湿陷性黄土回填可以压实处理吗 湿陷性黄土路基处理方法及控制要点分析

杜建平中铁七局集团有限公司

摘 要：在我国西北地区，湿陷性黄土地质分布广，厚度大，给高速公路等土建工程施工带来了诸多麻烦，湿陷性黄土处理措施不恰当，造成一定的路基质量隐患，带来了安全风险，也增加了后期的养护维修成本等。所以，必须采取一定的技术手段以及措施对湿陷性黄土进行处理，是提高路基施工质量的前提。目前，国内对于黄土湿陷性的原因，也早已有了比较明确的了解和认识。近年来，伴随着我国高速公路的不断发展和湿陷性黄土路基施工经验成果，对黄土路基的湿陷性处理方法及措施也越来越多，从而保证了湿陷性黄土路基的施工质量。本文结合甘肃省定西至临洮高速公路建设项目施工实例，对湿陷性黄土路基施工中采用较多且效果较好的几种处理方法及控制要点进行总结分析，谈些认识和体会，便于同类型工程项目施工仅供参考。

关键词：湿陷性黄土;路基施工;处理方法;要点分析;

在我国，湿陷性黄土主要分布西北、华北、东北等地。甘肃省地区黄土主要公布在陇中、陇东的黄土高原地区，属于我国湿陷性黄土的典型地区。本项目线路处于陇西黄土高原的西部，干旱少雨，带有大陆性气候的特点，沿线广布风积、冲积、洪积成因类型的黄土类土。

黄土基本上是由<0.025mm的颗粒组成的，尤以0.1～0.01mm的颗粒占主要地位。粉粒(0.05～0.005mm)含量常超过50%以上，甚至达60～70%，且其中主要是0.05～0.01mm的粗粉粒;砂粒(>0.05mm)含量较少，一般很少超过20%，甚至只有百分之几，且其中主要的是0.1～0.05mm的微砂;粘粒(<0.005mm)含量变化较大，可从5%到35%，最常见为15%～25%。

从结构排列和连接情况来看，黄土的成分和结构上的基本特点是:以石英和长石组成的粉粒为主，矿物亲水性较弱，粒度细而均一，连接虽较强但不抗水;未经很好压实，结构疏松多孔，大孔性明显。所以，黄土具有明显的遇水连接减弱，结构趋向紧密的倾向，即黄土的湿陷性。表现为黄土陷穴，黄土天生桥、黄土柱地貌形态等。

1 工程概况

本文依托由中铁七局集团有限公司承建的定西至临洮高速公路建设项目DL03标段为施工背景，该项目设计时速80km/h，主线整体式路基宽度25m，分离式路基宽度12.75m，采用双向四车道高速公路技术标准，线路全长10.592km。项目地理位置处于定西市临洮县境内，地形高差大，属典型的黄土高原地貌。

该项目不良地质主要为湿陷性黄土、软弱地基、滑坡、崩塌等。根据施工图设计以及甘肃省高速公路标准化建设管理指南，其中湿陷性黄土路基处理方法主要采用换填灰土垫层、强夯补强、灰土挤密桩、冲击碾压等。本文就湿陷性黄土路基的处理方法以及在施工中取得的效果做出总结和分析，便于同类型项目施工仅供参考。

2 湿陷性黄土路基常见病害

湿陷性黄土路基一旦遇水浸湿且在外力作用下，容易引发路基结构破坏、塌陷等情况，造成质量问题，带来公路交通安全隐患。根据以往施工经验及查阅相关资料记载，湿陷性黄土路基的常见质量病害主要有如下几种。

2.1 引发路基不均匀沉降或塌陷

当路基排水系统不通畅或黄土路基基底处理不彻底，路基结构经过长时间受水浸湿，加之长时间受路面车辆荷载，路基结构逐渐发生不均匀沉降，形成路基结构内暗洞或外部坑槽，长时间影响后导致路基结构完全损坏，造成路基塌方。

2.2 形成路基内外黄土陷穴、陷坑

施工过程中因地质堪踏不详细，遗漏了路基外部的黄土陷穴、陷坑等排查。若此类陷穴发育裂隙延伸至路基底部范围，且没有对此类不良地质进行处理，当施工中受到多次雨水浸湿后，加之施工机械振动、扰动等作用，有可能二次形成路基底部范围内黄土陷穴。引发路基塌陷，路基外黄土陷穴、陷坑等，造成坡脚失稳、路基坍塌等病害。常见黄土陷穴一般呈漏斗状和竖井状居多。

2.3 导致排水构造物损坏

路基设置有边沟、排水沟、截水沟等时，往往构造物底部都要加铺灰土垫层和防渗土工膜，对沟槽底部黄土进行处理。如此类附属工作处理不好，雨季雨水从沉降缝或伸缩缝处下渗后，易形成构造物底部冲刷，塌陷。一次形成的往往不大，一般情况下不会造成排水设施马上损坏，但这种损坏往往在没有明显发生之前不易发现。随着日积月累，冲刷逐渐发育、扩大后，会导致排水设施损坏。

