董英杰

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110166)

1 概述

黃土的孔隙比在1.0左右或更大，多有肉眼可見的大孔隙，顆粒間具有較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在天然干燥狀態(tài)下承載力較高，可達(dá)150 kN/m2～200 kN/m2。但黃土在自重或一定荷載的作用下，受水浸濕后，黃土結(jié)構(gòu)迅速破壞并發(fā)生顯著的附加沉降，以致其上的建筑物遭到破壞。這是黃土具有的特殊工程性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的稱為濕陷性黃土。公路工程作為一種線狀建筑物，穿越的地形地貌復(fù)雜多變，位于黃土地區(qū)的公路項(xiàng)目不可避免的要穿越濕陷性黃土路段，由于受工程造價(jià)控制，多采用挖方段的黃土填筑填方段的路基，如果設(shè)計(jì)方案考慮不周或施工處理不到位，極易引起路界內(nèi)外的匯水入滲，導(dǎo)致黃土地基及黃土路堤產(chǎn)生濕陷性，引起公路路面的凹陷開裂等情況，影響工程質(zhì)量和行車安全。

2 黃土地區(qū)公路路面沉陷的原因分析

2.1 常用的黃土地基處理方法

根據(jù)黃土的特點(diǎn)和建筑物類別的要求，黃土地基處理主要從消除黃土的濕陷性和阻止水分的入侵兩個(gè)方面考慮。消除黃土的濕陷性的方式按處理深度能力從淺到深分為沖擊碾壓、強(qiáng)夯、灰土樁、樁基等幾種，阻止水分的入侵主要考慮采用灰土墊層和防滲土工布等。多數(shù)工程設(shè)計(jì)方案綜合采取兩類措施。

2.2 黃土地區(qū)公路路面沉陷的原因分析

1)從工程勘察角度看，公路工程面長點(diǎn)多，平均造價(jià)低、地質(zhì)變化多，不像單體建筑可以詳細(xì)布點(diǎn)，較徹底的查明黃土的細(xì)微變化和各種物理力學(xué)特性來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。線狀工程只能通過盡可能合理的布設(shè)勘探點(diǎn)來了解路線內(nèi)的地質(zhì)情況，精度難以達(dá)到單體建筑的程度，可稱為“一孔之見”。公路工程多位于野外，遇到的地形地貌和地質(zhì)的變化遠(yuǎn)非城市所能比，也難有周邊工程可供類比，可以說每一條沖溝、每一個(gè)山丘和谷地的沉積條件、濕陷黃土層厚度和濕陷程度均不同。這就造成優(yōu)秀的勘察和設(shè)計(jì)工作者也難以在有限的條件下完成完美的設(shè)計(jì)作品。受勘測條件限制，設(shè)計(jì)中難以準(zhǔn)確把握每一路段的細(xì)微變化而采用準(zhǔn)確的處理措施，況且頻繁變換處理方式和處理強(qiáng)度在工程實(shí)施中也是不現(xiàn)實(shí)的。2)從工程設(shè)計(jì)角度看，由于現(xiàn)有的技術(shù)手段處理的濕陷性黃土厚度有限，而高路堤的附加應(yīng)力影響深度較大，從工程實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性和處理的難易程度角度看，只能將表層濕陷性較大的影響工程質(zhì)量的部位處理好。例如對于橋涵構(gòu)造物與路基的銜接部位，極易產(chǎn)生差異沉降，設(shè)計(jì)中做重點(diǎn)處理，而一般路段考慮均勻沉降對于公路運(yùn)營后影響較小，設(shè)計(jì)中做一般處理，因此不同路段之間及同一路段不同填高、不同黃土厚度情況下均會產(chǎn)生沉降差異。3)從工程施工角度看，施工場地條件千變?nèi)f化，施工機(jī)具難以完好的處理到路基的各個(gè)部位。例如:黃土沖溝溝壁深而且陡，采用灰土樁或強(qiáng)夯等處理，機(jī)具均難以處理到位，個(gè)別位置甚至難以處理，而且沖溝在雨季中極易受水浸淹，產(chǎn)生黃土濕陷，因此一般黃土沖溝路段多是路基沉陷病害多發(fā)路段。又如在方圓幾十千米甚至幾百千米范圍均為黃土的地區(qū)，想得到理想的路基填料極為困難，遠(yuǎn)運(yùn)利用造價(jià)昂貴，多采用CBR試驗(yàn)等指標(biāo)滿足規(guī)范的黃土填筑路基或黃土摻灰土，因此正常情況下滿足使用要求，但如果局部存在積水匯水或摻拌、碾壓不到位時(shí)，黃土路基易產(chǎn)生凹陷、邊坡滑塌等病害。4)從公路運(yùn)營角度看，基于以上的不利因素，使得公路局部路段形成了薄弱部位，隨著時(shí)間而不斷發(fā)展，特別是水的作用，黃土濕陷的病害進(jìn)一步發(fā)展，造成路面凹凸不平，形成積水匯水并不斷惡性循環(huán)。另外目前我國重載交通比重大，超載現(xiàn)象廣泛存在，因此對于路基路面的損壞較大，尤其是多車道公路，在大車道和小車道之間形成明顯的不均勻沉降。目前我國公路在養(yǎng)護(hù)的投入上較為薄弱，很多公路路段位于較為荒僻的地區(qū)，對于公路養(yǎng)護(hù)提出了更高要求。

