第一篇：增濕作用下某濕陷性黃土隧道沉降變形分析

增濕作用下某濕陷性黃土隧道沉降變形分析

摘要：為了研究濕陷性黃土地區(qū)隧道工程的穩(wěn)定性，對鄭西高鐵某隧道的沉降變形情況進(jìn)行了分析，分析了增濕情況下的黃土的含水量變化情況，對其濕陷性及濕陷引氣的隧道沉降變形進(jìn)行了分析，希望對濕陷性黃土地區(qū)的隧道變形提供幫助。

關(guān)鍵詞：黃土;凍融循環(huán);含水量;穩(wěn)定性

由于新黃土在形成過程中氣候干燥，土中所含的碳酸鹽、硫酸鈣等在土的顆粒表面析出膠結(jié)物與粘粒的結(jié)合水、毛細(xì)水共同形成較好的粘結(jié)性，使土在自重作用下形成具有大孔隙的黃土，不能達(dá)到正常固結(jié)，常處于欠固結(jié)狀態(tài)。這類黃土一旦被水浸濕后，由于水分子楔入顆粒間，破壞原來的聯(lián)結(jié)及造成鹽類溶解，使土的抗剪強(qiáng)度降低，土體在自重或上部荷載的附加作用下產(chǎn)生顯著的下沉變形，造成上部建筑物的沉降變形，形成病害，這就是黃土的濕陷性。

對于濕陷性黃土隧道增濕作用下研究，國內(nèi)外研究主要集中在以下方面。田寶華[1]以某一鐵路客運(yùn)專線試驗(yàn)段工程為例，對濕陷性黃土地基處理方法與效果、復(fù)合地基承載力與沉降分析計(jì)算，控制路基沉降措施等方面進(jìn)行了探討。常秀峰[2]結(jié)合吳子高速張家溝隧道左右線2座大斷面濕陷性黃土隧道的施工，分析并總結(jié)出地表沉降開裂、拱頂下沉、水平收斂和開挖工序、雨水的關(guān)系和變形規(guī)律，由此提出大斷面濕陷性黃土隧道施工變形控制的措施，并提出變形需進(jìn)一步研究探討的設(shè)計(jì)和施工建議。邵生俊[3]結(jié)合試驗(yàn)得出的濕陷系數(shù)計(jì)算隧道下地基土在實(shí)際壓縮應(yīng)力條件下的濕陷變形量。在考慮黃土結(jié)構(gòu)性的條件下，利用太沙基公式計(jì)算隧道圍巖應(yīng)力，得到了圍巖壓力隨黃土結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系。朱國保[4]針對黃延高速HY-08標(biāo)段漢寨隧道的地質(zhì)特點(diǎn)，研究了濕陷性黃土公路隧道包括開挖、支護(hù)、二襯及監(jiān)控量測等幾個主要工序中不同于其它地質(zhì)條件下的隧道施工值得注意的關(guān)鍵問題。張茂花[5]通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)了黃土實(shí)現(xiàn)變形和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨飽和度以及壓力變化的規(guī)律，建立了濕陷性黃土增（減）濕變形的本構(gòu)模型。王梅[6]通過對不同濕陷性黃土土工試驗(yàn)，借助掃描電子顯微鏡測試技術(shù)，提出了黃土濕陷的主要構(gòu)造因素，總結(jié)了微結(jié)構(gòu)特征與濕陷性之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。張茂花[7]分別采用單線法和雙線法對原狀Q3黃土進(jìn)行了增、減濕情況下的單軸壓縮試驗(yàn)，總結(jié)了黃土的壓縮變形隨飽和度變化的規(guī)律。

為了揭示黃土隧道運(yùn)行期可能浸水增濕引起的沉降變形，應(yīng)用有限差分法首先進(jìn)行開挖施工過程，確定成洞后圍巖的應(yīng)力場。然后，依據(jù)地表浸水入滲計(jì)算結(jié)果，考慮黃土增濕引起的自重增加和變形模量減小，再進(jìn)行增濕變形計(jì)算。某客專濕陷性黃土隧道工程概況

某客專沿線黃土一般均具有濕陷性，本線濕陷性黃土的特征是濕陷厚度大，場地濕陷等級高。寶雞-太寧溝段渭河高階地和黃土殘塬區(qū)多具自重濕陷性，濕陷性黃土厚度可達(dá)10～18m，濕陷等級Ⅱ～Ⅲ級;太寧-元龍段西秦嶺中山區(qū)濕陷性黃土零星分布;元龍-天水段分布廣泛，厚度10～30m，多具自重濕陷性，濕陷性黃土厚度10～22m，濕陷等級一般為Ⅲ級（嚴(yán)重）～Ⅳ級（很嚴(yán)重）;天水至蘭州黃土高原梁峁區(qū)等地段，均為自重濕陷性場地，濕陷性黃土層厚度20～25m，最厚達(dá)40m，濕陷等級為Ⅲ（嚴(yán)重）～Ⅳ級（很嚴(yán)重）的自重濕陷性黃土;雷壇河階地及蘭州西站黃河二級階地，濕陷性黃土層厚度可達(dá)17m，濕陷等級為Ⅱ級（中等）～Ⅲ級（嚴(yán)重）自重濕陷性黃土。分析和模擬方法

本次計(jì)算采用FLAC3D有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件模擬隧道施工過程，隧道的開挖采用程序內(nèi)置的空單元模型（null）來實(shí)現(xiàn)，空單元區(qū)域的應(yīng)力被設(shè)置為零，在這些區(qū)域中沒有重力作用。支護(hù)結(jié)構(gòu)的模擬分為超前支護(hù)的模擬、掌子面支護(hù)的模擬和襯砌結(jié)構(gòu)的模擬，初襯采用殼單元（shell）模擬;二襯采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，其實(shí)現(xiàn)方式為將鋼筋混凝土的參數(shù)賦予代表二襯的單元材料;小導(dǎo)管超前支護(hù)采用beam結(jié)構(gòu)單元+加固圈模擬，beam結(jié)構(gòu)單元模擬超前小導(dǎo)管，加固圈即超前注漿加固區(qū)域，實(shí)現(xiàn)方式與二襯的模擬相同。

針對某隧道在不同的隧道埋深和入滲邊界條件下，進(jìn)行應(yīng)力和變形計(jì)算，分別選取五種隧道埋深，并考慮不同的入滲邊界條件。對于隧道場地區(qū)域內(nèi)存在陷穴的情況，以某隧道為例，考慮隧道埋深及不同的入滲邊界條件，選擇隧道埋深為5m，入滲邊界條件為降雨+蒸發(fā)和降雨+蒸發(fā)+灌溉。濕陷性黃土隧道增濕沉降分析

計(jì)算采用摩爾―庫倫模型，由某隧道所選取的各種計(jì)算參數(shù)，其中，體積模量K和剪切模量G可根據(jù)計(jì)算公式由壓縮模量Es確定的變形模量及泊松比μ得出。在考慮降雨及降雨和灌溉同時作用的情況下，根據(jù)滲流計(jì)算的結(jié)果，確定出洞室頂部由于水體入滲導(dǎo)致含水量變化較大和相對變化較小的區(qū)域?？紤]降雨條件下某隧道埋深5m時，工后增濕變形和洞底豎向應(yīng)力變化較大。

