黄土路基

黄土地区路基
1.黄土地区路基工程的特点
黄土是指第四世纪以来在干旱和半干旱地区沉积的，以粉粒为主，富含钙质的粘性土，呈棕黄色、灰黄或黄褐色。

黄土覆盖世界大陆面积的12%左右，分布于温带沙漠外缘的半干旱地区、中纬度森林、荒漠草原地带，呈现断续分布。

中国黄土的分布面积，比世界上任何一个国家都大，而且黄土地形在中国发育得最为完善，规模也最为宏大。

中国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原；华北的黄土平原也是世界上规模最大的黄土平原。

中国黄土总面积达63．1万平方公里，占全国土地面积的6%。

黄土的工程特性：
①、黄土的孔隙比一般为0.7~1.1，具有肉眼可见的大孔隙，并具有垂直节理，可保持天然垂直边坡；
②、黄土的颗粒组成以粉粒为主，质地均匀，不含大于0.25mm颗粒；
③、黄土含有10%~30%的碳酸钙，有的黄土中含有大量钙质结核；
④、黄土天然含水率低，干燥时比较坚固，遇水容易崩解，剥蚀。

⑤、有些黄土具有湿陷性，受水浸湿后易溶盐的溶解破坏了土粒间的胶结作用，黏聚力减弱，在自重或外荷载作用下产生湿陷性沉陷。

⑥、黄土土质依据土的塑性指标进行分类。

当塑性指数不大于10时，应定为砂质黄土；当塑性指数大于10时，应定为黏性黄土。

黄土的时代及其工程性质
由于黄土特有的性质和黄土类型复杂，黄土地区的路基工程具有以下特点：（1）黄土地貌有真独特的形态、形成所谓塬、梁、岇的地貌景观。

由于冲沟发育。

黄土地区山高谷深。

因此，黄土地区路基多高填深挖，工程数量浩大。

（2）黄土路堑边坡容易产生变形。

常见的变形有剥落、冲蚀、溜坍和崩塌，所以恰当的根据工点黄土类型和特性选择路堑边坡形式及边坡坡度是防止发生上述变形关键。

（3）黄土高路堤容易产生下沉，这一方面是由于黄土湿陷性造成的，另一方面也是由于黄土天然含水量小，难以达到要求的压实密度的缘故。

（4）黄土路堤边坡在雨水作用下容易产生冲蚀。

（5）由于黄土具有垂直节理、多孔隙及丰富的易溶盐，使黄土产生陷穴。

2.黄土地区路基的灾害和防治
黄土陷穴
1.成因：
黄土地区修筑的路基，在雨季时大面积汇集的雨水，沿着黄土的垂直节理和大孔隙向路基内部渗透、潜流，溶解了黄土中的易溶盐，破坏了黄土结构，土体不断崩解，水流带走黄土颗粒，形成暗穴，在水的浸泡和冲刷作用下，洞壁坍塌，逐渐扩大形成更大的暗穴或出露于地表的其他形态的陷穴。

特别是在地形起伏多变、地表径流容易汇集的地方，而土质松散、垂直节理较多的新黄土中最易形成陷穴。

黄土陷穴的产生是黄土的湿陷性及水的潜蚀淋溶作用的结果。

黄土的湿陷性是产生陷穴的内在原因，水的潜蚀作用是产生陷穴的外部诱因。

黄土的自身特点，为陷穴产生提供了本质条件。

（1）湿陷性黄土是一种土质疏松，主要成分为粉土颗粒组成的特殊土，其细微颗粒极易遭受潜蚀；
（2）黄土中易溶盐含量丰富，对强度起作用的结构状碳酸钙，在含CO2的水或酸性环境中，易受水溶蚀，破坏黄土的内部结构，使之变得松软，有利于地下水渗透，加速了渗流作用和机构潜蚀作用；
（3）大孔隙和裂隙发育，为水的渗透提供了便利通道，加速了机械潜蚀。

黄土地区特殊的水文气候条件，为陷穴的产生提供了有利的外部条件。

该地区雨量很少，但较集中，全年暴雨多发生在7、8、9三个月，尤其在暴雨后，大量地表水迅速积聚，且有一定的水压力，水透过黄土像通过一个小吸管被吸下去，陷穴一般中间大，进口和出口
微地形地貌特征，对陷穴产生也有一定影响。

