【精选】高含水率湿陷性黄土路基基底施工技术

【精选】高含水率湿陷性黄土路基基底施工技术西商高速公路LJ-5标工程位于陕西省中部，大部分地区基本地貌类型是河流阶地和黄土台塬，表层为黄土覆盖层，其厚度一般为30-200m，这类土中有众多孔隙，土的颗粒成分以粉粘土占大多数。

这类土一般呈黄色或者褐黄色，含有大量的碳酸盐和氯化物等可溶盐类，且能保持直立的天然边坡。

1 高含水率湿陷性黄土特征及其危害湿陷性黄土压缩性偏高，强度一般较低，在土体自重应力或者自重应力和外部附加应力共同作用下，受水侵浸后，强度会快速降低，当土体中残余的结构强度不足以抵抗土体中的结构应力时，上体结构迅速被破坏，并且发生明显的附加下沉。

黄土湿陷性的有无、强弱，常按某一给定压力下土体浸水后的湿陷系数δs值来衡量，而湿陷系数可以通过室内压缩试验，按下式确定：δs=（h0-hp）/h0式中：h0为土样原始高度；hp为土样在试验时加水浸湿，下沉稳定后的高度。

在黄土湿陷性表现中，黄土中的溶质浓度对崩溃影响也是很重要的，总之，黄土土骨架的崩溃现象是一种复杂的过程，它削弱了土结构的联结，破坏了土团聚体，从而使土的变形强度发生很大变化。

本标段路线原土层为典型的高含水率湿陷性黄土，它受水浸湿破坏又具有不确定性，这就严重影响着公路营运期的行车舒适和安全，降低了公路的使用品质和寿命。

2 高含水率湿陷性黄土地基处理措施湿陷性黄土危害问题经过很多国内外工程人员和学者研究，方法很多，总的来说可以分为两类：①穿越湿陷性土层的桩基础；②对地基土进行改良或者加固处理。

而目前的公路工程湿陷性黄土路基基底处理措施主要有垫层法、强夯法、灰土桩挤密法，深层搅拌桩法、振冲碎石桩法、冲击压实法等。

2.1 本标段路基工程基本情况本标段工程建设地形地貌由地低向高，且地下水位较高，路基基底黄土含水率高，局部可达达25%，蓝田立交区E匝道终点距灞河仅几十米，在清表施工中就已经严重冒水，湿陷性黄土厚度越靠近大里程越厚。

以上这些现场情况使得湿陷性黄土路基基底处理深度和强度很难达到设计及规范要求，因此必须寻找经济实用而且有效的路基基底处理措施。

2.2 基底处理方案按照设计方案和西商管理处的变更图纸要求，结合工程实际情况，本标段决定采用四种方法：强夯法，灰土垫层法，灰土桩挤密实法，冲击压实法。

针对高含水率湿陷性黄土，以上各种方法实施前，都需做好防水、排水工作，减少黄土层中的水分，可以明显降低土层湿陷性。

目前高速公路基底防排水措施主要采用复合土工布加隔水层，效果良好，工艺成熟，本文不做重点描述。

2.2.1 强夯法强夯法也称为动力固结法，通过重锤的自由落下，对土体进行强力夯实，它借助夯锤自由下落的强大冲击力和所产生的冲击波反复夯压地基土，将夯面以下一定深度内的土层夯压密实，它可以使深层土体产生冲切变形，从而达到动力密实的目的，可以消除较深层黄土的湿陷性及提高地基承载力。

本标段有约3公里路基采用强夯方案处理路基基底，加固速度快，效果好，投资省。

但是，这种方案施工时，因全线湿陷性黄土含水量差异较大，导致局部处理效果不佳，出现橡皮土情况；在施工期间受薛堡沟，樊家沟，魏家沟，白马河沟等较深沟壑影响，机械运输受极大制约；由于全线分部较多的临近村落，而强夯施工时产生的噪声和震感等，对工程进度和公司形象方面有较大负面影响。

受以上几点现场情况制约，强夯法不允许全部采用。

2.2.2 灰土垫层法将基底以下湿陷性土层全部挖出或者挖至预计的深度，然后以素土回填夯实。

它消除了垫层范围内的湿陷性，减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷，可以使地基的自重湿陷性表现不出来。