由于隧道襯砌結(jié)構(gòu)橫斷面近似為圓形，所以隧道襯砌結(jié)構(gòu)阻水引起的隧道拱頂洞周浸潤范圍為半圓形和扇形，促使隧道圍巖土體增濕變形引起地表橫斷面沉降形狀為類似沉降槽正態(tài)分布曲線形狀。拱底圍巖土體增濕變形橫斷面沉降形狀與地表的一致。對于隧道而言，隧道拱底濕陷變形對隧道襯砌結(jié)構(gòu)危害最大。圍巖拱底增濕變形在洞底以下的隨埋深的增大逐漸減小。降雨和降雨灌溉引起增濕變形導(dǎo)致隧道拱底豎向應(yīng)力的變化較小。降雨灌溉引起隧道圍巖濕陷性變形促使的地表沉降，較降雨的要大;對于隧道拱底圍巖濕陷性變形、拱底圍巖應(yīng)力影響較小，降雨灌溉與降雨基本一致。隨著埋深的增加，濕陷性變形引起地表沉降、拱底沉降均增大而增大，這是由于隧道在深埋時，濕陷性土層厚度的增大，圍巖壓力也增大，引起的增濕變形較大。某隧道不同埋深的降雨和降雨灌溉引起拱底最大沉降量為1.85mm～5.75mm。

4結(jié)論

研究可得，濕陷性黃土地區(qū)，增濕作用會有效地加大隧道的圍巖變形，降低隧道的穩(wěn)定性，在濕陷性黃土隧道地區(qū)，對隧道的安全性應(yīng)考慮增濕等情況的影響。

參考文獻(xiàn)（References）：

田寶華.客運(yùn)專線濕陷性黃土地基處理與沉降控制措施探討[J].北京：鐵道建筑技術(shù).2005.04：6-13 常秀峰.淺埋大斷面濕陷性黃土隧道地表變形規(guī)律分析[J].北京：施工技術(shù)，2010.39（增刊）：309-311 邵生俊，楊春鳴，焦陽陽，等.濕陷性黃土隧道的工程性質(zhì)分析[J].武漢：巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35：1580-1590.朱國保，張志強(qiáng).濕陷性黃土公路隧道的施工要點(diǎn)[J].北京：隧道建設(shè)，2006，26：60-61 張茂花.濕陷性黃土增（減）濕變形性狀試驗(yàn)研究.[碩士學(xué)位論文] [D].西安：長安大學(xué).2002 王梅.中國濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)性研究.[博士學(xué)位論文] [D].山西：太原理工大學(xué).2010 張茂花，謝永利，劉保健.增（減）濕時黃土的壓縮變形特性分析[J].湖南：湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2007（22）：50-55

第二篇：濕陷性黃土范文

摘要：簡要介紹了濕陷性黃土的特征，闡述了濕陷性黃土地基處理的方法。主要是土（灰土）墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法、樁基法、預(yù)浸水法和深層攪拌樁法等6種。在不同的地區(qū)，應(yīng)根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，選用不同的處理方法，確保處理后的地基具有足夠的承載力和滿足變形條件的要求。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；特征；地基處理方法 1 黃土的濕陷特征

濕陷性黃土是一種十分特殊的土質(zhì)，俗稱大孔土，主要分布于我國陜、甘、寧等缺水少雨的干旱地區(qū)。屬砂壤土的范疇，砂壤土的粘土含量為12.50%～25%,壤土的粘土含量為25%～37.50%，而濕陷性黃土的顆粒組成中粘粒的含量為8%～26%，屬于砂壤土，但其性質(zhì)與砂壤土又有所不同：①在天然狀態(tài)下具有肉眼能看見的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管狀孔隙，天然剖面呈豎直節(jié)理、顆粒粗，土質(zhì)干燥；②顏色在干燥時呈淡黃色，稍濕時呈黃色，濕潤時呈褐黃色；③土中含有石英、高嶺土成分、含鹽量大于0.3０%，有時含有石灰質(zhì)結(jié)核；④吸水及透水性較強(qiáng)，塑性粘聚力差，水易沖刷成溝，不易粘結(jié)，土樣浸入水中后，很快崩解，同時有氣泡冒出水面；⑤在干燥狀態(tài)下，有較高的強(qiáng)度和較小的壓縮性，由于土質(zhì)豎直方向分布的小管道幾乎能保持豎立，邊坡遇水后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生顯著的附加下沉，產(chǎn)生嚴(yán)重濕陷。這種土質(zhì)的基礎(chǔ)處理與其它土質(zhì)相比，施工難度大，進(jìn)度慢，程度復(fù)雜，耗用時間長，特別是大面積的土質(zhì)夯填及水利壩體處理。2 濕陷性黃土地基的處理方法

濕陷性黃土地基處理的根本原則是：破壞土的大孔結(jié)構(gòu)，改善土的工程性質(zhì)，消除或減少地基的濕陷變形，防止水浸入建筑物地基，提高建筑結(jié)構(gòu)剛度。

2.1 強(qiáng)夯法 又叫動力固結(jié)法。是利用起重設(shè)備將80～400 kg的重錘起吊到10～40m高處，然后使重錘自由落下，對黃土地基進(jìn)行強(qiáng)力夯擊，以消除其濕陷性，降低壓縮變形，提高地基強(qiáng)度，但強(qiáng)夯法適用對地下水位以上飽和度Sr≤60%的濕陷性黃土地基進(jìn)行局部或整片處理，可處理的深度在3～12m。土的天然含水率對強(qiáng)夯法處理至關(guān)重要，天然含水量低于10%的土，顆粒間摩擦力大，細(xì)土顆粒很難被填充，且表層堅(jiān)硬，夯擊時表層土容易松動，夯擊能量消耗在表層土上，深部土層不易夯實(shí)，消除濕陷性黃土的有效深度小，夯填質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。當(dāng)上部荷載通過表層土傳遞到深部土層時，便會由于深部土層壓縮而產(chǎn)生固結(jié)沉降，對上部建筑物造成破壞。

2.2 墊層法 土（或灰土）墊層是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法，我國已有2000多年的應(yīng)用歷史，在濕陷性黃土地區(qū)使用較廣泛，具有因地制宜，就地取材和施工簡便等特點(diǎn)。實(shí)踐證明，經(jīng)過回填壓實(shí)處理的黃土地基濕陷性速率和濕陷量大大減少，一般表土墊層的濕陷量減少為1～3cm，灰土墊層的濕陷量往往小于1cm，墊層法適用于地下水位以上，對濕陷性黃土地基進(jìn)行局部或整片處理，可處理的濕陷性黃土層厚度在1～3m，墊層法根據(jù)施工方法不同可分為土墊層和灰土墊層，當(dāng)同時要求提高墊層土的承載力及增強(qiáng)水穩(wěn)定時，宜采用整片灰土墊層處理。

