申杰
（中交基础设施养护集团有限公司 北京 100011 ）
摘 要 路基是长线带状构造物，经常遇到山洪、灌溉、路面降雨汇集、绿化养护等各方面来水的侵袭，涵洞需要经常过水，不可避免雨水和积水渗入基底。在湿陷性粉土地区修筑路基时，极易发生湿陷灾害导致路基沉陷和路面开裂等病害，整治修复和加固处理费用巨大。为保证道路行车安全和工程的耐久性，需要对地基预先加固处理，消除粉土的湿陷性，并采取综合性的防排水措施，彻底解决这一疑难问题。
关键词 湿陷性 粉土 地基 路基 施工技术
Application of subgrade construction technology for collapsible silty land foundation
Jie Shen
（China Transportation Infrastructure Maintenance Group Co., Ltd., Beijing 100011）
Abstract The roadbed is a long ribbon structure. The roadbed is often invaded by mountain flood, irrigation, road surface rainfall confluence, afforestation and conservation, etc. The culvert needs regular water flow, and rainwater and water will inevitably infiltrate into the foundation floor. When building roadbed in the area of collapsible silty soil, it is easy to suffer from subsidence of roadbed and cracking of road surface caused by geological disaster of subsidence of roadbed. To ensure road traffic safety and engineering durable, need to be right and culvert bottom of foundation reinforcement in advance, eliminate the collapsibility of the powder soil, and adopt comprehensive measures of waterproof and drainage, completely solve the problems.
Key words Collapsibility, silty soil, foundation, subgrade, construction technology
引言
青海东部地区广泛分布湿陷性粉土，大量工程实践表明，由于对粉土的湿陷性未引起足够重视，对湿陷等级判别不清；建设单位认识不到位、未意识到严重性；设计单位认为处理费用高、不愿采取技术措施处理；施工单位不认真核查、机械式照图施工；加之普遍认为西北地区干旱少雨，处治措施的巨额费用和处治效果不成比例，处治的优势体现不出来，导致运营期集中爆发大量路基沉陷和路面开裂病害，花费巨额费用处理，且影响通车，造成诸多负面影响。本文着重对湿陷性粉土需要采取的相关技术措施研究，以解决这一疑难问题，确保路基工程质量和运营的可靠性。
1 湿陷性粉土的概述
1.1 概念
1.1.1 湿陷性粉土
