湿陷性黄土

湿陷性黄土路基填筑不均匀沉陷防治摘要：基于公路路基沉陷的危害性，从施工、设计、现行规范等方面分析了公路路基沉陷的原因，提出了有效防止路基沉陷的对策，从而提高公路路基的工程质量，延长公路的使用寿命。

关键词：湿陷性黄土；路基处理；强夯法；冲击碾压

1 序言

连霍国道主干线天水至定西高速公路TD12合同段属于第SJ3设计合同段的第四段即陇西县云田乡土山下至陇西段（K256+000~K259+606.799、LK1+000~LK4+100）路线全长6.706799km。位于陇西县境内地处黄土高原。

路线主要位于渭河支流韩河河谷区。在河谷及阶地上主要发育有第四纪冲积、洪积松散堆积物其中二级及以上阶地上部覆盖有第四系上更新统风积黄土下部为低液限粘土；山麓及坡脚处有薄层的第四纪残破积、崩积层；黄土梁区为典型的风积黄土区。

根据地貌成因分类原则本合同段公路沿线主要地貌为黄土梁地貌位于韩河二级以上阶地地形起伏较大路线穿越时需要深挖高填。

陇西地区黄土厚度大分布广泛该土层具湿陷性且湿陷性大。拟建公路主要从渭河河谷区经过，其河床、河漫滩、低阶地无湿陷性黄土分布，黄土主要分布于河流的高地阶（二、三级阶地）和黄土梁卯区，高阶地和黄土梁卯区湿陷性基本相近，本区湿陷等级一般为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。2黄土及其湿陷性特点

2.1黄土的工程分类及分布情况

众所周知，黄土是一种特殊的黏性土，其粉土颗粒含量高，多孔隙且具有大孔隙，天然含水量小，呈黄红色，富含碳酸钙，易溶盐。目前根据黄土沉积地质年代的不同，将黄土分为新黄土、老黄土和红色黄土3类。老黄土不分成因一般不具有湿陷性。新黄土可能具有湿陷性但不是所有的新黄土都具有湿陷性新黄土根据成因不同一般分为3类，公路工程建设时即采用这个分类。见表1。

我国黄土地区的总面积占国土面积的6%主要分布在北纬34°~41°之间大陆西部的干旱、半干旱地区即黄河中下游地区的山西、内蒙、陕西、甘肃、宁夏、河南、河北等省;湿陷性黄土也一般分布在山西、内蒙、陕西、甘肃、河南、河北等省的部分地区山西省的湿陷性地区则应该以运城地区为代表性地区。

2.2黄土的颗粒与构造

黄土的颗粒组成以粉粒为主其含量达55%以上黄土中的粉粒和集粒共同构成了支承黄土结构的骨架。由于粉粒和集粒排列比较疏松接触连接点较少骨架内部构成了一定数量的架空孔隙因此黄土具有

多孔隙性。

黄土的孔隙按照大小可分为3类。即大孔隙（基本上肉眼可见直径约为0.5mm~1.0mm的孔道）、细孔隙和毛细孔隙。这种孔隙形成了黄土的高孔隙度故又称黄土为“大孔土”。黄土的孔隙率变化在35%～60%之间有沿深度渐小的趋势在地理分布上黄土的孔隙率变化则有着自东向西、自南向北渐增的规律。

注：上为平均值下为极值。

2.3黄土的水理特性

2.3.1渗水性

由于黄土具有大孔隙及垂直节理等特殊构造,其垂直方向水的渗透性较水平方向为大。在施工中黄土经压实后大孔隙构造被严重破坏其透水性也将会大大降低。

2.3.2收缩和膨胀

黄土遇水会迅速膨胀水分干燥蒸发后又会慢慢收缩。水平方向的收缩量比垂直方向的收缩量大一

般约大50%~100% 。

2.3.3崩解性

黄土具有崩解性各类黄土的崩解性相差很大新黄土浸入水中后很快就会全部崩解老黄土则要经过

一段时间才能全部崩解。红色黄土浸水后基本不会崩解。

2.3.4湿陷性

黄土浸水后在外荷载或土的自重或二者的共同作用下强度会迅速降低而发生的下沉现象称为湿陷。湿陷性黄土的名称即由此而来。湿陷性黄土又分为自重性湿陷与非自重性湿陷两大类。自重性湿陷是