2.2.1 素土墊層法。素土墊層法是將基坑挖出的原土經(jīng)灑水濕潤后，采用夯實(shí)機(jī)械分層回填至設(shè)計(jì)高度的一種方法，它與壓實(shí)機(jī)械做的功、土的含水率、鋪土厚度、及壓實(shí)遍數(shù)存在密切關(guān)系。壓實(shí)機(jī)械做的功與填土的密實(shí)度并不成正比，當(dāng)土質(zhì)含水量一定時，起初土的密實(shí)度隨壓實(shí)機(jī)械所做的功的增大而增加，當(dāng)土的密實(shí)度達(dá)到極限時，反而隨著功的增加而破壞土的整體穩(wěn)定性，形成剪切破壞。在大面積的素土夯填施工中時常遇到，運(yùn)輸土料的重型機(jī)械容易對已夯筑完畢的壩體表面形成過度碾壓，造成剪切破壞，同時對含水率過高的地區(qū)形成“橡皮泥”現(xiàn)象，從而出現(xiàn)滲漏。這些都將是影響夯填質(zhì)量的主要因素。2.2.2 灰土墊層法?；彝翂|層法是采用消石灰與土的2∶8或3∶7的體積比配合而成，經(jīng)過篩分拌合，再分層回填，分層夯實(shí)的一種方法，要保證夯實(shí)的質(zhì)量必須要嚴(yán)格控制好灰土的拌制比例，土料的含水率，這對夯填質(zhì)量起主要的影響因素。在實(shí)際施工過程中，不可能用儀器對每一層土樣進(jìn)行含水率測定，只能通過“握手成團(tuán)，落地開花”的直觀測定法來測定，但這種方法對于濕陷性黃土測定范圍過于偏大，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定大致在14%～19%，存在測定偏差，且土質(zhì)濕潤不夠均勻，往往有表層土吸水飽和，下層土干燥的現(xiàn)象，給施工帶來很大的難度。當(dāng)處理厚度超過3m時，挖填土方量大，施工期長，施工質(zhì)量也不易保證，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和工程進(jìn)度。所以墊層法同樣存在著施工局限。2.3 擠密法 擠密法是利用沉管、爆破、沖擊、夯擴(kuò)等方法在濕陷性黃土地基中擠密填料孔再用素土、灰土、必要時采用高強(qiáng)度水泥土、分層回填夯實(shí)以加固濕陷性黃土地基，提高其強(qiáng)度，減少其濕陷性和壓縮性。擠密法適用于對地下水位以上，飽和度Sr≤65%的濕陷性黃土地基進(jìn)行加固處理，可處理的濕陷性黃土厚度一般為5～15m。但通過實(shí)踐證明：擠密法對土的含水量要求較高（一般要求略低于最優(yōu)含水率），含水量過高或過低，擠密效果都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，這在施工中很難控制，因?yàn)闈裣菪渣S土的吸水性極強(qiáng)且易達(dá)到飽和狀態(tài)，在濕陷性黃土進(jìn)行灑水濕潤時，表層土質(zhì)飽和后容易形成積水，下部土質(zhì)卻很難受水接觸而呈干燥狀態(tài)，對于含水量＜10%的地基土，特別是在整個處理深度范圍內(nèi)的含水量普遍偏低的土質(zhì)中是不易采用的。

2.4 樁基礎(chǔ)法 樁基礎(chǔ)既是一種基礎(chǔ)形式也可看作是一種地基處理措施，是在地基中有規(guī)則的布置灌注樁或鋼筋混凝土樁，以提高地基承載能力。樁根據(jù)受力不同可分為端承樁和摩擦樁，這種地基處理方法在工業(yè)與民用建筑中使用較多，但樁基礎(chǔ)仍然存在淺在的隱患，地基一旦浸水，便會引起濕陷給建筑物帶來危害。在自重濕陷性黃土中浸水后，樁周土發(fā)生自重濕陷時，將產(chǎn)生土相對樁的向下位移對樁產(chǎn)生一個向下的作用力即負(fù)摩擦力。而且通過實(shí)踐證明，預(yù)制樁的側(cè)表面雖比灌注樁平滑，但其單位面積上的負(fù)摩擦力卻比灌注樁大。這主要是由于預(yù)制樁在打樁過程中將樁周土擠密，擠密土在樁周形成一層硬殼，牢固的黏附在樁側(cè)表面上，樁周土體發(fā)生自重濕陷時不是沿樁身而是沿硬殼層滑移，硬殼層增加了樁的側(cè)表面面積，負(fù)摩擦力也隨著增加，正是由于這股強(qiáng)大的負(fù)摩擦力至使樁基出現(xiàn)沉降，由于負(fù)摩擦力的發(fā)揮程度不同，導(dǎo)致建筑物地質(zhì)基礎(chǔ)產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻沉降，構(gòu)成基礎(chǔ)的剪切應(yīng)力，形成剪應(yīng)力破壞，這也正是導(dǎo)致眾多事故發(fā)生的主要因素。

2.5 預(yù)浸水法 濕陷性黃土地基預(yù)浸水法是利用黃土浸水后產(chǎn)生自重濕陷的特性，在施工前進(jìn)行大面積浸水使土體預(yù)先產(chǎn)生自重濕陷，以消除黃土土層的自重濕陷性，它只適用于處理土層厚度大于10m，自重濕陷量計(jì)算值不大于500mm的黃土地基，經(jīng)預(yù)浸法處理后，淺層黃土可能仍具外荷濕陷性，需做淺層處理。

預(yù)浸水法用水量大、工期長，一般應(yīng)比正式工程至少提前半年到一年進(jìn)行，浸水前沿場地四周修土埂或向下挖深50cm，并設(shè)置標(biāo)點(diǎn)以觀測地面及深層土的濕陷變形，浸水期間要加強(qiáng)觀測，浸水初期水位不易過高，待周圍地表出現(xiàn)環(huán)形裂縫后再提高水位，濕陷性變形的觀測應(yīng)到沉陷基本穩(wěn)定為止。預(yù)浸水法用水量大，對于缺水少雨、水資源貧乏地區(qū)，不易采用，當(dāng)土層下部存在隔水層時，預(yù)浸時間加大，工期延長，都將是影響工程的因素。

2.6 深層攪拌樁法 深層攪拌樁是復(fù)合地基的一種，近幾年在黃土地區(qū)應(yīng)用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡便、快捷、無振動，基本不擠土，低噪音等特點(diǎn)。

深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固機(jī)理是將水泥摻入粘土后，與粘土中的水分發(fā)生水解和水化反應(yīng)，進(jìn)而與具有一定活性的粘土顆粒反應(yīng)生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，這些新生成的化合物在水中或空氣中發(fā)生凝硬反應(yīng)，使水泥有一定的強(qiáng)度，從而使地基土達(dá)到承載的要求。