3 黃土地區(qū)公路運(yùn)營期沉陷處理的特殊要求

根據(jù)以上對于黃土地區(qū)公路病害形成原因的分析，可見濕陷性黃土作為一種不良地質(zhì)對于公路建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)營安全的影響是巨大的，運(yùn)營期的病害處理是必須考慮的。由于公路運(yùn)營期的特點(diǎn)決定我們處理的方式必然與施工期不同。

首先由于路基的填筑和路面的鋪設(shè)和保證通車，因此難以對于病害部位采取挖除進(jìn)行地基處理的方式進(jìn)行，盡量采取工程作業(yè)面小、社會影響小、施工期短和造價(jià)低的措施。

其次在養(yǎng)護(hù)大修中必須根據(jù)以上分析從勘察設(shè)計(jì)施工到管理各個(gè)環(huán)節(jié)分析產(chǎn)生病害的原因才能對癥下藥，不分析原因盲目修補(bǔ)不能根本解決問題。

另外處理的時(shí)效性要準(zhǔn)確把握，需各個(gè)部門通力合作。例如公路剛通車試運(yùn)營到竣工驗(yàn)收一般有1年～2年，這是各種病害集中爆發(fā)期，也是建設(shè)工程的保修期，因此應(yīng)積極利用這一時(shí)期，在建設(shè)單位的主持下，在設(shè)計(jì)施工監(jiān)理單位的積極配合下，盡量在竣工驗(yàn)收前將問題基本解決。

4 黃土地區(qū)公路運(yùn)營期沉降的主要技術(shù)措施

4.1 高壓旋噴樁處理黃土地基

分析產(chǎn)生病害的原因，應(yīng)從地質(zhì)條件開始，對于由于地質(zhì)條件有變異，濕陷性黃土厚度有變化或濕陷等級有差異的情況，綜合分析其他因素后，可將黃土地基產(chǎn)生濕陷性作為病害的主因加以處理，再輔以其他技術(shù)措施。此種病害類型的確定必須慎重考慮，不能確定時(shí)應(yīng)增加地勘和室內(nèi)試驗(yàn)加以印證，因?yàn)橥ㄖ锏暮笃诘鼗幚硪粯?，后期處理黃土地基費(fèi)用是最高的，所能采取的措施又是有限的。能保證基本不破壞路基路面，施工機(jī)具方便靈活且工期較短的處理措施是高壓旋噴樁。

高壓旋噴樁是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或者水成為高壓流從噴嘴噴出沖擊破壞土體，噴嘴旋轉(zhuǎn)則形成柱狀水泥加固體。施工占地少、振動小、噪聲較低，有局部泛漿對環(huán)境有一定影響，成本較高。高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。高壓噴射注漿法分為單管、二重管、三重管和多重管法，區(qū)別在于高壓沖擊破壞土體的介質(zhì)不同，形成的樁體直徑依次變大。單管法采用20 MPa以上高壓噴射漿液破壞土體，成樁直徑最小(0.5 m～0.8 m);二重管法同時(shí)噴射高壓液體和空氣，固結(jié)體直徑明顯增大;三重管法分別輸送水、氣、漿沖擊土體，形成更大直徑固結(jié)體;多重管法采用高壓水流切削破壞土體后用真空泵抽出泥漿，在地下形成較大空間再充填各種材料。黃土路段不適用射水的三重管和多重管法，因此造價(jià)最低廉的單管法較為適用。

