铁路工程湿陷性黄土路基病害处理措施分析

铁路工程湿陷性黄土路基病害处理措施分析

张振兴

中交隧道工程局有限公司安徽省阜阳市236000

摘要：湿陷性黄图地基是在铁路施工中较为常见的一种复杂地基类型，采取有效的施工措施保证铁路施工的质量安全，是湿陷性铁路施工中必须要重点解决的技术瓶颈。通过对湿陷性黄土进行工程特征分析，提出湿陷性黄土铁路施工中的填料改良、边坡稳定性、地基湿陷性、桩基负摩擦力、黄土隧道变形等施工技术难题。在借鉴国外相关的研究基础之上，为湿陷性黄土铁路施工制定合适的工程路线、规划科学的施工方案、实施安全可靠的地基处理技术，为建设安全的铁路专线奠定良好的基础。

关键词：湿陷性黄土；铁路工程；地基处理

前言：

我国的黄土面积具有分布广、厚度大、成因复杂、地层序列完整的特性。在我国黄土面积的占据总量达到6.4×105km之多，其中湿陷性黄土总量达到2.7×106km2.黄土的显著特征是有孔隙与节理发育、颗粒较细，在保持天然的含水量下，会有强度高、压缩性低、承载力强的特征。当黄土被水浸湿时，经过附加应力与自重应力的作用会产生湿陷变形，黄土的土粒也会随着流水移动，并且发生的位移变化会有一定的隐蔽性。并且变形一旦发生会产生较高的速度，对土基上的建筑带来严重损坏。本文针对湿陷性黄土基常见的病害进行分析，并提出相应的应对措施，保证建筑工程的施工安全。

一、湿陷性黄土地区铁路工程的主要技术问题

（一）地基湿陷性问题

湿陷性黄体处于一种非饱和状态中的欠压密土，当遇到水分时，强度会大大降低，容易发生变形，并且变形具有下沉量大、速度快的特征，对地表建筑有一定冲击。黄土变形经过三个阶段：第一阶段为线性形变；第二阶段属于湿陷变形；第三阶段进入到固态变形，黄土形变逐渐减小，并趋向于稳定状态。湿陷性黄土的变形性质总体分为压缩与湿陷两种，主要变形机制为湿陷变形，地基处理过程要注重湿陷变形的处理。新堆积形成的黄土既存在压缩变形也存在湿陷变形。大于80%饱和度的黄土中的湿陷变形基本弱化，处于软塑与流朔中间，产生的变形机制最大[1]。

（二）边坡稳定性问题

黄土边坡稳定性也是铁路施工较为突出的施工问题。黄土边坡发育有裂缝、节理等，并且老黄土的隔水性质会导致新老黄土之间积累一定水分，极易产生黄土坍塌以及滑坡等灾害。黄土滑坡会由于自身重力作用沿着斜坡向下方滑动，具有显著的规模大、破坏力强、变形速度快的特征。老黄土形成的时间长，土质密实、成岩效果好，具有剪切应力强的效果，可采用较陡的坡度设计路堑边坡。新黄土稳定效果较差，适宜采用坡度较小的路堑边坡。根据在黄土地区长期的实验经验得知，采用1:1.5-1；1.7比例范围内的坡度能有效保证土基的稳定性[2]。

（三）填料改良问题

粉土是黄土中的主要颗粒物质，在自然状态下，黄土的含水量较低，有较强的的崩解性与渗透性，边坡容易遭受侵蚀与冲刷，不利于压实。经过减压之后的黄土结构发生了变化，降低了土体湿陷性，但是浸水软化等问题仍然存在，在寒冷天气中还会出现冻胀现象。老黄土中有较高的粘粒含量，会发生干缩湿胀效果，经过多次循环，在表面容易形成剥落裂纹，导致边坡滑动危害。因此，对于有较高沉降标准的路堤不能直接采用黄土当做路基材料，而是要在黄土中按照一定比例添加石灰、粉煤灰与水等掺和剂，保证符合施工要求的改良土。黄土地区施工可以选择石灰进行掺和，来提高土体的力学性质，增强土质的稳定性。