深層攪拌樁的施工方法有干法施工和濕法施工兩種，干法施工就是“粉噴樁”，其工藝是用壓縮空氣將固化材料通過深層攪拌機(jī)械噴入土中并攪拌而成。因?yàn)檩斎氲氖撬喔煞?，因此必然對土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量較低時，很容易出現(xiàn)樁體中心固化不充分、強(qiáng)度低的現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至根本沒有強(qiáng)度。在某些含水量較高的土層中也會出現(xiàn)類似的情況。因此，應(yīng)用粉噴樁的土層中含水量應(yīng)超過30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應(yīng)用更好。對于土的天然含水量過高或過低時都不允許采用。3 結(jié)語

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，應(yīng)根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，對地基處理選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別等重要地質(zhì)參數(shù)，通過經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。而不能一味的追求經(jīng)濟(jì)利益，對工程質(zhì)量視而不見，終將導(dǎo)致無可挽回的后果。

第三篇：濕陷性黃土地基處理

院 系：專 業(yè)：姓 名：學(xué) 號：

實(shí)

習(xí)

總

結(jié)

城市與環(huán)境學(xué)院 10級土木工程1班 任永強(qiáng) 0802100107 濕陷性黃土地基處理

一、黃土的分布及特征

黃土分布廣泛，在歐洲、北美、中亞等地均有分布面積達(dá)1300萬km2，占地球面積2.5%以上。我國是黃土分布面積最大的國家，總面積約64萬km2。西北、華北、山東、內(nèi)蒙古及東北等地均有分布。黃河中游的陜、甘、寧及山西、河南等省黃土面積廣、厚度大，屬黃土高原。

黃土是以粉粒為主，含碳酸鹽，具有大孔隙，質(zhì)地均一，無明顯層理而有顯著垂直節(jié)理的黃色陸相沉積物。

典型黃土具備以下特征: 1顏色為淡黃、褐黃和灰黃色?！?以粉土顆粒（0.075～0.005 mm）為主，約占60%～70%。○3含各種可溶鹽，主要富含碳酸鈣，含量達(dá)10%～30%，對黃土顆粒有一定○的膠結(jié)作用，常以鈣質(zhì)結(jié)核的形式存在，又稱姜石。

4結(jié)構(gòu)疏松，孔隙多且大，孔隙度達(dá)33%～64%，有肉眼可見的大孔隙、蟲○孔、植物根孔等。

5無層理，居柱狀節(jié)理和垂直節(jié)理，天然條件下穩(wěn)定邊坡近直立?！?具有濕陷性。○

二、黃土的成因及分類

黃土按成因分為原生黃土和次生黃土，一般認(rèn)為不具層理的風(fēng)成黃土為原生黃土。原生黃土經(jīng)過流水沖刷、搬運(yùn)和重新沉積而形成的為次生黃土，具有層理，并含有較多的砂礫和細(xì)礫。

黃土一般分為濕陷性黃土、非濕陷性黃土。在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土稱之為濕陷性黃土；在一定壓力下受水浸濕，無顯著附加下沉的黃土稱之為非濕陷性黃土。濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土、非自重濕陷性黃土。由于各地區(qū)黃土形成時的自然條件差異較大，因此其濕陷性也有較大差別，有些濕陷性黃土受水浸濕后的土的自重壓力下就產(chǎn)生濕陷，而另一些黃土受水浸濕后只有在土的自重壓力和附加壓力共同作用下產(chǎn)生濕陷，前者稱為自重濕陷性黃土，后者稱為非自重濕陷性黃土。一般將黃土開始濕陷時的相應(yīng)壓力稱為濕陷起始壓力，可看作黃土受水浸濕后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。當(dāng)濕陷性黃土實(shí)際所受壓力等于或大于土的濕陷起始壓力時，土就開始產(chǎn)生濕陷。反之，如果小于這一壓力，則黃土只產(chǎn)生壓縮變形，而不發(fā)生濕陷變形。

三、濕陷性黃土的工程性質(zhì)

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉，故在潤陷性黃土場地上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產(chǎn)生危害。

1、濕陷性黃土的顆粒組成

我國濕陷性黃土的顆粒主要為粉土顆粒，占總重量約60%～70%，而粉土顆粒中又以0.005mm～O.01mm的粗粉土顆粒為多，占總重約40.60%，小于0．005mm的粘土顆粒較少，占總重約14.28%，大于0．01m的細(xì)砂顆粒占總重在5%以內(nèi)，基本上無大于0.25mm的中砂顆粒。我國濕潤陷性黃土的顆粒從西北向東南有逐漸變細(xì)的規(guī)律。

黃土是干旱或半干旱氣候條件下的沉積物，在生成初期，土中水分不斷蒸發(fā)，土孔隙中的毛細(xì)作用，使水分逐漸集聚到較粗顆粒的接觸點(diǎn)處。同時，細(xì)粉粒、粘粒和一些水溶鹽類也不同程度的集聚到粗顆粒的接觸點(diǎn)形成膠結(jié)。粗粉粒和砂粒在黃土結(jié)構(gòu)中起骨架作用，由于在濕陷性黃土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接觸，能直接接觸的大多為粗粉粒。細(xì)粉粒通常依附在較大顆粒表面，特別是集聚在較大顆粒的接觸點(diǎn)處與膠體物質(zhì)一起作為填充材料。粘粒以及土體中所含的各種化學(xué)物質(zhì)如鋁、鐵物質(zhì)和一些無定型的鹽類等，多集聚在較大顆粒的接觸點(diǎn)起膠結(jié)和半膠結(jié)作用，作為黃土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然狀態(tài)下，由于上述膠結(jié)物的凝聚結(jié)晶作用被牢固的粘結(jié)著，故使?jié)裣菪渣S土具有較高的強(qiáng)度，而遇水時，水對各種膠結(jié)物的軟化作用，土的強(qiáng)度突然下降便產(chǎn)生濕陷。

2、濕陷性黃土的濕度和密度

濕陷性黃土之所以在一定壓力下受水時產(chǎn)生顯著附加下沉，除上述在遇水時顆粒接觸點(diǎn)處膠結(jié)物的軟化作用外，還在于土的欠壓密狀態(tài)，干旱氣候條件下，無論是風(fēng)積或是坡積和洪積的黃土層，其蒸發(fā)影響深度大于大氣降水的影響深度，在其形成過程中，充分的壓力和適宜的濕度往往不能同時具備，導(dǎo)致土層的壓密欠佳。接近地表2--3米的土層，受大氣降水的影響，一般具有適宜壓密的濕度，但此時上覆土重很小，土層得不到充分的壓密，便形成了低濕度、高孔隙率的濕陷性黃土。濕陷性黃土在天然狀態(tài)下保持低濕和高孔隙率是其產(chǎn)生濕陷的充分條件。

3、濕陷性黃土的壓縮性

壓縮性反映地基土在外荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形的大小。對濕陷性黃土地基而言，壓縮變形是指地基土在天然含水量條件下受外荷載作用時所產(chǎn)生的變形，它不包括地基土受水浸濕后的濕陷變形。