一般陷穴多发生在一边靠山，一边临深沟的地段，有时也发生在半填半挖路堑与路堤衔接处、桥涵台背填土处或者填土施工接岔处等，在地形起伏波折变化多的地方，特别是缓坡突然转为陡坡地段，也易形成陷穴。

另外黄土地区，由于植被不发达，也为水的渗透提供了有利条件。

2．类型
(1)根据黄土陷穴的成因划分
①由地表浸水形成的陷穴：黄土经水浸润，可溶盐溶解，同时水对黄土颗粒产生润滑作用，使黄土在水的冲力作用下发生变形位移和机械潜蚀，导致黄土下陷产生陷穴。

②暗流的侵蚀作用形成的陷穴：地下暗流溶解了黄土中的可溶盐，使黄土结构遭受破坏，暗流又使细颗粒带走，在这种溶蚀和潜蚀作用下，使黄土中产生暗穴、暗洞、暗沟等。

③因动植物和微生物作用引起的洞穴：植物根系深入土体，当植物枯死后，根系腐败遗留而成洞穴。

也可以是老鼠、蛇、蚂蚁等动物挖掘出的洞穴等。

④人为的洞穴：如坟墓、采矿的坑道、掏砂坑、窑洞等。

(2)根据黄土陷穴的形态划分
①碟形地：具有直径数十米的椭圆形碟状凹地，深度一般为2-3m，边缘较陡。

多发生在黄土塬部分或没有排水坡度的地方。

由于降水不断聚集，并沿着孔隙和节理逐渐下渗，黄土不断浸湿，由重力作用下陷而成。

②漏斗状陷穴：产生在黄土塬边缘，或谷坡附近，常见成群分布，口径不过数米，底部有时还散布着小孔穴。

由于坡面上径流的集中，水沿节理下渗潜蚀而成。

③竖井状陷穴：陷穴边缘陡峭，口径与深度相差数倍。

由于陷穴底部堆积着崩塌下的土块，随着地下水进一步的冲刷搬运逐渐加深，有时可达20多米，多发生在阶地的边缘径流汇合处。

④串珠状陷穴：多沿沟床分布，一般发生在沟床的变坡处。

沟壁塌落下来的土堆，成为地表水径流的障碍物，当洪水季节，上游水流到此遭受堵塞，遂向下渗流而成。

⑤暗穴：形态多种多样，可直可曲，忽大忽小，通常为陷穴的通道，也有单独成盲沟、暗河存在的。

由地下水的溶蚀和潜蚀而成。

有些特殊的暗穴是人为因素造成的。

3．黄土陷穴的分布规律
黄土陷穴的分布具有一定的规律性。

从地貌看，在黄土塬的边缘、河谷阶地的边缘、冲沟两岸及河床中都常有陷穴分布。

阶地边缘、河谷两侧多为坡积的松散黄土，易被冲蚀，因而离阶地斜坡和沟谷斜坡越近，陷穴越多。

从地层上看，在疏松的新黄土层中，尤其是现代上层湿陷性黄土地层，陷穴越多越明显。

地层越早，陷穴发育也越受到限制。

4．黄土陷穴的探查和防治
为了判断是否存在陷穴，可对可疑地段进行锥探。

锥探时判别陷穴的两种情况：
(1)在紧密土壤中，下锥时其土层对锥头的阻力大，因此，用很大力才能使锥杆进入土中。

如锥头进入陷穴，土层对锥头的阻力突然消失，锥杆很快落下，就证明路基下部有陷穴。

(2)在疏松的土壤中，土层对锥杆的阻力很小，此时锥探者要精神集中、细心锥探，降低进锥速度，用“高提轻落”的方法，缓慢下锥，如遇到陷穴，土层对锥头的阻力突然消失，锥杆自动下落，并在感觉上也有不同，就证明路基下部有陷穴。

黄土陷穴的防治采取预防和处治相结合的原则，首先要查明陷穴的位置和导致其产生的水源，并作出定性和定量分析，根据具体情况分别对待。

陷穴的预防主要是加强地表和路基排水，改善地表性质，整平坡面，消除坑洼，减少水的积聚和渗透；加强植被保护和水土保持，加强路基外雨水的截排和路基的防渗防漏(如采用土工合成材料等)；开展巡查，对容易发生陷穴的地带定期检查。

