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1、湿陷性黄土路基施工工法GGG （中企）A2002-2008李海鹏 程五胜 方劲松 祁鹏 喻进全 彭河宽 钟才根 雷雨亮 杨勇（安通建设有限公司 北京市海龙公路工程公司）任世杰 于建军 李岩 陶帅 任睿铁（中铁九局集团有限公司）1 前言黄土是第四纪形成的沉积物，是一种具有大孔隙、高压缩性 和湿陷性的特殊粘性土；黄土的物理性质表现为疏松、多孔隙， 垂直节理发育，极易渗水，且有许多可溶性物质，很容易被流水 侵蚀形成沟谷，也易造成沉陷和崩塌，在我国分布很广，总面积 达 63 万 km2 。根据湿陷性大小，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷 性黄土。湿陷性黄土又可细分为自重和非自重湿陷性。从力学性 质角度分析，
2、黄土变形分压缩性变形和湿陷性变形。前者是指黄 土在荷载作用下且含水量不变情况下所产生的垂直变形；后者指 在荷载和浸水共同作用下，由于结构遭受破坏而发生的垂直变 形，这是黄土的重要性质。1.1 黄土的结构特征及湿陷机理 黄土具有大孔隙、竖向节理等特征。我国黄土的显微结构有 明显的区域性变化规律,由西北部的粒状架空接触式结构逐渐过 度到东南的凝块胶结式结构.构成黄土结构体系的支柱是骨架颗 粒,颗粒的排列方式决定结构体系的稳定性 .由于气候干燥 ,在黄 土形成过程中形成了粒状架空接触式结构,其微观特点如下:1.1.1 骨架颗粒的形态黄土骨架颗粒主要有粒状和凝块状两种 ,在甘肃分布的黄土 一般为碳酸盐
3、牢固胶结 ,有较大的刚性,由于气候干燥 ,加固粘聚 力阻碍了土体有效压密从而形成以粒状为主的结构 .在浸水条件 下易产生强烈湿陷.1.1.2 骨架颗粒的连接形式和排列方式 骨架颗粒分点接触和面胶结两种 , 湿陷性黄土属点接触连 接,其直接接触面很小,连接强度主要由接触点处的盐晶胶形成的 加固粘聚力所成.在水浸入时,部分盐晶溶解,削弱了连接强度,即 使在较小的压力下,这种连接也极易破坏.这种点接触导致一定数 量的颗粒松散堆积形成大孔隙、架空孔隙排列,因而极易湿陷。1.1.3 黄土的湿陷机理在干旱和半干旱的条件下形成的黄土，由于蒸发量大，水分 不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固粘聚力，在黄土
4、湿 度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的加固粘聚 力，因而形成欠压密状态，一旦受水浸湿，加固粘聚力消失，就 产生湿陷。1.1.4 湿陷性黄土的工程力学特点 由于黄土大孔隙、架空孔隙等结构特点，在工程力学上表现 出高压缩性，抗剪强度随含水量增加，迅速降低等特点。受水侵 蚀后，就会产生很大的变形，引起不均匀沉降，造成建筑物的破 坏。在黄土地区修建设高速公路的路基稳定性问题一直是行业内 的一个难题。1.2 工法的产生及应用1.2.1 在山西省汾（阳）柳（林）高速公路施工中，安通建 设有限公司会同同济大学岩土工程系钟才根副教授等相关部门 共同进行科学研究试验，精心采集数据，确定了综合运用强夯
5、、 重锤夯实、挖台阶、土工格栅等处理湿陷性黄土高填方路基的“湿 陷性黄土路基施工工法”，该工法先后在汾柳高速公路、离军高 速公路、树徐高速公路等工程项目施工中获得推广应用。工程实 践证明，该方案可处理黄土的不良地质特性如湿陷性、膨胀性， 保证高填方路基的施工质量，为同类高速公路路基施工提供了依 据。1.2.2 中铁九局集团有限公司所承建的阜新至朝阳高速公路22标段（K449 + 100 K458 + 500 ）经过地区大部分为湿陷性黄 土。为确保路基、桥涵施工质量，采用该湿陷性黄土路基施工工法，通过现场实际研究和多次监测数据确定合理的强夯作业标 准，解决湿陷性黄土强夯处理中的诸多技术问题，得到