一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的濕陷性黃土多為中等偏低，少量為低壓縮性土；晚更新世末期和全新世黃土多為中等偏高，有的甚至為高壓縮性土，新近堆積黃土的壓縮性多數(shù)較高。

4、黃土的抗剪強(qiáng)度

黃土的抗剪強(qiáng)度主要取決于土的含水量和密實(shí)程度。當(dāng)含水量越低，密實(shí)程度越高，則抗剪強(qiáng)度越大。當(dāng)黃土的天然含水量低于塑限時，水分變化對強(qiáng)度影響最大，隨含水量的增加，土的內(nèi)摩擦角和黏聚力都降低較多，但當(dāng)天然含水量大于塑限時，含水量對抗剪強(qiáng)度的影響減小，而超過飽和含水量時，抗剪強(qiáng)度變化不大。當(dāng)土的含水量相同，則密實(shí)程度越大，即土的干重度越大，抗剪強(qiáng)度越大。在浸水過程中，黃土濕陷處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，此時，土的抗剪強(qiáng)度降低最多，但當(dāng)黃土的濕陷壓密過程已基本結(jié)束，此時土的含水量雖然很高，但抗剪強(qiáng)度卻高于濕陷過程。因此，濕陷性黃土處于地下水位變動帶時，其抗剪強(qiáng)度最低，而處于地下水位以下的黃土，抗剪強(qiáng)度反而高些。

四、濕陷性黃土地基的處理原則

《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025-2004）對濕陷性黃土地區(qū)建筑物的設(shè)計(jì)和施工按建筑物的類別及場地的濕陷類型、等級相應(yīng)提出了不同的措施要求。其中設(shè)計(jì)措施分為地基處理措施、防水措施和結(jié)構(gòu)措施。各類建筑物的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物的分類和場地土的濕陷類型、濕陷等級采取以地基處理為主的綜合措施。地基處理措施主要用于改善土的物理學(xué)性質(zhì),減少或消除地基的濕陷變形；防水措施和結(jié)構(gòu)措施一般用于地基不處理或用于消除地基部分濕陷量的建筑，以彌補(bǔ)地基處理的不足。

對地基受水浸濕可能性大或?qū)Σ痪鶆虺两涤幸欢ㄏ拗频囊话愎I(yè)與民用建筑物，即乙類建筑物，設(shè)計(jì)措施的原則是當(dāng)?shù)鼗l(fā)生濕陷時,能保證主體結(jié)構(gòu)安全,次要部位易于修復(fù)。在Ⅱ級,Ⅲ級自重濕陷性黃土地基上的乙類建筑及丙類建筑物，若以地基處理為主時,其處理厚度應(yīng)控制剩余濕陷量分別小于20 cm和30 cm ,并且應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆浪胧┖徒Y(jié)構(gòu)措施；如以防水措施為主時,仍不能忽視地基處理的重要性,盡量減少地基的剩余濕陷量,以保護(hù)防水措施免遭破壞。

五、濕陷性黃土地基處理的方法

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的地基土質(zhì)和不同的結(jié)構(gòu)物，地基處理應(yīng)選用不同的處理方法。在勘察階段，經(jīng)過現(xiàn)場取樣，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經(jīng)濟(jì)分析比較，綜合考慮工藝環(huán)境、工期等多方面的因素。最后選擇一個最合適的地基處理方法，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。

濕陷性黃土地基的處理方法依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）推薦有換填墊層法、重錘表面夯實(shí)法、強(qiáng)夯法、預(yù)浸水法、擠密法、樁基礎(chǔ)法等。

1、換填墊層法

換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，應(yīng)根據(jù)建筑體型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)、巖土工程條件、施工機(jī)械設(shè)備及填料性質(zhì)和來源等進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行換填墊層的設(shè)計(jì)和選擇施工方法。該法是將基礎(chǔ)底面以下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后以質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定、具有抗侵蝕性的填料分層填充，并同時以人工或機(jī)械方法分層壓、夯、振動，使之達(dá)到要求的密實(shí)度，成為良好的人工地基。

墊層可以選用的填料有砂石（包括碎石、卵石、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑，應(yīng)級配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)）、粉質(zhì)粘土（用于濕陷性黃土的粉質(zhì)粘土墊層，土料中不得夾有磚、瓦和石塊）、灰土（土料宜用粉質(zhì)粘土，石灰用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5㎜，體積配合比宜為2：8或3：7）、粉煤灰、礦渣（指高爐重礦渣，可分為分級礦渣、混合礦渣及原狀礦渣）、其他工業(yè)廢渣（要求質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害）、土工合成材料等。

經(jīng)該方法處理過的人工地基或墊層，可以把上部荷載擴(kuò)散到下面的下臥層，以滿足上部建筑所需的地基承載力和減少沉降量的要求。當(dāng)墊層下面有較軟土層時，也可以加速軟弱土層的排水固結(jié)和強(qiáng)度的提高。此法用于濕陷性黃土地基可以消除地基的濕陷性。

2、重錘表面夯實(shí)法

重錘表層夯實(shí)是在基坑內(nèi)的基礎(chǔ)底面標(biāo)高以下待夯實(shí)的天然土層上進(jìn)行的。它與換填土墊層法相比,可少挖土方工程量,而且不需要回填，其夯實(shí)土層與土墊層的作用基本相同。

重錘表層夯實(shí)加固原理是將18～30KN的重錘提高到4～5m后自由落下，并如此重復(fù)夯打，使土的密度增大，土的物理力學(xué)性質(zhì)改善，以減少或消除地基的變形。

在重錘夯實(shí)區(qū)域附近有建筑物以及正在進(jìn)行砌筑工程或澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)注意防止建筑物、砌體和混凝土因受振動而產(chǎn)生裂縫，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

3、強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法的加固原理是利用夯錘自由落下產(chǎn)生的沖擊波使地基密實(shí)。這種沖擊引起的振動在土中以波的形式向地下傳播。這種振動波可分為體波和面波兩大類。

強(qiáng)夯理論認(rèn)為：壓縮波大部分通過液相運(yùn)動，使孔隙水壓力增大，同時使土粒錯位，土體骨架解散，而隨后的剪切波使土顆粒處于更加密實(shí)的狀態(tài)。

現(xiàn)在一般的看法是，地基經(jīng)強(qiáng)夯后，其強(qiáng)度提高過程可分為：夯擊能量轉(zhuǎn)化，同時伴隨強(qiáng)制壓縮或振密；土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞；排水固結(jié)壓密；觸變恢復(fù)并伴隨固結(jié)壓密。

4、預(yù)浸水法

采用預(yù)浸水法處理地基，應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)浸水坑邊緣至既有建筑物的距離不宜小于50m，并應(yīng)防止由于浸水影響附近建筑物和場地邊坡的穩(wěn)定性。

(2)浸水坑的邊長不得小于濕陷性黃土土層的厚度，當(dāng)浸水坑的面積較大時，可分段進(jìn)行浸水。

(3)浸水坑內(nèi)的水頭高度不宜小于300mm，連續(xù)浸水時間以濕陷變形穩(wěn)定為準(zhǔn)，其穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為最后5d的平均濕陷量小于1mm/d。