黄土陷穴的处治，主要是根据陷穴的大小分别采用灌浆、开挖回填等措施。

陷穴较小的采用明挖，原土夯填；陷穴较大的灌泥浆，分两次进行，待第一次灌满泥浆干燥收缩后再进行第二次灌浆塞空。

路堤病害及其成因
路堤常见的病害主要有：路堤或基底沉陷、土桥病害、路堤局部坍塌与边坡滑动等。

1．沉陷变形
路堤的沉陷变形有人为因素和地基因素。

人为因素是指路堤本身填筑时碾压达不到设计的压实度要求，这是路堤沉陷变形的主要原因之一。

地基因素指由于堤重或行车荷载的作用引起的固结沉降，对于湿陷性黄土浸水后则引起湿陷变形。

2．土桥病害
黄土桥系指跨越沟谷的高填路堤，坐落于崾岘或冲沟之上。

土桥改变了原来的水文、地质条件和地形地貌条件，加之车辆动荷载的作用，使得土桥与周围环境处于动态平衡之中，一旦某种因素失去平衡，将会产生土桥病害。

水是引起土桥病害的根本原因，对土桥的破坏作用主要表现如下。

(1)地面水对土桥坡面的冲刷：当土桥顶面两侧排水沟、边沟及坡面缺少必要的保护措施时，每当雨季，土桥坡面及顶面水只能沿坡面漫流。

加之土桥填土高度大，本身汇水面积大，加剧了土桥坡面的冲刷，轻则坡面冲沟纵横，重则导致坡脚水土流失、崩塌，乃至路基失稳。

(2)地面水对土桥体的直向溶蚀和潜蚀：
下雨时，两岸斜坡和路面水从两端流向土桥桥面形成积水，这部分水主要通过向桥体下渗和蒸发而排除。

在黄土的湿陷性作用下，水流溶解掉沉积在土颗粒表面的易溶盐和中溶盐以及胶结物，使水分子浸入土颗粒之间，破坏了土颗粒间的联结薄膜，使土的抗剪强度显著下降；当渗流速度较大时出现潜蚀，从而导致桥面翻浆、土桥不均匀沉降、裂缝扩大，甚至造成土桥滑塌等。

(3)洪水对土桥的破坏：
土桥位于崾岘和沟口处，沟内汇水面积较大，暴雨时土桥泄水涵洞不能及时将洪水排出，导致土桥上游临时性大量积水，浸泡土桥边坡，冲蚀掏挖原冲沟土层，造成湿陷成穴。

(4)地下水对桥基的水平溶蚀、潜蚀以及水对土体的冻融作用：
3．路堤坍塌与边坡滑动
产生路堤坍塌与边坡滑动的主要原因有：路堤填筑质量，表现为压实度达不到设计标准；边坡设计不当，即确定的设计边坡形式和坡度与实际情况不符；路堤地基土软弱，当路堤高度大于临界值时，造成路堤整体滑动；边沟或边坡冲刷，边沟水冲刷掏空坡脚可造成路堤坍塌与边坡滑动。