这种方法施工简易，工程质量、进度和经济效果显著，是一种常用的基底浅层处理或部分湿陷性处理方法，经这种方法处理的灰土垫层的路基地基承载力经过施工测量可达到300kpa且具有良好的均匀性。

本标段由薛堡沟大桥桥尾至魏家沟大桥桥头之间及齐王庙挖方段路基广泛采用，填补了附近村落密集，较深沟壑过多等强夯不易施工的缺点，施工后经测量极大地减少了地基的总湿陷量。

灰土垫层法在施工中，也有较大的弊端。

首先，做垫层的灰土是利用挖出的粘性土做土料，原土含水量平均高达22%，很难筛分出最佳含水量状态下的土，翻拌晾晒又较耽误工期且成本增大；其次，在施工中由于全线工程灰土用量较大，当地地材涨价，灰质量要求又较高，加之雨季来临，等待灰料进场和拌合中灰剂量掌握等因素影响工程质量和进度。

这几点使得灰土垫层法具有较大的限制性。

2.2.3 灰土桩挤密实法灰土桩挤密法是处理地下水位以上湿陷性黄土地基的一种方法。

它是利用打入钢套管，或者振动沉管或炸药炸扩等方法在土中形成桩孔，然后在孔中分层填入灰土并夯实而成。

在成孔和夯实过程中，原来处于桩孔部位的土全部挤入周围土层中，使距桩周一定距离内的天然土得到挤密，从而消除桩间土的湿陷性并提高承载力。

灰土挤密桩在含水量较高的湿陷性黄土地区应用比较广泛，具有施工简便，快捷，无振动，低噪音等特点。

本标段在五里头，白马河桥西等几处黄土层厚度超过7m的地段路基基底采用，且在全线大部分桥梁、通道、涵洞等台背采用，黄土地基基底承载力施工后检测均能达到设计要求。

然而这种方案在施工时，图纸下达后桩长度、间距等是没随意性的，由于个别路段黄土层较浅，下面卵石土又很难打入；全线结构物有30多处，台背施工中机械有限，来回调运机械困难，加之灰料紧张，很难快速展开，提高进度。

因而灰土桩处理方案也受到了制约。

2.2.4 冲击压实冲击式压路机在土石方压实作业中，突破了传统的碾压方式，当其一角立于地面，向前碾压时，产生巨大的冲击波，由于碾边顺序连续冲击地面，可以使得土体碾压均匀密实。

该机械以每小时9-12km/h的行驶速度碾压作业，即冲击碾压每秒钟冲击地面2次，相当于低频大振幅冲击压实土体，并周期性的冲击地面，产生强烈的冲击波向地下传播，其压实度可以随碾压变数递增。

压实机的高能量可对黄土作深层压实，从而降低土的渗透性，为分层碾压或填方材料提供坚实的基础。

结合综合排水措施，达到降低黄土湿陷性，最大限度的降低路基施工后的沉降，提高黄土路基路面的整体强度。

但这种措施处理深度较浅，仅适用于湿陷性黄土埋深小于1.0m地段，而本标段湿陷性黄土深度大都在4m以上，故适用性不强。

3 高含水率湿陷性黄土地基处理措施应用技术综合上述方案施工时要综合利用这几种高含水率湿陷性黄土路基基底处理措施，因时因地制宜，在设计和变更图纸的允许范围内，根据现场实际情况和工期要求、地材、天气气候等多种因素，综合考虑灵活机动选择方案。

我们决定主要采用强夯法，以灰土垫层法和灰土桩法辅助，个别湿陷性黄土埋深浅的地方，采取冲击压实法。

并对这几种处理措施在技术应用方面，做了较深入的研究：3.1 强夯法施工技术按照设计要求：■采用10t重的夯锤，夯距4m，落距根据设计夯能确定。

先采用单点强夯，点位采用梅花形布置，单点强夯6次，最后两击沉降量不超过5cm，点夯结构后采用满夯，经实际施工测量，沉降量均达到设计要求。

应用过程中，首先，应鉴定上报湿陷性黄土的类别、等级以及场地因素，因为强夯的夯击能量，夯点布置，夯击深度，夯击次数和遍数因场地而异，土的含水量、孔隙比以及夯击的单位面积夯击能对于湿陷性黄土的强夯有效加固深度起着重要的作用。