高壓旋噴樁的成樁后狀況與水泥濕噴樁類似，均是形成水泥土樁體，只是旋噴樁通過高壓噴射破壞土體成樁，濕噴樁通過葉片攪拌土體成樁，水旋噴樁處理深度可達(dá)30 m以上。由于水泥土樁體強(qiáng)度增長慢，可加入氯化鈣、三乙醇胺等外加劑促凝、早強(qiáng)。水泥摻入比約15%，水灰比一般1∶1。在原地面位置可加強(qiáng)復(fù)噴，提升到路基部位由于高壓旋噴不如灌漿的效果，旋噴樁終樁高度一般為原地面，噴頭再向上提升改為壓力灌漿。

對于路基，利用高壓旋噴的鉆孔進(jìn)行水泥粉煤灰漿體灌注，粉煤灰中SiO2，Al2O3和Fe2O3，CaO等含量應(yīng)大于85%～95%，燒失量不宜大于4%～8%，摻入含量為20%～30%，建議水灰比采用0.8∶1～1∶1。

本方案的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟施工迅速，對既有建筑擾動小，缺點(diǎn)是造價(jià)較高，為隱蔽工程，泛漿易污染環(huán)境，可考慮回灌路基的空隙和裂縫。

4.2 路基壓力注漿(灌漿)處理路基

路面沉陷頻發(fā)部位多集中在橋涵臺后、涵頂、沖溝和填挖結(jié)合部位，這些部位也是路基施工質(zhì)量較難控制之處。如臺后換填材料質(zhì)量及其壓實(shí)、沖溝處填筑厚度及其壓實(shí)、沖溝溝壁臺階的開挖和壓實(shí)、填挖結(jié)合部的基底壓實(shí)和挖方段換填厚度、灰土拌合質(zhì)量，路基填筑黃土由于滲水產(chǎn)生濕陷性下沉等。對于地基處理符合設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生病害的原因是路基碾壓不實(shí)或產(chǎn)生濕陷性時(shí)，可采取鉆孔壓力注漿(灌漿)處理路基。一般采用水泥漿液，如采用滲入性灌漿，則先按地基處理手冊進(jìn)行理論計(jì)算初定鉆孔間距，再在實(shí)際工地進(jìn)行試灌修正。對于滲透性較差的路基填料，可采用壓力注漿，一般壓力不大于2 MPa。

4.3 排水隔水措施的完善

路面沉陷現(xiàn)象頻發(fā)部位也是排水、匯水的重點(diǎn)破損位置，水的匯集和滲流可能導(dǎo)致路基以及地基浸泡軟化引發(fā)路基變形，常見如下幾個(gè)方面:

1)路面下沉加鋪后高緣石變?yōu)槠骄壥踔恋屯?，集中排水設(shè)施失效，局部變?yōu)樯⑴潘瑵B入路基。此種情況應(yīng)及時(shí)上抬路緣石，修整泄水槽出口，將路面水引入路基邊溝，防止路面水滲入土路肩。

2)泄水槽、填挖交界急流槽破損嚴(yán)重，水分入滲邊坡影響路基。應(yīng)修整破損的泄水槽和急流槽，槽下的墊層應(yīng)采用防滲的灰土墊層。

3)超高段中分帶集水井由于路面沉陷加鋪或綠化培土致使進(jìn)水口堵塞、井內(nèi)淤積、路緣石下沉等，嚴(yán)重削弱排水功能。道路中分帶的排水系統(tǒng)必須完善，超高段的集水井和橫向排水設(shè)施應(yīng)保持暢通。一般路段也應(yīng)設(shè)置中分帶排水溝，不能采取直接培土的方式，防止水分的入滲引起黃土濕陷。

4)縱向邊溝排水不暢，未能按設(shè)計(jì)標(biāo)高和縱坡施工，造成局部路段邊溝積水。此種情況必須調(diào)整邊坡縱坡將水盡快排至路界外，防止積水下滲影響黃土地基。

針對黃土遇水濕陷的特性，因此疏通排水網(wǎng)絡(luò)和做好路基路面的防水措施是最為經(jīng)濟(jì)易實(shí)現(xiàn)的措施，應(yīng)按各種狀況分析排水設(shè)施的不足，采取相應(yīng)的解決措施。

[1] 《地基處理手冊》編委會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[2] GB 50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[3] JTG D30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].