3 处理方法及要点分析3.1 垫层置换法

垫层换填法是以灰土、水泥土等做成垫层，以封闭或隔离黄土地基湿陷性的处理方法。具有施工工艺简单，操作方便等特点。垫层换填施工前，先将需要处理范围内的湿陷性黄土挖出，再掺拌石灰或水泥改良，一般掺拌质量比为5%。垫层厚度为2～3m为宜，分层回填碾压密实，摊铺厚度不大于30cm。灰土垫层一般采用路拌法施工，翻拌3遍，采用路拌机翻拌过程洒水拌和均匀，颜色一致。碾压前现场检测含水率至最佳含水率的±2%进行碾压，压实度一般要求95%以上。

其主要作用是隔水、排水、防冻以改善路基地基综合承载能力，减轻或者避免了黄土路基的湿陷性。

3.2 强夯补强法

强夯法是地基处理中常见的方法，该方法可以有效的消减黄土的湿陷性，增加地基的密实程度，提高地基承载能力。强夯法是利用起重设备，将特制的夯锤提升至一定高度(需计算确定)，利用脱钩装置将夯锤从高处落下，利用夯锤自由落体时产生的冲击力将地基分多次夯实，以消除或减小黄土路基湿陷性。

3.2.1 特点及适用范围

强夯的目的一是消除其全部湿陷量，使处理后地基变为非湿陷性黄土地基;二是消除地基的部分湿陷量，减少总湿陷量，将地基下部一定深度内未处理到的湿陷量减小或控制在设计要求的数值以内。II级及以上自重湿陷性黄土地基一般多采用强夯法处理。

3.2.2 施工要点

(1)强夯施工时应采取隔振、防振措施消除对邻近建筑物的影响。

(2)强夯设备主要由起重设备、夯锤、脱钩装置构成。夯锤重不宜小于10t，其底面宜采用圆形，夯锤底面积宜为4～6㎡之间，夯锤内部对称设置4个直径为15cm左右且上下贯通的排气孔。起重设备的最小起吊重量为夯锤重量的1.5倍，起吊高度应满足设计夯击能与夯锤重计算出的高度，即:

式中:H为加固深度(m);m为夯锤质量(t);h为夯锤落距(m);a为修正系数，其值0.34～0.80，应根据现场试夯结果确定。

(3)强夯施工参数根据本工程场地的地质条件和具体工程要求来确定。强夯施工前，选取不小于20m×20m的面积进行试夯，根据初步确定的强夯参数，进行现场试夯。待强夯结束一至数周后，对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。试夯需要确定的参数主要有:

(1)地基有效加固深度，处理后地基土的强度、承载力和变形指标。

(2)夯击能、夯锤尺寸、落距。

(3)夯点间距、夯击次数、夯击遍数、最后两击夯沉量平均值、夯击间隔时间。

(4)强夯时应满足一下几点:

(1)最后两击夯沉量之差<5cm，最后两击夯沉量之和<10cm。

(2)夯锤应平置，当地基湿陷性不均匀，发生夯锤倾斜时，应将凸起部分铲平后重新强夯。

(3)夯点布设时，一般按照梅花型交错布置，强夯范围应扩大至需处理范围外2m。强夯前应将地面整平，并用白灰点放样出夯点。强夯一般分3遍完成，第1遍为主夯，夯击能为设计要求的最大值;第2遍为副夯，完成主夯后剩余未夯区域，也是梅花型布置夯点;第3遍为满夯，夯击能一般为设计的40%～50%，夯击时夯锤相互搭接1/4，夯击次数根据夯击能相应减少。

(4)严格按要求进行逐点夯击，每击一次，观测一次高程并记录。用同样方法完成一个夯点的夯击，观测此夯点的总沉降量和高程并记录。发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底推平。

(5)每强夯完1遍后应放置1周，待土粒间孔隙水压力散尽后再进行下一遍强夯。

3.3 灰土挤密桩法3.3.1 特点及适用范围

灰土挤密桩采用振动沉管法成孔，利用导杆式柴油打桩锤将钢管打入土中侧向挤密成孔，将钢管拔出后，在桩孔中分层回填质量比不小于10%的灰土夯实成桩。在消除深层黄土湿陷性的同时，与桩间土共同组成复合地基，有效的消除或减小了湿陷性黄土地基的湿陷性，提高了整体地基承载力能力。

适用于加固地下水位以上、天然含水量12%～23%、厚度5～15m湿陷性黄土地基，以及湿软地基和桥头背部路基或刚柔结构部位的地基处理。

3.3.2 施工要点

(1)根据现场实际情况，选择具有代表性路段进行试桩，通过试桩施工确定桩体分层填筑厚度、填料数量、最佳含水率、灰剂量、夯击次数、夯锤提升高度、锤击数、桩体压实度、扩径等施工工艺参数，以指导大面积施工。