粉土是砂土和粘性土的过渡状态，其粉粒含量占绝对优势，粗粒和粘粒含量较少，一般称为“亚砂土”，其特点是粒径≥0.075mm的颗粒含量超过总质量的50%，塑性指数一般在3≤Ip≤10之间。根据砂粒和粘粒含量的情况又可分为砂质粉土、粘质粉土。粉土的细小颗粒主要是砂粒和粘粒混合，粒径整体相对偏细，物理性质表现为疏松、多孔隙、可透水，所堆积的山体垂直节理发育，在雨水的侵蚀下易形成沟壑、沉陷和崩塌。坡积和洪积粉土颗粒之间孔隙率较大，结合不紧密。在路基自重应力作用下，或者在路基自重应力和行车附加应力共同作用下，浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形，具有湿陷性。湿陷性粉土的物理性质比较特殊，其土质颗粒较均匀、结构比较疏松、孔隙发育，在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小，可以保持基本形态，当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，土颗粒之间联结消失，受水作用密实，产生较大附加沉降，强度迅速降低。青海东部沟谷普遍分部20～40米厚强湿陷性冲洪积粉土，遇水极易沉降，加之路基加载作用，沉降明显，路外原状土遇水后存在开裂沉陷现象。
1.1.2 湿陷机理
粉土中的粗粒和砂粒在粉土结构中起骨架作用，粘粒和易溶盐类起到填充和胶结作用。堆积的过程中，粗粒被牢固的粘结着，在堆积加厚的过程中受以上堆积物重力的影响，土粒间的上下间距变得愈来愈密实，类似薄层堆叠结构，使干燥粉土具有较高的强度，能承受较大的承载力和剪切力；而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。湿陷的原因还在于粉土的欠压密状态，沉积的粉土层，干旱气候条件下，由于蒸发量大于降雨量，蒸发影响深度大于雨水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳，便逐层形成粉土的疏松结构。带水的易溶盐类体积较大，干燥蒸发后体积缩小行成孔隙，也是疏松结构的原因之一。在逐层堆积的过程中，土粒间水平间距变化不大，上下粒间空隙相通，容易透水，成为蒸发的垂直通道，形成了粉土的垂直节理，同时也是湿陷性的水浸通道。青海东部湿陷性粉土分布地区平均降雨量约在200～400mm，但蒸发量却远远超过降雨量，且易溶盐含量高，具备疏松、多孔隙，垂直节理发育形成的条件。
1.2 粉土的湿陷性
粉土地基在路基的自重压力作用下，或通车荷载的附加压力与路基自重压力共同作用下，受水浸湿时产生大量而急剧的附加下沉，发生快，一般在浸水几个小时就开始湿陷，沉降量常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍，变形量大；就一般的湿陷病害而言，往往在短期内就可能产生20～30cm的变形量，长期可达到100cm以上的变形量，这种量大、速率快而又不均匀的变形往往使路基和涵洞发生严重变形甚至破坏，而桥梁则因为桩基穿透湿陷层，桩尖持力层无湿陷性而幸免于难，但应注意急剧湿陷对桩身产生向上的负摩阻力。而湿陷的出现完全取决于受水浸湿的机率，有水的情况下，路基和涵洞在施工期间即产生湿陷病害，无水的情况下，则在几年甚至几十年后才出现湿陷病害。因此对湿陷性粉土地区的公路路基和涵洞，不论地基承载力是否达到容许承载力，都应对地基进行预加固处理，以消除粉土的湿陷性、提高承载力。设计粉土地基时，必须首先通过现场和室内试验，判定粉土的湿陷性质、类型和等级。其中集中频繁降雨和绿化工程灌溉浇水、路侧集中排水、中央分隔带汇集水都是导致沉降的主要因素，对来水的治理也是已通车粉土地基路基的重要防范措施之一。
1.3 湿陷性粉土湿陷程度评价
湿陷性粉土的胶结物主要为易溶盐，因此湿陷程度评价可采用盐渍土的标准评价，根据《盐渍土地区建筑技术规范》(GBT 50942-2014)第4.2.4条规定，当湿陷系数 (δrx)大于或等于0.01时，应判定为湿陷粉士。根据湿陷系数的大小可将湿陷性粉土的湿陷程度分为下列三类:
1.当0.01＜δrx≤0.03时，湿陷性轻微；
2.当0.03＜δrx≤0.05时，湿陷性中等；
3.当δrx＞0.05时，湿陷性强。
1.4 湿陷性粉土地基的总湿陷量计算
根据《盐渍土地区建筑技术规范》(GBT 50942-2014) 第4.2.5条规定，湿陷性粉土地基的总湿陷量(δrx)除可按本规范陷录C的方法直接测定外，也可按下式计算:
根据《盐渍土地区建筑技术规范》(GB150942-2014)第4.2.6条规定，湿陷性粉土地基的湿陷等级分为三级，湿陷等级的确定应符合表1的规定:
2 湿陷性粉土地基处理原则
湿陷性粉土路基病害发生的主要原因有路基沿线灌溉水冲刷浸泡路基基底的损害、雨水和洪水汇集在路基高侧及涵洞内泡软地基的损害、中央分隔带浇灌苗木水下渗路基基底或渗至边坡外的损害、路面雨水从路肩下渗的损害、排水沟汇集水下渗的损害等几种类型。发生病害的段落采用雷达扫描路面结构层，结构层下含水量均偏大，接近饱和状态，尤其中央分隔带未封闭段落，靠近中央分隔带附近更严重，下渗到基底后，造成基底沉陷。结构层下的水份在通车后车辆荷载的反复作用下，有可能引起路面沉陷和动水冲刷唧浆等病害，
湿陷性粉土地基处理的基本原则是：破坏粉土的空隙性结构，改善粉土的工程性质，压实或挤密部分粉土，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入路基或涵洞地基，提高承载结构刚度。主要采用地基加固和“防、排、堵、截、疏”的综合性措施处理，确保各方面来水不渗入地基。
地基处理时应根据地基土湿陷系数测定和总湿陷量计算，判定等级后区别对待，并结合以下特点：①湿陷性粉土差别，如湿陷性和湿陷敏感性的强弱、承载能力及压缩性的大小和不均匀程度等；②路基和涵洞的使用特点，防水性能，如地基浸水的可能性；③路基和涵洞使用上对限制不均匀下沉的严格程度，和对不均匀下沉的适应性；④材料及施工条件，以及当地的施工经验，气候和年降雨量、降雨集中度。
设计阶段进行路线纵断面布置时，尽可能使涵洞流水面符合地形，避免低于原地面，形成积水坑。尽可能对中央分隔带采取全封闭措施，确有绿化需要的未封闭段落，在中央分隔带底部应设置防排水措施，避免灌溉水下渗，在路线纵坡最低点，设置横向排水管，管径15厘米，用于排除中央分隔带多余水份。
开工之初，首先应进行地质调查，确认设计和现场是否一致，否则及时进行变更。其次必须针对地质勘探结果，对存在的湿陷性粉土在设计上采取预加固技术措施处理，确保遇水后不发生湿陷。
2.1 湿陷性粉土地基处理措施
①处理基础以下全部湿陷性土层，采用桩基将荷重支撑在下部非湿陷性土层的地基上，这种方法适用于重要的结构物或湿陷性粉土层较薄的场地；②处理一定深度内湿陷性土层，采用夯实、压实、挤密或换土的方法消除一定深度内土层的湿陷性，使剩余的湿陷量达到不致危害路基或涵洞安全使用的程度。
2.2 防水措施
防止或减少路基和涵洞地基受水浸湿的防护性工程措施。如使贮水建筑物和输水管道离开路基和涵洞一定距离，以免漏水殃及路基和涵洞地基；或增设防止漏水和检查漏水的专门设施等；在路基和涵洞地基周边设置隔水措施，阻挡地基以外的来水；在路基和涵洞地基顶面采取封水措施，阻挡路表水下渗入地基。
2.3 排水措施
使各方面向路基和涵洞来水能及时排走，不致下渗浸湿地基，如涵洞要做到“早接远送”，对上下游渠道进行硬化处理，并注意排水纵坡，确保涵洞内不积水。
2.4 结构措施
减少涵洞不均匀沉降和使涵洞能适应地基局部湿陷变形的措施，如选用设置钢筋的箱涵和整体式基础型式，以加强结构的整体性和空间刚度；设置传力拉杆，使构件连接处有足够的支承能力；以及使涵洞预留适应地基变形的沉降量以减少局部湿陷所造成的危害等。
2.5 预压措施
对路基和涵洞顶面采取超载预压或堆载预压的方式，提前消除部分湿陷变形。
3 湿陷性粉土地基施工技术
3.1 湿陷性粉土地基处理措施
湿陷性粉土地基处理措施一般采用工程措施对基底下的湿陷性粉土进行夯实、压实、加固、挤密等措施处理，或更换另一种材料改变其物理性质，达到消除湿陷性、减少压缩和提高承载能力的目的。
3.1.1 涵洞地基处理措施