边坡病害及其成因
1．边坡病害类型
公路路堑一般位于地面表层，开挖后暴露于大气中，受各种自然和人为因素影响，路堑边坡易发生破坏变形。

黄土路堑边坡变形破坏方式可分为剥蚀(包括剥落和冲刷)和滑塌(包括滑坍、崩坍、坡脚坍塌等)两种。

(1)边坡剥蚀
坡面剥蚀是黄土边坡变形的一种普通现象，一般发生在各种黄土层中。

虽然这种边坡变形不是坡体整体变形，但对路堑边沟危害较大，会引起其他更严重的边坡变形或破坏。

在宁夏，黄土路堑边坡剥蚀十分严重。

影响坡面剥蚀的因素主要与土质特性、地质年代以及风化条件等有关。

黄土含盐量不同，边坡所处位置不同都会影响剥蚀程度。

(2)边坡滑塌
黄土边坡的破坏方式和规模与黄土层的构造特征密切相关。

具有构造节理的黄土边坡，常呈现沿节理面滑落；具有垂直节理的黄土边坡，其破坏方式常呈现为坍塌；无构造节理的黄土边坡则主要为滑坡破坏。

影响边坡稳定的因素主要有坡度、坡长、土壤硬度、植被状况和护坡工程等。

（1）坡度：地面坡度是决定径流冲刷能力的基本因素之一，而径流冲刷能力则是影响边坡稳定性的重要原因，径流冲刷能力越强，对边坡的破坏作用越大。

坡度与径流冲刷能力的关系为，在一定的范围内，坡度越大，径流冲刷能力越强，侵蚀量也越大。

然而，存在有一个临界坡度，超过临界坡度，侵蚀量随坡度的增加反而减小。

目前，对临界坡度的研究还没有统一的结论，有人认为临界坡度为26°-28°，而有的研究认为在40°左右。

（2）坡长：已有资料证明，在相同降雨条件下，坡长越长，它的径流量也越大。

坡长越长，侵蚀量越大，边坡越不稳定；同时，坡长增加也加重了重力侵蚀。

（3）土壤硬度：由于影响土壤硬度的因素与土壤的透水性、抗蚀性、抗冲性有密切关系，因此，土壤硬度也是影响边坡稳定性的重要因素之一。

已有研究表明，土壤抗冲性随土壤硬度的减小而减弱。

土壤硬度的大小又决定了植物的生长情况，而植物对边坡具有很强的保护作用。

四、黄土地区路基施工
一、工程措施
以地基处理为主、消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力，防止地基湿陷。

常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。

各类地基的处理方法都应因地制宜，通过技术比较后合理选用。

对于Ⅱ级以上湿陷性黄土地基处理如采用土或灰土垫层、土桩或灰土桩、桩基础预浸水法，不同程度存在工作量大、花费劳力多、施工现场占地大、工期长、造价高等缺点。

近几年来，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广。

1、地基处理：地基处理目的是破坏湿陷性黄土的大空隙结构，改善土的力学性能，消除或减小地基因偶然浸水而引起的湿陷变形，也可以采用桩基础，对于非自重湿陷性黄土场地，桩端打入压缩性比较低的非湿陷性土层中，对于自重湿陷性黄土地基，桩端打入可靠持力土层中。

2、防水措施：消除黄土发生湿陷变形的外因。

要求做好建筑物在施工及长期使用期间的防水、排水工作，防止地基土受水浸湿。

湿陷性黄土地基如果能确保地基不受水浸湿，地基即使不处理，也不会发生湿陷。

3、结构措施：它包括使建筑物构造布置简单，加强上部构造的整体刚度，预留沉降净空等措施来减小不均匀沉降或使结构适应地基的湿陷变形。

4、使用维护：使用期间，对建筑物和管道应经常进行维护和检修，确保防水措施的有效发挥，防止地基浸水湿陷。

二、注意事项
（1）必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值，否则设计的可靠度会降低，如桩端为硬土，或桩长超过临界桩长时， (桩间土承载力拆减系数)取值高于规定，就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度，选用较高的桩体强度时，就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施，才能保证设计与预期的实际结果比较一致。

（2）施工中为达到强度要求，有必要进行复搅。

复搅是在桩的一部分或桩的全长重复搅拌一次，其作用是：①改善桩体的均匀性，如第一次注浆不均匀时，可通过复搅调节，提高桩长方向上的均匀程度，同时，也使桩截面内的均匀性得到改善。

②现场不同桩段有不同的水泥掺入比，使不同桩段有不同的桩身强度。

（3）加强施工管理，因为桩体的固化材料需由压缩空气作载体，而气体流速、流量受土层情况的影响，人工难以调节，所以施工机械应采用带有自动控制喷浆、喷粉的装置，以消除施工中一些人为因素，便于监督检查，避免由于喷浆和喷粉不均匀或者喷浆量、喷粉量未达到设计要求而发生断桩问题。

（4）现场施工中应勤于检查，严格监督。

深层搅拌桩属于一种柔性桩，桩身检测较困难，施工时质量有疏忽，就可能发生断桩现象。

目前用低应变动测法检测搅拌桩的质量得到了肯定，可用此法或结合抽芯取样检测法控制质量。