(4)預(yù)浸水法宜用于處理濕陷性黃土層厚度大于10m，自重濕陷量的計(jì)算值不小于500mm的場地。浸水前宜通過現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)確定浸水時間、耗水量和濕陷量等。

5、擠密法

灰土擠密樁或土擠密樁通過成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)的土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將備好的灰土或素土（粘性土）分層填入到樁孔內(nèi)，并分層搗實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。用灰土分層夯實(shí)的樁體，稱為灰土擠密樁；用素土分層夯實(shí)的樁體，稱為土擠密樁。二者分別與擠密的樁間土組成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)的上部荷載。夯實(shí)水泥土樁也屬于擠密樁

灰土擠密樁和土擠密樁，在消除土的濕陷性和減小滲透性方面，其效果基本相同或差別不明顯，但土擠密樁地基的承載力和水穩(wěn)性不及灰土擠密樁。

6、樁基礎(chǔ)法 可使用各種類型的樁穿透濕陷性土層，把上部結(jié)構(gòu)的荷載通過樁尖(或擴(kuò)大頭)傳到非濕陷性土層上。樁基礎(chǔ)起著向深處傳遞荷載的作用,而不在于消除土體本身的濕陷性。濕陷性黃土浸水后樁身與土之間的摩擦力大大降低,在自重濕陷性黃土中還會產(chǎn)生負(fù)摩擦力。爆擴(kuò)樁一般適用于穿透不大于8 m 的濕陷性黃土層。對非自重濕陷性黃土地基，其擴(kuò)大頭應(yīng)支撐在壓縮性較低的非濕陷性土層上，對自重濕陷性黃土地基則應(yīng)支撐在密實(shí)的非濕陷性土層上。機(jī)械或人工成孔的灌注樁和預(yù)制樁可用于穿透厚度較大的濕陷性黃土層。擴(kuò)底灌注樁的支撐條件應(yīng)與爆擴(kuò)樁的要求相同。不擴(kuò)底的灌注樁和預(yù)制樁應(yīng)支撐密實(shí)的非濕陷性土層或巖層上。

六、建議

上述幾種濕陷性黃土地基的處理方法,近年來在工程建設(shè)中被廣泛使用,都取得了良好的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,對濕陷性黃土地基的處理方法會越來越多,效果也會越來越好。地基處理的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)符合技術(shù)先進(jìn)、確保質(zhì)量、安全適用和經(jīng)濟(jì)合理的要求。各種地基處理方法都有一定的適用范圍，在選用時一定應(yīng)特別重視。建議用多因素法優(yōu)選地基處理方案，因地制宜特別重要。只有在濕陷性黃土的處理過程中，仔細(xì)琢磨、因地制宜采取合適的方法，提高從事處理濕陷性黃土工作隊(duì)伍的整體素質(zhì)，并且要注意環(huán)境，不能造成環(huán)境的污染，廣泛發(fā)展適用于各地、各種條件下處理方法，避免片面性，才能保證及延長建筑的使用壽命。

第四篇：濕陷性黃土鐵路路基病害整治技術(shù)研究

寒冷地區(qū)路基凍害整治（2006-3）

[ 2006-9-28 ]

鐵建齊齊哈爾勘測設(shè)計(jì)院 蔡松昆

路基凍害是嚴(yán)寒地區(qū)影響鐵路安全及正常運(yùn)營的常見病害，它與寒冷的氣候有關(guān)，冰凍線能達(dá)到相當(dāng)深度，又涉及到土的特性。在哈局管內(nèi)的各種路基病害中，路基凍害因其分布廣、時間長、工作量大、影響行車非常嚴(yán)重而占首位。如何整治路基凍害，減少維修養(yǎng)護(hù)工作量，確保行車安全受到各級領(lǐng)導(dǎo)高度重視。

路基表層凍害的防治

一是排水及隔水。其目的在于排除地表水或降低疏導(dǎo)地下水，以及隔斷下層水，以消除或減少路基土體的凍脹。具體措施包括：地表排水——通過修建側(cè)溝、天溝、排水溝、排水槽、截水溝等，盡一切可能使地表排水暢通，并將大量地表水由橋梁及涵洞排走；基床排水——通過基床整形（平整基床及路肩）、挖除道碴陷槽、路肩換滲水性土壤、加設(shè)橫向盲溝、縱向盲溝、橫向排水管等排水；排除地下水——通過截水明溝、滲水暗溝（截水滲溝、邊坡滲溝、支撐滲溝）、滲水隧洞等排水；隔水——利用塑料薄膜、聚苯乙烯薄板、聚氯乙烯軟板材料制成的隔水層或樹脂類注入等方式，隔斷毛細(xì)水的上升及隔斷冬季土凍結(jié)時所產(chǎn)生的水分向上遷移。

二是改土。其目的是換除路基土體中的不均勻土質(zhì)或改良土的性質(zhì)，以消除或減少路基土體的凍脹。

三是隔溫。其目的是使凍脹性土脫離凍結(jié)層或部分脫離凍結(jié)層，從而消除或減少路基土體的凍脹。

路基深層凍害的防治

路基深層凍害產(chǎn)生在路基基床土體的下部。根據(jù)均質(zhì)土體的凍脹情況來看，凍脹強(qiáng)度最大的部位均發(fā)生在路基表層，只有當(dāng)?shù)叵滤惠^接近最大凍結(jié)深度時或在最大凍結(jié)深度內(nèi)時，則最大的凍脹才發(fā)生在下部。只有當(dāng)開式析冰系統(tǒng)時，其下部的凍脹土才產(chǎn)生一定的凍脹，而且凍脹發(fā)生在凍結(jié)期的后期（約2～3月份）。所以防治深層凍害主要是整治地下水。

多年凍土地區(qū)路基的構(gòu)成，其上部為季節(jié)融化層，下部為多年凍土層。所以它除了上部的季節(jié)融化層具有季節(jié)凍土地區(qū)路基凍害的特點(diǎn)外，下部則有多年凍土路基的特殊病害——路基熱融沉陷、路基凍融坍塌、路塹邊坡熱融滑坍及路堤邊坡表層滑坍。多年凍土地區(qū)路基特殊病害的防治總的概括為兩大類：一是在使用中保持土凍結(jié)狀態(tài)的原則（即采用保溫措施等），這種原則適用于含冰豐富的凍土或厚層地下冰地帶；二是在使用中凍土可以融化或局部融化，或控制融化速度，這一原則一般使用于厚度較薄的凍土層或含冰量局部較大的島壯凍土地帶。

