工程中的“問(wèn)題土”——黃土

我國(guó)陸地面積約960萬(wàn)平方千米，東西南北跨度極大，是一個(gè)地形地貌十分復(fù)雜多樣的國(guó)家，擁有幾乎所有的地形類(lèi)型，平原、丘陵、高原、盆地和山地等地形類(lèi)型在我國(guó)都有大面積的分布，同樣也孕育了許多千差萬(wàn)別的地貌。建房、修路、架橋，人類(lèi)社會(huì)對(duì)大自然開(kāi)發(fā)改造不可避免的需要在“地上”做文章，但正如商品出廠品質(zhì)有好有壞，也不是所有的地質(zhì)地貌都適用于工程建設(shè)，例如黃土、膨脹土以及凍土，至今為止這類(lèi)土在工程建設(shè)中仍然是令工程師們聞之色變的“問(wèn)題土”。接下來(lái)讓我們一起了解這三類(lèi)土中的黃土。

黃土的基本特征

我國(guó)是世界上黃土分布最廣泛的地區(qū)，面積約64萬(wàn)km2，主要分布在昆侖山、秦嶺、泰山、魯山連線以北的干旱、半干旱地區(qū)。黃土在一定的壓力下受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生附加下沉的現(xiàn)象稱(chēng)為濕陷。浸水后發(fā)生濕陷的黃土稱(chēng)為濕陷性黃土，這也是病害發(fā)生的主要特征，這與黃土本身的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，黃土的顆粒組成主要以粉粒(0.05-0.005mm)為主，且孔隙較大，在天然含水狀態(tài)下具有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，但雨水浸濕后，會(huì)發(fā)生劇烈而大量的變形，強(qiáng)度也隨之迅速降低。

黃土地段常見(jiàn)病害

1、沉陷

黃土路基的沉陷主要由于黃土路基的壓縮變形大, 垂直節(jié)理發(fā)育, 排水不暢等原因造成。

在濕陷性黃土地區(qū)，豎向沉降與側(cè)向沉降是典型的地基沉降破壞類(lèi)型。如果黃土路基土體是干的，在外力超過(guò)自身剪切強(qiáng)度的情況下，軟弱的結(jié)構(gòu)就會(huì)坍塌，出現(xiàn)大的空隙，并填滿(mǎn)小孔隙，使其空隙逐漸變得致密，土體也趨向于固結(jié)，這時(shí)就會(huì)發(fā)生塌陷。當(dāng)濕陷性黃土地基受到水的影響時(shí)，在一定的荷載作用下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)會(huì)很快遭受破壞，出現(xiàn)顯著的沉降病害。

道路沉陷

2、陷穴

黃土陷穴分布具有一定的規(guī)律性。從地貌看, 在黃土臺(tái)地的邊緣、河谷階地的邊緣、沖溝兩岸及河床中都常有陷穴分布。這是由于階地邊緣、河谷兩側(cè)多為坡積的松散黃土，易被沖蝕，因而離階地斜坡和溝谷斜坡越近，越容易形成陷穴。另外，階地高差越大，溝谷越深，地表水通過(guò)階地邊緣和溝谷的斜坡地帶時(shí)下滲愈厲害，因而陷穴也越深。從地層上看，疏松的新黃土層，尤其是現(xiàn)代上層濕陷性黃土地層，很容易形成陷穴。

陷穴

3、邊坡表面沖刷、坍滑

當(dāng)路堤頂面兩側(cè)之排水溝、邊溝及坡面缺少必要的防護(hù)措施時(shí)，雨水沿坡面漫流，加劇了坡面沖刷，輕者坡面沖溝縱橫，重則坡腳水土流失、邊坡坍滑，乃至路基失穩(wěn)破壞。邊坡產(chǎn)生破壞的原因，除了與水有關(guān)外，還與路基填筑質(zhì)量不佳、壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)、邊坡設(shè)計(jì)不合理，邊坡斷面形式和坡度不能有效保證其穩(wěn)定性有關(guān)。研究表明，濕陷性黃土壓實(shí)干重度達(dá)到16.5 kN/m3，可明顯減少路基本身的沉陷。如果地基土軟弱、強(qiáng)度不高，當(dāng)路基填土高度大于臨界值時(shí)，就可能造成路基整體的滑動(dòng)破壞。