（四）黄土隧道变形问题

根据黄土隧道的调查显示，单线老黄土承受的垂直压力较小，但是有较大的测压力。对隧道围岩产生压力作用的因素众多，总体可以分为施工因素与地质因素。地质的影响因素包括围岩开挖之前的应力状态、物理力学性质以及节理裂缝发育特征；工程影响因素包含开挖方式、隧道断面形变、衬砌支护情况等。黄土隧道的变形不但局限于洞周附近，还会继续延伸至地表。黄土段双线隧道施工具有一定难度，开挖进尺不能过大，支护步骤必须及时跟进，并密切监督施工现场动态情况，及时实施二次衬砌，形成稳定的封闭结构[3]。

（五）桩基负摩擦问题

湿陷黄土中的桩基在进水后会发生湿陷位移，地基土也会向下沉降，与桩基本身形成相向生的摩擦力，与设计负荷力发生叠加，在纵向上增加了桩基的载荷力，影响桩基的正常性能。负摩擦力大小不但与湿陷量的大小有关，还会受到浸水方式、时长的影响。在正常的含水范围内，桩基可以提供较强的水平方向上的抗力，但是一但含水量增高，就会影响水平抗力，降低桥梁的横向稳定效果。所以，设计过程中，一定要充分考虑，浸水黄土地基对桩基产生的不利影响。

二、合理选择路线

线路规划应尽量选择排水条件好、湿陷较弱、黄土厚度小的地区。纵坡线路选择赢尽量规避发育有陷穴、冲沟、黄土滑坡的地带；斜坡地段路线的通过部位与形式要依据山坡的稳定程度实施具体措施；河谷山区路线规划首先要考虑地层单一、地形平坦的低级阶地。线路经过黄土区的水渠地段，要注意排水灌溉、水库蓄水等对工程地质产生的影响；跨沟桥位尽量在沟谷顺直、沟床下切缓慢的地段；黄土隧道要切实贯彻“早进晚出”的原则，减少洞边的仰坡与边坡高度。隧道洞口安排在排水条件好的山坡，并及早对凹地进行处理；对于湿陷黄土中难以控制的地基沉降地段，当地基处理模式难以消除潜在隐患，可以采用以桥代路的方式进行施工[4]。

三、科学确定工点方案

（一）采用可靠度的防排水措施

湿陷黄土节理发育、结构松散，容易受到地表水的侵蚀与冲刷。当地表水沿着裂缝向下渗透，会形成黄土陷穴等地质特征，为行车路线施工埋下较大安全隐患。黄土路线的施工必须结合当地的地貌、地形与水文地质特征进行综合考虑，保证地表水能顺利排放。同时加强路基本体的防排水措施，阻止地表水渗降，并将排水措施适当分散，并对防渗措施采取加固手段。地下水发育丰富的地段，可以采取截排手段。对于地下水位容易上升的地段，要考虑水位上升造成的不利影响。

（二）采取可靠的地基处理技术

湿陷黄土的地基处理方案需要结合具体的施工条件采取相关的措施，通常采用的措施有以下几类：

1、垫层法。垫层法是一种传统的浅层地基处理技术，可以有效的提高地基的隔水与强度。将地基的底部土层挖掉，添加灰土并分层进行夯实，不仅能增加夯实密度与强度，还能满足渗透性要求。垫层厚度要小于3m，由于消除部分地基的湿陷，不能用于厚度大的湿陷地基。

2、强夯法。强夯法是一种最为经济的湿陷黄土处理办法，但是震动过程会对周围地质带来一定影响，其有效作用深度可达3-7m，效果显著并且成本低廉，可以用于湿陷程度小于60%的黄土[5]。

3、挤密桩法。挤密桩经常用于处理厚度大的湿陷黄土，作用深度高达10-15m。利用重击锤或者振动沉管形成桩孔，然后在孔内添加素土或灰土。可以降低桩内湿陷性，提高地基负荷能力。

4、深层水泥搅拌桩法。这种方法适用与处理饱和的黄土地基。通过钻叶机强制搅拌地基与水泥，形成复合的水泥搅拌桩基地，具有成本低、功效高的显著优点，能保证较高的施工质量。

结语：黄土湿陷是铁路施工中较为常见的问题之一。对于湿陷性黄土段的地基施工，要采取有效的措施进行排水，降低黄土地段的湿陷性，然后科学进行路线规划，并做好路基压实工作与坡面防护的有效措施，保障施工质量的安全性。

参考文献：

[1]刘锦玮.高速公路湿陷性黄土路基病害类型及处理措施分析[J].现代工业经济和信息化,2015,15:70-71.

[2]钱征宇.湿陷性黄土地区铁路的主要技术问题及其工程措施[J].中国铁路,2006,02:28-32+82.