2000kN,落距為15m。夯擊遍數(shù)為3遍，先跳夯兩遍，再滿夯一遍，第二遍夯擊點(diǎn)位于第一遍夯擊點(diǎn)之間，第三遍滿夯時(shí)要求錘印搭接，以便保證強(qiáng)夯效果。強(qiáng)夯法在一定范圍內(nèi)能夠增加地基的強(qiáng)度，減小土體的孔隙率。

3 濕陷性黃土地基處理方法討論

擬建工程采用換填法、灰土樁擠密法、預(yù)浸水法+強(qiáng)夯法三種方法來處理濕陷性黃土場(chǎng)地，方法簡(jiǎn)單，所需材料亦可就地取材，成本投入較小，技術(shù)可靠，且工期較短，能夠有效的消除黃土的濕陷性。

換填法適用于淺層地基處理，例如換填淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、溝槽基礎(chǔ)等；灰土擠密樁法適用于處理較深的土層，如濕陷性黃土、垃圾土、雜填土等深度較大土層；強(qiáng)夯法一般適用于填方高度較大，施工后工后沉降較大的填方段落，強(qiáng)夯法配合預(yù)浸水法不僅能夠有效的消除土層的濕陷性，同時(shí)能夠增強(qiáng)土層的地基承載力，最大限度的減少了填方段的工后沉降，避免道路塌陷。

除上述所描述的三種方法外，處理濕陷性黃土的方法還有很多，如化學(xué)加固法、單液硅化法[8]等。很多專家學(xué)者對(duì)地基的處理方式進(jìn)行了很多的研究，不同地質(zhì)情況、不同物理力學(xué)指標(biāo)的土層所使用的處理方式一般不相同，因此在處理濕陷性黃土前，應(yīng)根據(jù)其工程地質(zhì)特征、施工現(xiàn)場(chǎng)條件、施工單位技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)條件等因素，綜合考量并確定處理方法。

4 結(jié)束語

市政工程建設(shè)過程中要想最大程度消除黃土地基的濕陷性，僅重視處理方法和施工技術(shù)是不夠的，還需要重視人員、機(jī)械、成本的投入。由于目前各地區(qū)市政道路工程一般要求當(dāng)年開工、當(dāng)年完工，緊迫的工期使得大部分施工單位只注重工程進(jìn)度而忽略施工質(zhì)量，容易出現(xiàn)完工后地下管溝沉降、道路塌陷等質(zhì)量問題。為避免出現(xiàn)地基沉降等問題，要求現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)人員具備一定的專業(yè)水平，同時(shí)還需具有很強(qiáng)的責(zé)任心，參建各方積極配合，才能最大程度保證濕陷性黃土地基施工的質(zhì)量。