涵洞地基处理的方法主要有灰土换填、灰土或水泥土挤密桩、旋喷桩等处理措施。灰土换填适用于地下水位低、湿陷性粉土厚度1～3m的情况，换填深度一般不小于2m。灰土挤密桩、水泥土挤密桩适用于地下水位低，湿陷性粉土厚度3m～12m的地基，灰土挤密桩桩身材料采用10%灰土，水泥土挤密桩水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺量8%，桩径一般为0.4m，桩距1.5m，桩长7m～8m，梅花型布置，桩顶设0.5m厚的灰土垫层，压实系数不小于0.95。旋喷桩适用于地下水位较高、地基软化、涵洞常年过水且过水量大、地基土夹杂砂砾等复杂地质情况和湿陷性粉土厚度≥12米以上的地质：其中湿陷性粉土厚度介于12m～20m，旋喷桩处理深度不小于10m；厚度大于20m以上，旋喷桩处理深度不小于14m，桩径不小于60cm，桩中心间距不大于1.5m，梅花型布置，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.8～1.5，掺量＞40%。
3.1.2 路基地基处理措施
路基湿陷性粉土地基处理的方法主要有冲击碾压、强夯、灰土换填、素土挤密桩、石灰或水泥土挤密桩、旋喷桩、水泥搅拌桩等。
灰土换填适用于地下水位低，湿陷性粉土厚度1～3m，换填深度＞1m，灰土同时可以起到封闭的作用，可防止水下渗。
一般路基基底，湿陷性粉土厚度为2～4m时，可采用冲击碾压36遍或24遍消除粉土湿陷性，填方路基，处理范围两侧到坡脚外2m（无排水沟时）或排水沟位置（有排水沟时），挖方段主要处理路床宽度，要求最后5遍的沉降量≤1cm，碾压面下1m深度范围内的土的压实系数≥0.95或地基系数K30≥80Mpa/m,同时湿陷性系数＜0.015。
湿陷性粉土厚度 3m～12m的地基，在周围环境允许的情况下（安全距离见表2），可采用强夯措施处理。采用强夯处理时，夯击能的选用应根据处理深度确定，有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，或根据表3确定。夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用3～4遍，最后再以低能量夯击一遍。夯击点位置可采用正方形布置。第一遍夯击点间距可取2倍夯点间距，第二遍夯击点在第一遍夯击点之间加密布置，第三遍在前两遍夯击点之间加密布置，夯印彼此搭接1/4。强夯处理范围应超出填方坡脚外，每边超出坡脚外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。
表2 不同能级强夯施工振动安全距离建议值
备注：根据《爆破安全规程》GB 6722-2003及施工经验综合确定。
表3 强夯法的有效加固深度（m）
湿陷性粉土厚度3～12m，也可采用素土挤密桩加固处理，桩径0.6m、深入湿陷性地层以下、正方形布置，间距1.5m；采用石灰土或水泥土挤密桩加固处理时，桩径0.4m，桩距1.5m，桩长≥8m，正方形布置。
湿陷性粉土厚度≥12m的地基，采用高压旋喷桩加固地基，桩径0.6m，桩间距2.0m，桩长≥10m，正方形布置；采用水泥搅拌桩处理地基，桩径0.5m，桩距1.5m，正方形布置，桩长打入湿陷性地层以下或基岩顶面，桩顶铺设灰土垫层，中间夹铺一层高强聚酯双向土工格栅。
3.2 综合性防排水措施
为保证涵洞地基处理的效果，还应注意以下事项：避免雨季施工，保证基坑不被浸泡，混凝土养护水亦不得浸泡基坑；基坑采用不透水土或灰土夯填，桩顶按设计要求铺设灰土垫层，控制分层厚度、压实质量；桩基施工完毕后，基坑周围设置防水板、防水土工布等隔离措施，入土深度不小于1m；灰土的施工含水量控制在最佳含水量±2%之间，压实后3天内不得受水浸泡，否则应挖除重填；出入口铺砌处铺设灰土垫层，端头设置截水墙，或采用旋喷桩帷幕措施深处理；引排水做到“早接远送”，在涵洞上下游一定距离设置硬化渠道，避免下渗，并与两侧天然沟渠顺接，确保排水通畅；沉降缝处理采用先塞遇水膨胀止水胶条，然后用沥青麻絮填塞，最后用沥青砂封闭；涵洞内路面高程应以顺利排水为宜，严禁积水。
路基防水在填方段边坡下从路肩边缘至排水沟外2m采用0.3m厚灰土封闭；挖方段路床基底全宽范围换填0.5m灰土；基床表层内采用两布一膜土工膜进行封闭隔水处理。