6、了良好的 效果。2 工法特点本工法综合采用强夯、重锤夯实、挖台阶、土工格栅等易操 作的施工方法，在处理湿陷性黄土不良地质特性方面取得了良好 的效果，对比换土法、化学加固法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩 法、CFG（水泥粉煤灰碎石桩）法、夯坑置换法、压力灌注浆法等， 具有如下显著特点：1 ）费用低。2 ） 可操作性强，施工工艺简 单。3 ）工程质量有保证，工后沉降量小，沉降均匀，稳定时间 短。4）施工进度快，效率高。5）适用土质广。3 适用范围 本工法适用于黄土地区路基施工，特别能够处理黄土的湿陷 性、膨胀性等不良物理特性给工程施工造成的影响。4 工艺原理 湿陷性黄土地区修建高速公路往往要克服多种不
7、良地质特 性，采用单一的处理方法很难处理好高填方的黄土路基施工质 量。本工法采用多种方法综合利用，分别从黄土地区的地基基底、 填挖处理、强夯、压实、土工格栅加固、防水等各各方面综合整 治黄土的不利因素，并在施工中采用大功率压实机械保证路基压 实度，从而消除部分湿陷性，保障高填方黄土路基的施工质量。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图（图 5.1）施工准备图5.1湿陷性黄土路基施工工艺流程图施工放样5.2清表开工伊始，全线调查，路基外两侧30m范围内黄土陷穴全 部进行处理，陷穴较浅的的开HI夯实回填。离路槽近的薄弱点， 用强夯处理，陷穴较深的用砂粒回填料三 将横穿路基的地表水排除，以
8、确保路基的稳定。路基填筑前，用人工对路基用地范围内的草皮清理，并将其 运至指定地点。采用推土机 的原地面以下300mm内的草皮、树根、表土、腐质土等有机物 残渣和垃圾，并将其规整地堆放到征用的弃土场内。5.3防排水设施路基开始施工时，路基基底为湿陷性黄土时挖方地段应先作 好截水沟，避免水流冲刷边坡质量检验成空洞、|陷穴。填方地段应先 挖开排水沟，排除流向路基的地表水羔证水流畅通。施工前做 好路基排水十分重要，为保证施工生产的顺利进行，在业主提供 的征地界内I衣据设计图!纸纵向边沟的位置”开挖出与设计宽度、 深度基本一致的排水沟，控制好排水沟的纵坡，保证路基地表水 能够顺利排出，一般场地清理完后
9、，应全面进行填前整平碾压。 地上与地下排水构造物均应采取防渗措施，以减少地基湿陷性沉基底处理、防排水处理路面整修灰土封口处理。力争作业清除路基用地范围内降。路基在施工过程中，必须做好临时排水工程、（如急流槽、 截水沟等），防止路基浸泡，严禁雨水冲刷上、下边坡。对液限 大于50%，塑性指数大于26的土，以及含水量超过规定要求的土，不得直接作为路堤填料。5.4 摊铺整平和焖料5.4.1 摊铺整平黄土路基填筑采用水平分层、纵向分段填筑压实的方法施 工。每层填筑土松铺厚度不得大于35cm，压实厚度不得超过30 cm，纵向分段长度一般以200m左右为宜。在基底处理交验后， 由测绘人员精确放出路基中线及坡
10、脚线 （放线时注意每侧要比设 计宽度超宽50cm，以保证路基边缘压实度，并撒出三条白灰线， 在坡脚线上每隔10m插一根用油漆刷成红白相间间距30cm的竹 制标杆，在路基中线上每隔 10m 做一个土标高台（高度等于松 铺厚度），再根据自卸汽车的吨位和土的压实系数，用石灰粉划 出每车土所占的位置，由专人负责指挥车辆卸土。填料摊铺整平使用推土机进行初平，再用平地机进行终平， 控制层面无局部的凹凸。对于黄土填料，平整面做成向两侧倾斜 4%的横向排水坡。为有效控制每层松铺厚度初平时应用水准仪 控制每层的松铺厚度。5.4.2 焖料黄土的含水量大都在 9%左右，最佳含水量在 12%14%之 间，在最佳含水量