而设计单位不可能对每处点都进行参数设计，所以鉴定上报黄土土体情况，确定是否采用强夯施工方案是重要的；其次，由于强夯影响深度内土的含水量差异，会导致局部处理效果不佳，对于此种情况必须采取土的增湿或者减湿措施，以免出现橡皮土的情况。

如果出现这种情况，应立即停止夯击，当晾晒一定时间后，在夯击坑内加入碎石类的粗骨料，继续夯击；第三，强夯处理过的黄土地基在抗水性、动力特性与减震性能等方面不好，必须同时采取防水及排水措施，还要严格控制处理土层中的含水量，否则将发生工程事故；第四，施工中在控制关键工序上严把质量关，在根据设计划分的等级，严格把握落距、夯距、夯击次数等，并测量最后两遍沉降量，控制在5cm内，不合格的继续夯实；第五，强夯结束后，检测重点是判定他的有效加固深度是否达到设计要求，因为有效加固深度的第一标准应是消除湿陷性，也就是δs＜0.015作为判别指标，所以检测手段应采用探井取土而不扰动式样进行检测。

当这一指标达到要求，路基基底承载力要求也可以满足。

在强夯施工中，在安全和环保方面应着重注意一下几点：①由于强夯施工会带有大量的噪音和震感，所以施工时间尽量安排在不打扰附近居民休息的时候；②必要时观察附近结构物的布置及强度情况，发现有不良现象要及时联系有关部门采取补救措施，以免发生意外事故；③在现场操作方面，注意检查挂钩的强度，桅杆在断钩高度处的缓冲措施，以及驾驶员前挡玻璃的完好性，工人必须佩戴安全帽和必要的安全装备；④施工期间避免车辆或者人员经过，并且设置警示牌。

3.2 灰土垫层法施工技术灰土垫层应注意的问题，首先是地基土的含水量，对于含水量较大，或者曾局部基坑进水这，要采取相应的措施，例如晾晒等，严格控制灰土的最佳含水量，对接近最佳含水量时，宁小勿大，偏大时土体强度则明显下降，变形明显增大；其次，垫层处理的宽度要达到规范要求，使碾压设备能充分碾压到位；第三，要严格把握质量关，设计灰土垫层厚度为每层20cm，实际施工要把虚铺厚度把握在22-25cm内，并逐层检测压实度，达到设计及规范要求。

在环保方面要求较高，按设计要求，灰土需现场摊铺后用路拌机现场拌和灰土，所以尽量避免风大时施工，避免造成白灰飞扬，污染环境。

3.3 灰土桩挤密法施工技术施工前放线，要对宽度，中心线等经行检测并预留夯实的下沉余量，以便在成桩后拍打底夯预沉量；第二，待作业面检验后，可以定桩位及中心线，检查无误后流水作业，按单元划分大的施工段依次施工；第三，要保证桩的孔径大小和垂直度，并及时夯填灰土。

灰土挤密桩主要是通过三种作用加固地基：3.3.1 挤密作用，挤密桩是成孔过程中横向加密土层，施工成孔套管打入黄土层时，桩管周围地基土受水平挤压作用，从而管周围内的土在水平各个方向产生位移，减少孔隙率，增加密实度，部分或者全部消除湿陷性。

这就要求在打孔过程中桩径，桩长，桩距须满足设计要求，才能有效挤、均匀的挤密桩间土，使处理范围内的湿陷性黄土更好的修成一个整体，不留局部缺憾。

3.3.2 置换作用，在挤密桩成桩后，由于桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，在挤密桩与地基土的共同作用下，刚度较大的桩受到较大的附加应力，消除了持力层内大量的压缩变形和湿陷变形的不利因素。

在灰土桩施工中，原土层中的土体不需出渣，就是这个原理，在施工中按单元划分大的施工段依次施工，成片处理可以更好的起到置换加固的作用。

3.3.3 化学作用，在灰土桩钙化过程中，吸收周围土体的水分而膨胀，对周围土体产生进一步的挤密作用，在生石灰吸水生成氢氧化钙的过程中发热作用使得土体部分水份蒸发，加速土体的固结过程，因而提高了复核地基承载力。