指土层浸水后仅仅由于土的自重发生的沉陷；非自重性湿陷是指土层浸水后由于自重及附加压力的共

同作用而发生的湿陷。

在湿陷性黄土的分布地区由于降雨或农田灌溉在路侧形成许多积水长时间不做处理或长时间蒸发

不掉积水会持续下渗使湿陷性土层在自重或外界荷载作用下发生湿陷形成圆形或椭圆形的“碟盘形”

湿陷坑。一般湿陷坑直径为15m~30m最大可达60m；湿陷中心深度一般为30cm~60cm最深可达110cm 。显而易见湿陷性黄土地区的湿陷坑对其范围内的路基、路面、桥涵、挡土墙等构造物的变形破坏影响

非常大。

2.4湿陷性黄土的判别

2.4.1黄土的湿陷性用湿陷系数δs判定时，按下列规定湿陷性的判定需做土样的压缩试验：一台

土壤渗压仪、取原状土（原状土须分清上下面，严禁弄反）、土样直径不小于10cm（不得在土样上面

用刀切刮），在施加一定荷载后测定它的沉陷量，再加水至饱和，再测定加水饱和后的沉陷量，得出湿陷系数：

当时δs<0.015时，应定为非湿陷性黄土；

当δs≥0.015时，应定为湿陷性黄土。

2.4.2湿陷性用自重湿陷量Δzs判定时，按下列规定填筑路基工程时，土的湿陷类型也可按实测自重湿陷量或室内计算自重湿陷量Δzs判定，界限值以7cm为准。按下列规定：

Δzs=β∑δsihi

当Δzs≤7cm时，应属非自重湿陷性地段；当Δzs>7时，应属自重湿陷性地段。

2.5湿陷性黄土的分类

湿陷性黄土自路基基础底面算起，地基在一定压力和充分浸水条件下，浸水饱和至下沉稳定为止的湿陷变形量为总湿陷量Δs：

Δs=∑βδsihi

湿陷性黄土的分类应该根据基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素判定。一般把湿陷性黄土共分为4个等级，即轻微（Ⅰ级）、中等（Ⅱ）、严重（Ⅲ）、很严重（Ⅳ），具体分类情况为：

1、对于非自重湿陷性地基的湿陷性判定

当Δs≤30cm时，为Ⅰ级；当30cm<Δs≤60cm 时,为Ⅱ级。

2、对于自重湿陷性地基的湿陷性判定

（1）当7 cm<Δzs≤35cm时，Δs≤30cm为Ⅱ级，30cm<Δs≤60cm为Ⅱ级或Ⅲ级，Δs>60cm时为Ⅲ级。

（2）当时Δzs>35cm，0<Δs≤60cm为Ⅲ级，Δs>60cm为Ⅳ级。

3 湿陷性黄土路基的病害类型

3.1路基沉陷

在一定压力作用下，湿陷性黄土路基受水浸湿，黄土结构迅速破坏而发生显著附加下沉，从而导致路基的沉陷破坏。纵向沉陷、横向沉陷及边坡崩塌是路基沉陷的典型破坏形式。

路基沉陷的主要原因：黄土路基的沉陷主要由于黄土路基的压缩变形大，垂直节理发育，排水不畅等原因造成。

（1）对于高填路基，黄土基底本身的压缩变形大，强度不够，施工时又未充分预压，或采取换填措施，一旦有水浸入，就导致路基的湿陷。

（2）由于黄土垂直节理比较发育，且植被少，土质疏松，只要有水的作用，就容易引起水土流失，造成路基沉陷。尤其大暴雨，极易使黄土层或路基形成沟穴、坑洞，甚至掏空路基，危及安全，这是导致路基沉陷的主要原因。

（4）黄土路基湿陷具有很大的隐蔽性，在路基底部，时隐时现，如果探源不仔细，很难发觉，危害大。

（5）由于线路的纵坡和弯道内侧的合成坡度较大，因此在陡坡变坡处和台阶型边坡的内缘均易发生湿陷。

3.2路基陷穴

黄土陷穴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。这是由于阶地边缘、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，越容易形成陷穴。另外，阶地高差越大，沟谷越深，地表水通过阶地边缘和沟谷的斜坡地带时下渗愈厉害，因而陷穴也越深，有的深达20余米。从地层上看，疏松的新黄土层，尤其是现代上层湿陷性黄土地层，很容易形成陷穴。而早期的黄土地层，陷穴发育受到限制。