路基凍害成因

牙林線k92+00～k92+845位于巖山—育林區(qū)間，為連續(xù)并垂直銜接的多年凍土地帶，年平均氣溫-2℃，多年凍土上限為0.9m，線路位于陽坡溝谷地段，地勢較平坦，路堤高1.5m，路塹高1.3m，路堤填料為砂粘土。線路右側(cè)有兩處積水坑，形成潛流及滲透作用。地表塔頭草及灌木叢生，泥炭層厚0.4m，基底凍結(jié)上限下降大于1.50m，上限以下為冰土互層（含冰40%）,冬季形成凍害，最大凍高150mm，夏季融后流動路基下沉累計(jì)達(dá)900mm。下沉?xí)r間為7～9月，尤以雨后為大。

地溫動態(tài)：基底地溫明顯升高，在路基面以下5m深度范圍內(nèi)，一般較自然地溫高2～5℃，多年凍土上限比正常的0.9m下降1.5m，剖面成U型槽，且偏于路基中心的右側(cè)。在基底下地溫最低時仍有0～0.3℃的正常溫存在。

水溫水位動態(tài)：凡路基凍害較大及路基嚴(yán)重下沉地段的基底融化槽內(nèi)均存在自由水，它們由線路右側(cè)的積水坑補(bǔ)給，透過基底，并在基底進(jìn)行熱交換。

上述地質(zhì)地貌和病害特點(diǎn)可知，基底富冰凍土是路基下沉的內(nèi)部原因，積水坑水的滲入及積存所引起的熱交換作用則是其外部原因。每年10月份進(jìn)入凍結(jié)階段，氣溫逐漸下降到0℃以下，路基土層中的水分逐漸凍結(jié)，凍結(jié)層對下層未凍土中的自由水有較大的吸附作用，積水坑的水源不斷地補(bǔ)充到凍結(jié)層，使得凍脹體不斷增大，形成凍害。地表塔頭泥炭產(chǎn)生壓縮下沉，惡化了地表的徑流條件。由于近距離內(nèi)無縱向排水設(shè)備，造成積水坑長期積水，并向基底內(nèi)滲入。因?yàn)樗芯薮蟮臐摕?，使基底多年凍土的自然熱平衡條件遭到破壞，導(dǎo)致多年凍土上限下降，使含水量甚大的淤泥質(zhì)砂粘土層在融化的同時，不但強(qiáng)度急劇下降，還產(chǎn)生壓塑變形，從而形成融化槽。

路基凍害及融沉的整治

根據(jù)路基凍害及融沉產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)，確定整治原則是保護(hù)多年凍土，隔離積水坑向基底滲入的水源，消除熱源，采取必要的保溫措施，以促使融化槽消失，從根本上改變基底的熱平衡狀態(tài)以達(dá)到徹底根治的目的。即采用EPS板保溫層和土工布擋水層相結(jié)合的綜合整治措施，具體方案如下：

在k92+000～k92+460及k92+660～k92+845處線路右側(cè)（積水坑側(cè)）路基坡角處開挖深2.7 m，寬0.5m的溝，溝的右側(cè)鋪設(shè)不透水土工布進(jìn)行封閉，然后向溝內(nèi)回填原狀土，并將土工布向路基邊坡處回折覆蓋在回填土表層，土工布上邊夯填長1.5m、厚20cm的原狀土。按4‰的坡度向路基外順坡。

在k92+450～k92+845處路基面下0.2m處鋪設(shè)厚 5cm、寬7.5m的EPS板保溫層，EPS板上、下各設(shè)20cm厚的砂墊層。路肩夯填 0.2m厚的土毛子（應(yīng)在春融前施工）。

采用上述措施的目的是不允許積水坑的水向基底內(nèi)滲入，由于EPS板的保溫隔熱功能對多年凍土起到了保護(hù)作用，提高基底多年凍土的上限，以消除路基凍害和熱融下沉，尤其在春融期線路回落平穩(wěn)，整治效果顯著?！?/p>

第五篇：濕陷性黃土對鐵路工程的影響研究

濕陷性黃土對鐵路工程的影響研究期刊門戶-中國期刊網(wǎng)2009-7-16來源:《企業(yè)技術(shù)開發(fā)(下半月)》2009年第4期供稿文/宋建波

[導(dǎo)讀]本文對黃土的成因、黃土的濕陷性及敏感性、黃土的濕陷性對樁基沉降的作用、黃土濕陷處理措施以及黃土路基工后沉降評估問題進(jìn)行了分析和研究。

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濕陷性黃土對鐵路工程的影響研究

宋建波

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津300450）

作者簡介：宋建波，中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司。

摘 要：黃土在天然含水率時一般呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)且具有較高的強(qiáng)度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，部分黃土即使在其自重作用下也會發(fā)生劇烈的沉陷，強(qiáng)度也隨之迅速降低。本文對黃土的成因、黃土的濕陷性及敏感性、黃土的濕陷性對樁基沉降的作用、黃土濕陷處理措施以及黃土路基工后沉降評估問題進(jìn)行了分析 和研究。

關(guān)鍵詞：濕陷性；黃土；鐵路工程

由于黃土特殊的工程性質(zhì)(水敏性、大孔性、結(jié)構(gòu)性)，黃土地區(qū)的鐵路工程建設(shè)常常會出現(xiàn)多種工程病害，如深挖方邊坡的坍塌，高填方路堤的不均勻沉降，地基 承載力低，高濕度黃土中隧道的塌方和既有線黃土隧道出現(xiàn)拱部裂縫，樁基因負(fù)摩擦作用的變形和破壞等多方面的問題。其中黃土濕陷性問題最為突出，給鐵路運(yùn)營 和養(yǎng)護(hù)帶來的危害也最大。天然黃土在上覆土的自重壓力作用下，或在上覆土的自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉 的，稱為濕陷性黃土。當(dāng)黃土作為建筑物地基時，為了恰當(dāng)考慮濕陷對建筑物的影響，需采取相應(yīng)的措施，分析、判別黃土是否屬于濕陷性的、其濕陷性強(qiáng)弱程度以 及地基濕陷類型和濕陷等級，是黃土地區(qū)工程勘察與評價的核心問題和工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。黃土的成因

黃土是一個復(fù)雜而巨大的地質(zhì)系統(tǒng)，因此，關(guān)于黃土成因的研究，己有百余年的歷史，中外學(xué)者先后提出了十多種不同成因的假說，其中主要是風(fēng)成說、水成說和多 成因說三大類型。一般認(rèn)為，典型的、或原生的黃土主要是風(fēng)成黃土。黃土狀土或次生黃土多為其他成因的黃土(如沖積，洪積，坡積，湖泊沉積，冰水沉積，洪積 一坡積，洪積一沖積，殘積一坡積，沖積一坡積等)或經(jīng)過其它營力改造過的風(fēng)成黃土。

2黃土的濕陷性及敏感性

黃土的濕陷性是指黃土在天然低濕度下往往具有明顯的高強(qiáng)度和低壓縮性，但遇水浸濕后會發(fā)生變形大幅度突增和強(qiáng)度也隨之迅速降低的現(xiàn)象。對黃土濕陷性的研 究，主要側(cè)重于濕陷機(jī)理、影響因素、指標(biāo)選擇、評價方法以及工程應(yīng)用諸方面。近年來，黃土工程性質(zhì)的研究出現(xiàn)了由側(cè)限壓縮到三軸壓縮，由常規(guī)三軸應(yīng)力路徑 到多種復(fù)雜應(yīng)力路徑，由浸水濕陷量到濕陷敏感性，由狹義的浸水(飽