11、情况下采用 LT220 压路机强振 4 遍即可达到 93%的压实度，而 9%左右则需要强振 8 遍才能达到相应的压实 度，可见提高含水量更加经济，促进施工进度。可采用洛阳铲在 取土场打孔梅花状布孔，孔径间隔35mo孑L深2m，孔径30cm， 注水焖料 3d 左右才能保证含水量均匀，或在取土场挖坑槽，注 水后加土覆盖。路基上土尽量在夜间进行，填土前要洒水润湿， 摊铺后如含水量低于最佳含水量，要进行洒水，焖料2 3h后 进行压实。路基填筑土方的含水量应控制在最佳含水量 +2%之 内。5.5 路基填筑5.5.1 路基填料要均匀，不得含有大土块。路基填筑完成后， 全线（除桥梁外）铺 15cm 厚砂砾，
12、其厚度不侵占路面结构层厚 度。5.5.2 挖方区及填挖接合部上路床深度范围内的原地面土应 予以挖除换填或采取重锤夯实处理，然后按上路床填方的要求施 工。不同性质的土应分别填筑，不得混填，每种填料层累计厚度 不宜小于 0.5m ,强度较小的土应填在下层；5.5.3 采用振动压路机碾压时，第一遍不振动预压使填土表 面平整度较好。压路机行驶速度要适当：光轮压路机为 2km/h5km/h，振动压路机为：3km/h6km/h。对于含水量小、 压实度要求较高的黄土，压路机行驶速度应再降低。压实过程中， 应先压两侧，后压中间。为了保证横向接缝和纵向接缝之间的压 实度都符合要求，应重叠压实。5.5.5对窄而深
13、的“V型冲沟，清除表土后，原状土 CBR值 能达到要求，可不挖台阶，在填土距路基顶面4m时，应创造条 件在沟壁开挖台阶，台阶高度为1m，宽度不得小于lm。5.5.6 在填挖交界处回填土尽量与原状土的土质保持一致。 当填至距设计标高 2m 以内时，停止运土填筑，将沟顶原地面的 土分层推至沟内进行填筑，以保证距路床下一定深度范围内路基 的均匀性。5.5.7 在斜坡上填筑路堤时，当横坡为 1:101:5 时，应清表 后并翻松整平表土，地面重夯再进行填筑；当横坡陡于 1:5 时， 还应将原地面从填方坡角向上挖成向内倾斜不小于 2%的台阶， 台阶宽度不小于1.0 m。挖方一侧行车范围内的宽度不足一个行
14、车道宽度时，应挖够一个行车道宽度。5.5.8 对半填半挖路堤可能出现局部滑坡、坍塌和路基整体 滑动等病害。根据现场实际情况可采取设土工钉和抗滑桩等措 施。对于土质路基，现场质量按压实度与含水量双指标同时控制， 所有路基填土的 CBR 均应满足设计要求。施工中应严格按现行 公路路基施工技术规范要求的检测方法和频率进行检测。5.6 强夯处理5.6.1 强夯的机理在目前所采用的普通压实机具中只能提高其三相体的密度， 而无法提高深层地盘的强度，强夯（重锤）夯实可将动能以冲击 波方式传递于地盘，使地盘C、9值增大，从而提高抗剪能力。 使地盘压缩模量 Es 大为提高，从而将未来的沉降量在压实过程 中提前实
15、现。对于天然地基的不良工程特性如黄土的湿陷性、膨 胀土的膨胀性。强夯（重锤）夯实可通过提高地基土的抗剪强度、 改善地基土的压缩特性，消除或减少特殊土的不良工程特性如黄 土的湿陷性、膨胀土的膨胀性等。对于具有强湿陷性或较高的压 缩性，且容许承载力低于路堤自重压力时，应考虑地基自重和活 载作用下所产生的压缩下沉。除采取防止地表水下渗的措施外， 液性指数偏大，土质处于可塑软塑状态，采用强夯挤密效果好， 加密深度较易达到，但易出现软弹现象；在实际施工中，如果夯 坑两侧出现隆起，应停止夯击，应晾晒一定时间后，在夯坑内加 入粗骨料，继续夯实，尽量防止出现橡皮土。强夯处理地基的厚度：根据场地的地质条件和设计要求，首 先确定出地基处理厚度Z ,该厚度决定强夯采用的夯击能，按需 处理厚度依照梅纳公式：Z = a Jmh = a、： E / g式中：Z需处理的土层厚度即有效处理深度（m ）；a修正系数，黄土地基 般取值氾围在0.300.60 ；m夯锤重（kN ）；g重力加速度（m/s2 ）；h夯锤落距（m ）；E确定夯击能。夯点布置方式和夯点间距：夯点的布置方式一般采用正三角 形，夯点间距一般用夯锤直径 D 的倍数来表述，通过试验获得 夯点间距。5.6.2强夯处理过程高填方及结构物的原地面