(2)灰土挤密桩采用振动沉管法成孔，即采用导杆式柴油打桩锤将与桩孔同直径的钢管锤击打入地基中，拔管后成孔。钢管底端设置60°锥形桩尖，在钢管有效长度范围内用油漆等画好刻度线(宜50cm一道)，以便成孔施工时控制孔深。

(3)打桩时采用隔排隔行施工，间隔1～2孔交错成孔，整片区域施工时，应由内向外施工。成孔后应立即回填，不宜放置过久，以防止孔位互相挤压造成孔缩或塌孔现象。不能及时回填的孔位应覆盖盖板等，以免造成安全隐患。回填桩身之前重新测量孔深、孔径等确保符合设计要求。

(4)桩身回填灰土拌制时应根据每班组施工成孔速度及回填速度随拌随用，拌和好的灰土不得超过24小时或隔夜使用;施工过程中灰土应及时覆盖，如被雨水淋湿、浸泡过的灰土严禁使用。

(5)桩身土夯填一般采用导杆式振动锤夯，锤重约500kg。成孔后及时夯填，填料前先夯实孔底，若孔底含水量较大时应先填筑10～20cm混合料后再进行底夯，底夯不少于4次，提锤高度不小于3m。灰土分层回填夯实，逐层以量斗定量向桩孔内下料，每层下料时间控制在3s以内，回填厚度控制在150～200mm，分层夯实。

(6)施工过程中应检测桩身压实系数及桩间土压实系数，施工完成后应由第三方检测单位进行整片处理区域内的复合地基承载力检测，出具检测报告。

3.4 冲击碾压法3.4.1 特点及适用范围

冲击碾压是冲击压路机作业的一种方式，即牵引设备带动冲击压路机产品，利用冲击压路机自身的重量及在动态行进中轮体上下的落差，进而对路面进行反复冲击碾压，以消除黄土湿陷性，以达到路基补强的目的。冲击式压路机滚轮一般分为三边式、五边式，功率一般有25KJ、30KJ、32KJ几种。

适用范围:完工土基的补压或消除浅层(1～3m)湿陷性黄土路基的湿陷性，以增加路基压实度，减少路基沉降变形，提高路基整体强度。

3.4.2 施工要点

(1)冲击碾压最小冲压施工面积不宜小于1500㎡，最短直线距离不宜小于100m，碾压长度不足时采用重锤或液压夯处理。施工时先进行试压，以确定实际所需的压实遍数。

(2)对于冲击碾压的路段，按照施工前准备项目进行冲击碾压前场地平整、压路机进行碾压。冲压前，每10m中桩放线，用边桩定点配合石灰预放压实度检测点和高程测定点。

(3)冲压遍数具体已试压为准。根据以往施工经验，一般填方路基补强，25k J冲击压路机需碾压25遍左右，30k J冲击压路机需碾压20遍左右，32k J冲击压路机产品碾压15遍左右。

(4)碾压工艺:由牵引车拖动冲击碾，在缓冲区加速行驶，行进速度控制在10～15km/h左右，碾压采用排压法。在横向移位时，冲击压路机双轮各宽0.9m，两轮边距1.17m，行驶两次为一遍，形成4 m宽碾压带，其中每遍第二次的单轮由第一次两轮内边距中央通过，形成理论冲碾间隙双边各0.13 m，当第二遍的第一次向内移动0.2 m冲碾后，将第一遍的间隙全部碾压;第三遍再回复到第一遍的位置冲碾。每遍纵向相错1/6的轮周距进行碾压，在碾压3遍完成后，恢复到第一遍位置开始第二轮3遍碾压，一次从一侧向另一次推移完成全部碾压遍数。

(5)每冲击碾压5遍(时速10～15km/h)后进行同一点沉降量、含水量、密实度检测，直至满足设计要求为止;最后一遍完成后应检测表面以下50cm范围内的含水量及压实度，将原有湿陷性黄土的含水量控制在试验室确定的最大干密度所匹配的最佳含水率±2%。

(6)沉降量要求:定点沉降量检测冲压前及每冲压5遍后的标高，最后两次检测沉降差不大于10mm。

4 结语

本文依托定临高速公路为施工背景，对湿陷性黄土路基的几种主要处理方法、适用范围、施工效果、施工要点控制等进行了总结和分析。在该项目施工过程中多多少少也存在需要优化调整的地方，这就要求我们施工过程中必须对施工区域内的地质进行详细的堪踏，经过与设计、监理等多方的共同确认后选择最佳处理方案，做好施工前、施工中、施工后的排水系统通畅。湿陷性黄土路基施工过程严格把控每道工序，记录相关施工数据，每道工序完成后检验签证合格。湿陷性黄土地质构造复杂，唯有合理设计，选择最佳处理方案，严格控制施工，才能降低路基工后沉降等一系列质量隐患，确保公路交通安全。本文仅对同类型工程施工仅做参考。

参考文献

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