邊坡表面沖刷、坍滑

濕陷性黃土地基處理方法

1、墊層法

墊層法是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分層夯實(shí)做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形，提高地基承載力，分為局部墊層和整片墊層。

墊層法

2、重錘表層夯實(shí)及強(qiáng)夯

強(qiáng)夯法加固地基機(jī)理一般認(rèn)為，是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以沖擊和振動(dòng)，從而達(dá)到增大壓實(shí)度，改善土的振動(dòng)液化條件，消除濕陷性黃土的濕陷性等目的。強(qiáng)夯加固過(guò)程是瞬時(shí)對(duì)地基土體施加一個(gè)巨大的沖擊能量，使土體發(fā)生一系列的物理變化，如土體結(jié)構(gòu)的破壞或排水固結(jié)、壓密以及觸變恢復(fù)等過(guò)程。其作用結(jié)果是使一定范圍內(nèi)的地基強(qiáng)度提高、孔隙擠密。

強(qiáng)夯法

3、擠密樁法

擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基，施工時(shí)，先按設(shè)計(jì)方案在基礎(chǔ)平面位置布置樁孔并成孔，然后將備好的素土（粉質(zhì)粘土或粉土）或灰土在最優(yōu)含水量下分層填入樁孔內(nèi)，并分層夯（搗）實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高止。通過(guò)成孔或樁體夯實(shí)過(guò)程中的橫向擠壓作用，使樁間土得以擠密，從而形成復(fù)合地基。

擠密樁法

4、樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)可以將上部荷載傳遞給樁側(cè)和樁底端以下的土（或巖）層，采用挖、鉆孔等非擠土方法而成的樁，在成孔過(guò)程中將土排出孔外，樁孔周?chē)恋男再|(zhì)并無(wú)改善。但設(shè)置在濕陷性黃土場(chǎng)地上的樁基礎(chǔ)，樁周土受水浸濕后，樁側(cè)阻力大幅度減小，甚至消失。

樁基礎(chǔ)

5、化學(xué)加固法

在我國(guó)濕陷性黃土地區(qū)地基處理應(yīng)用很多，并取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)加固法包括硅化加固法和堿液加固法，其加固機(jī)理如下：

硅化加固濕陷性黃土的物理化學(xué)過(guò)程，一方面基于濃度不大的、粘滯度很小的硅酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中，另一方面溶液與土的相互凝結(jié)，土起著凝結(jié)劑的作用。

堿液加固：氫氧化鈉溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽(yáng)離子發(fā)生置換反映，反映結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。

6、預(yù)浸水法

預(yù)浸水法是在施工前預(yù)先對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地大面積浸水，使土體在飽和自重應(yīng)力作用下，發(fā)生濕陷產(chǎn)生壓密，以消除全部黃土層的自重濕陷性和深部土層的外荷濕陷性。預(yù)浸水法一般適用于濕陷性黃土厚度大、濕陷性強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場(chǎng)地。由于浸水時(shí)場(chǎng)地周?chē)乇硐鲁灵_(kāi)裂，并容易造成“跑水”穿洞，影響建筑物的安全，所以空曠的新建地區(qū)較為適用。

預(yù)浸水法

支持文獻(xiàn)：

[1]張興友,胡光艷.濕陷性黃土公路路基病害類(lèi)型及成因分析[J].路基工程,2007,(05):160-162.

[2]廖自成.濕陷性黃土地區(qū)路基常見(jiàn)病害及處理措施分析[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界,2023,(05):134-136.

[3]楚華棟,裴章勤,馬周全等.黃土的工程特性、筑路技術(shù)和病害處理[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2005(S1):340-347.

供稿：許曉亮、趙凌云、郭宇、曹旭等

排版：陳奕愷

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