工程中的“问题土”——黄土

我国陆地面积约960万平方千米，东西南北跨度极大，是一个地形地貌十分复杂多样的国家，拥有几乎所有的地形类型，平原、丘陵、高原、盆地和山地等地形类型在我国都有大面积的分布，同样也孕育了许多千差万别的地貌。建房、修路、架桥，人类社会对大自然开发改造不可避免的需要在“地上”做文章，但正如商品出厂品质有好有坏，也不是所有的地质地貌都适用于工程建设，例如黄土、膨胀土以及冻土，至今为止这类土在工程建设中仍然是令工程师们闻之色变的“问题土”。接下来让我们一起了解这三类土中的黄土。

黄土的基本特征

我国是世界上黄土分布最广泛的地区，面积约64万km2，主要分布在昆仑山、秦岭、泰山、鲁山连线以北的干旱、半干旱地区。黄土在一定的压力下受水浸湿后结构迅速破坏而发生附加下沉的现象称为湿陷。浸水后发生湿陷的黄土称为湿陷性黄土，这也是病害发生的主要特征，这与黄土本身的结构密切相关，黄土的颗粒组成主要以粉粒(0.05-0.005mm)为主，且孔隙较大，在天然含水状态下具有较高的强度和较小的压缩性，但雨水浸湿后，会发生剧烈而大量的变形，强度也随之迅速降低。

黄土地段常见病害

1、沉陷

黄土路基的沉陷主要由于黄土路基的压缩变形大, 垂直节理发育, 排水不畅等原因造成。

在湿陷性黄土地区，竖向沉降与侧向沉降是典型的地基沉降破坏类型。如果黄土路基土体是干的，在外力超过自身剪切强度的情况下，软弱的结构就会坍塌，出现大的空隙，并填满小孔隙，使其空隙逐渐变得致密，土体也趋向于固结，这时就会发生塌陷。当湿陷性黄土地基受到水的影响时，在一定的荷载作用下，基础结构会很快遭受破坏，出现显著的沉降病害。

道路沉陷

2、陷穴

黄土陷穴分布具有一定的规律性。从地貌看, 在黄土台地的边缘、河谷阶地的边缘、冲沟两岸及河床中都常有陷穴分布。这是由于阶地边缘、河谷两侧多为坡积的松散黄土，易被冲蚀，因而离阶地斜坡和沟谷斜坡越近，越容易形成陷穴。另外，阶地高差越大，沟谷越深，地表水通过阶地边缘和沟谷的斜坡地带时下渗愈厉害，因而陷穴也越深。从地层上看，疏松的新黄土层，尤其是现代上层湿陷性黄土地层，很容易形成陷穴。

陷穴

3、边坡表面冲刷、坍滑

当路堤顶面两侧之排水沟、边沟及坡面缺少必要的防护措施时，雨水沿坡面漫流，加剧了坡面冲刷，轻者坡面冲沟纵横，重则坡脚水土流失、边坡坍滑，乃至路基失稳破坏。边坡产生破坏的原因，除了与水有关外，还与路基填筑质量不佳、压实度未达到设计标准有关、边坡设计不合理，边坡断面形式和坡度不能有效保证其稳定性有关。研究表明，湿陷性黄土压实干重度达到16.5 kN/m3，可明显减少路基本身的沉陷。如果地基土软弱、强度不高，当路基填土高度大于临界值时，就可能造成路基整体的滑动破坏。

边坡表面冲刷、坍滑

湿陷性黄土地基处理方法

1、垫层法

垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，提高地基承载力，分为局部垫层和整片垫层。

垫层法

2、重锤表层夯实及强夯

强夯法加固地基机理一般认为，是将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，消除湿陷性黄土的湿陷性等目的。强夯加固过程是瞬时对地基土体施加一个巨大的冲击能量，使土体发生一系列的物理变化，如土体结构的破坏或排水固结、压密以及触变恢复等过程。其作用结果是使一定范围内的地基强度提高、孔隙挤密。

强夯法

3、挤密桩法

挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，施工时，先按设计方案在基础平面位置布置桩孔并成孔，然后将备好的素土（粉质粘土或粉土）或灰土在最优含水量下分层填入桩孔内，并分层夯（捣）实至设计标高止。通过成孔或桩体夯实过程中的横向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而形成复合地基。

挤密桩法

4、桩基础

桩基础可以将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土（或岩）层，采用挖、钻孔等非挤土方法而成的桩，在成孔过程中将土排出孔外，桩孔周围土的性质并无改善。但设置在湿陷性黄土场地上的桩基础，桩周土受水浸湿后，桩侧阻力大幅度减小，甚至消失。

桩基础

5、化学加固法

在我国湿陷性黄土地区地基处理应用很多，并取得实践经验的化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法，其加固机理如下：

硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程，一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土孔隙中，另一方面溶液与土的相互凝结，土起着凝结剂的作用。

碱液加固：氢氧化钠溶液注入黄土后，首先与土中可溶性和交换性碱土金属阳离子发生置换反映，反映结果使土颗粒表面生成碱土金属氢氧化物。

6、预浸水法

预浸水法是在施工前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。

预浸水法

支持文献：

[1]张兴友,胡光艳.湿陷性黄土公路路基病害类型及成因分析[J].路基工程,2007,(05):160-162.

[2]廖自成.湿陷性黄土地区路基常见病害及处理措施分析[J].运输经理世界,2023,(05):134-136.

[3]楚华栋,裴章勤,马周全等.黄土的工程特性、筑路技术和病害处理[J].铁道工程学报,2005(S1):340-347.

供稿：许晓亮、赵凌云、郭宇、曹旭等

排版：陈奕恺

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