和)濕陷到廣義的增濕濕陷，由單調(diào)的增濕變形到增、減濕和間歇性的濕陷變形，由增(減)濕路徑到增(減)濕路徑與加(卸)荷路徑的禍合，由濕陷性到濕剪性以及由宏觀特性分析到宏、微觀結(jié)合的力學(xué)特性分析等諸多方面的發(fā)展，豐富了對黃土濕陷性 的認(rèn)識，縮短了黃土濕陷性與工程實(shí)際應(yīng)用之間的距離。濕陷類型和濕陷等級不能完全表達(dá)濕陷性黃土的全部工程性質(zhì)，對于自重濕陷性黃土，還應(yīng)研究濕陷敏感 性。根據(jù)敏感性指標(biāo)，可將自重濕陷性黃土地基按敏感性分為:很敏感、不很敏感、不敏感三類，對濕陷量(等級)相同但敏感性不同的自重濕陷性黃土應(yīng)區(qū)別對 待。黃土的濕陷性對樁基沉降的作用

濕陷性黃土地基中單樁在豎向荷載作用下的沉降量由樁體自身的彈性壓縮變形、樁底下部土體在自重應(yīng)力作用下的變形以及樁底下部土體在附加應(yīng)力(包括負(fù)摩擦 力)作用下的變形三部分組成。影響單樁沉降的因素很多，主要因素包括樁長、樁與土的相對壓縮性、土層性質(zhì)、荷載大小以及荷載作用時間、樁側(cè)樁端各自分擔(dān)的 荷載比及樁側(cè)阻力沿樁身的分布圖式等。一般而言，單樁沉降量隨樁的長徑比和樁土剛度比的減少而增大，隨樁底處持力層的彈性模量與樁周土的彈性模量之比值的 增大而減小。濕陷性黃土地基中的樁基由于黃土的浸水濕陷在樁體側(cè)壁上形成負(fù)摩擦力，負(fù)摩擦力產(chǎn)生的下拉荷載必然加大樁基的沉降，因此，濕陷性黃土地基中單 樁的沉降量除上述這些影響因素外，還有負(fù)摩擦力的影響。所以，在驗(yàn)算樁基沉降時需考慮負(fù)摩擦力的作用。就黃土的濕陷性對樁基沉降的影響而言，負(fù)摩擦力值越 大，中性點(diǎn)越低，下拉荷載就越大，對樁基沉降的影響也就越顯著。黃土的濕陷性對樁基沉降的主要作用有:

①濕陷性黃土層越厚，濕陷等級越高，對樁基沉降的影響越大。

②同一種黃土，當(dāng)含水率較低時，負(fù)摩擦力相對較大，對樁基沉降的影響也大，隨著含水率的增大，負(fù)摩擦力會減小，對樁基沉降的影響也會減少。

③樁的長徑比越小，截面剛度越大，負(fù)摩擦力越大，中性點(diǎn)也越深，對樁基沉降的影響也越大。

④樁底持力層的剛度越大，樁受到的負(fù)摩擦力越大，中性點(diǎn)深度越深，對樁基沉降的影響越大。黃土濕陷處理措施

當(dāng)黃土地基的濕陷變形、壓縮變形或承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時，要針對不同的建筑類別和黃土的濕陷特點(diǎn)，采用經(jīng)濟(jì)合理的處理措施。目前我們已經(jīng)由早期的大開 挖逐漸發(fā)展到后來的墊層(灰土或砂石)、強(qiáng)夯(表面強(qiáng)夯、深孔強(qiáng)夯、置換強(qiáng)夯)、擠密(灰土樁，水泥土樁，二灰樁、DDC)、沉樁(預(yù)制打入樁、鉆孔灌注 樁、大徑擴(kuò)底灌注樁、水泥攪拌樁)、化固(單液法，雙液法，堿液法，水泥漿灌注法)和預(yù)濕等，這些方法與設(shè)計(jì)中基本防水，檢漏防水和嚴(yán)格防水等不同的等級 以及施工中的施工防水等防水處理措施的結(jié)合成了黃土地基設(shè)計(jì)施工中的一個重要理念。黃土一般為粉質(zhì)赫土或粉土，當(dāng)用黃土直接作填料用于鐵路建設(shè)當(dāng)中時，其 壓實(shí)性質(zhì)、穩(wěn)定性和水穩(wěn)性均較難達(dá)到路基工程的要求，因此需將黃土進(jìn)行改良填筑，其黃土改良方法主要是摻加水泥、石灰等摻和料，這樣改良后黃土的強(qiáng)度、變 形特征、水穩(wěn)性都會有大的改善和提高。黃土路基工后沉降評估

路基的變形一般可分為路基的工后沉降和路基的彈性變形及塑性變形兩類。工后沉降為路基竣工開始鋪軌后產(chǎn)生的沉降，它由路基本體的壓密變形和地基的沉降變形 兩部分組成。實(shí)測資料表明，當(dāng)填料及壓實(shí)度滿足要求時路基填筑部分的壓密沉降僅占填土高度的0.1—0.5%，且一般在一年左右即可完成，所以，路基工后 沉降主要是由地基沉降引起的沉降量。工后沉降的控制是路基上鋪設(shè)無碴軌道的關(guān)鍵，在鋪設(shè)無碴軌道之前，為保證路基的工后沉降和變形符合設(shè)計(jì)要求，必須對路 基變形作系統(tǒng)的評估。勘察設(shè)計(jì)階段，可根據(jù)地質(zhì)條件、土層物理力學(xué)參數(shù)、填土高度、地基加固措施、工期等計(jì)算總沉降量及工后沉降量，以便選擇合理的地基加 固措施。由于地層的不均勻性、參數(shù)選取的精度、計(jì)算方法的局限性以及施工過程等因素的影響，設(shè)計(jì)階段的沉降計(jì)算只能是一種估算，其精度難以滿足客運(yùn)專線標(biāo) 準(zhǔn)要求。因此，客運(yùn)專線沉降控制必須根據(jù)施工期間和路基填筑完成或施加預(yù)壓荷載后不少于6個月的觀測期和調(diào)整期的實(shí)測沉降數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)方法對最終沉降 量、沉降速率、工后沉降量進(jìn)行推算，借此確定鋪軌時間。結(jié)語

由于黃土工程地質(zhì)性質(zhì)的復(fù)雜性，因此需要進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域黃土的地貌特征、成因、地層結(jié)構(gòu)特征、物理力學(xué)性質(zhì)和濕陷性特征對浸水試驗(yàn)工點(diǎn)濕陷性結(jié)果的差異性做出合理的解釋和分析，為鐵路建設(shè)的濕陷性問題提供可靠的數(shù)據(jù)支持以及處理方法。

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