在基底来水侧设置一定深度的灰土桩连续墙，旋喷桩连续墙、帷幕或灰土墙、水泥土墙进行隔离。路基段落为防雨水和洪水，在路基上游侧设置盲沟或排洪渠排水，沟下设置防水土工布防水，引至涵洞处排走。路基两侧的排水沟、边沟基底均需设置防水土工布防水。
湿陷性粉土路段中央分隔带、土路肩必须全部采取封闭措施，路侧设置拦水带和急流槽将路面水引导排走，防止水渗入基底。填方边坡采用全封闭措施，避免雨水和绿化养护水渗入基底。
对于中央分隔带来水，可在在涵洞盖板顶钻孔设置泄水管，将水排入涵洞，避免从台背下渗造成沉降。
3.3 沉降缺陷处理
（1）对沉陷的涵洞处理时，涵洞净高≥3m时，采用在涵洞内引孔并施工旋喷桩，净高不足3m的在涵洞外引孔并施工旋喷桩，间距1.5m。沉降涵洞台背每侧加固宽度5m，采用间距2m梅花形布置，旋喷桩桩顶为地表以上1m，桩底按涵底实际地层计算确定。
（2）对于已经发生沉陷的路段采用旋喷桩、干拌水泥碎石挤密桩等措施处理。旋喷桩适用于高填方基底加固、涵洞基底加固、软化地基加固、涵洞进出水口帷幕处理等已经出现缺陷的部位加固，对于泥化和泡软的路基处理效果较好，桩长不小于10m，桩径不小于60cm，桩中心间距不大于1.5m，正三角形布置，一般用于处理基底，也可用于处理路基填方；在路面沉陷段落甚至可用旋喷桩将路面结构层顶起至设计高程，但应注意路面全宽范围内处理，防止后期发生不均匀沉降开裂。干拌水泥碎石挤密桩采用水泥和碎石预拌，运送到现场后边投料边夯实。干拌水泥碎石桩桩体采用旋挖或潜孔钻冲击成孔工艺,孔径 15cm , 回填夯扩后桩径平均扩大1.5倍,桩距 0.8～1.0m 布桩,桩体伸入原地面下 5～11m。干拌水泥碎石桩处理泥化路基时，由于成孔困难，有一定局限性。干拌水泥碎石桩适宜于处理挖方地段路床基底和低填浅挖地段的基底。
4 湿陷性粉土和粉土路基施工技术的发展。
水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩），桩体由碎石、粉煤灰、水泥加水拌和后投入孔内而成，其强度与素混凝土相当，以桩的支承作用、桩间土的挤密作用和在桩与桩之间设置碎石或砂砾等散体材料构成的褥垫层来分配桩土荷载，保证桩土协同工作，形成复合地基。
长短桩复合地基处理措施：用于湿陷厚度小于10m且距离建筑物较近及湿陷厚度大于10m的地段。短桩为水泥土挤密桩、孔内深层强夯（DDC）桩，主要作用是消除上部湿陷性粉土的湿陷变形；长桩为CFG桩、钢筋混凝土预应力管桩等，主要作用是解决地基的压缩变形。
超高能级强夯、强夯置换法：用于湿陷厚度大于20m远离村镇及既有建筑物的地段，处理成本低，工期短。
5 结束语
青海东部地区湿陷性粉土埋藏较多，包括含砂砾土也具有湿陷性，必须针对同类地质情况对新建及改扩建公路项目的地基进行处置，采取素土挤密桩、灰土挤密桩、灰土垫层隔离、强夯、冲击碾等措施处置；并且在路基填筑时，透水性材料和不透水性材料要求分层填筑，层间设防水土工布隔离；路床80cm范围内采用石灰或水泥改良碎石土、砂砾土等封闭不透水且CBR强度高的材料填筑；路基边沟和排水沟下设置防水土工布隔离；完善“三改工程”、防排水系统，避免路基下积水。建议取消中央分隔带绿化措施，改为封闭后设置防眩网，并对土路肩进行硬化封闭，路基下边坡尽可能不采用植物防护，减少绿化浇水对路基的损害。
湿陷性粉土地基处理过程中，尤其要重视以下几点：施工前需采用地质钻钻孔取样复查，以分析、判别粉土湿陷性和强弱程度、地基湿陷类型及湿陷性粉土厚度，对中、强湿陷性、高压缩性和有陷穴的地基应按设计要求严格进行处理，实际与设计不符的，要及时与建设、设计、监理单位沟通，选用适宜的处理方法；施工中坚持通过现场工艺试验，确定工艺控制参数并报监理和业主审批后实施；充分考虑湿陷性粉土的防水、排水问题，截水沟、排水沟和侧沟基底压实应达到路基基底以下部分压实标准，并采取封闭和隔水措施，注重形成完整的排水系统。
参考文件
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