1、灰土垫层法在湿陷性黄土路基中的运用摘要：榆中县和平至定远镇道路改扩建工程为解决湿陷性黄土路基工后沉降的问题，采用灰土垫层法。即在道路结构层下增加 90cm 厚度5%灰土垫层。而且本工程道路全线下敷设雨水、污水管道，检查井周围回填的工后沉降问题也是施工重点。故对检查井周围 1m 范围内回填3：7 灰土。 本工程道路路基在 2009 年 8 月底全部实施完毕，经过近 2010 年近一年的实际通车检验，实施效果很好。 关键词：湿陷性黄土灰土垫层法 湿陷系数 中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号： 一、湿陷性黄土概述 1、湿陷性黄土定义和形成 湿陷性黄土是指在一定的压力作用下受水浸湿时，
2、土的结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。一定的压力作用一般指上覆土层自重应力或者是自重应力和附加应力共同作用。 湿陷性黄土的这种特性究其原理是黄土在干旱或半干旱气候条件下，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，被由细粉粒、粘粒和一些水溶盐类形成的胶结物的凝聚结晶作用牢固地粘结着，故湿陷性黄土，在天然状态下具有较高的强度。 当湿陷性黄土在一定压力作用下受水浸湿时，一方面，水对各种胶结物起软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。 另一方面湿陷性黄土是始终处于欠压密状态，受水后土的破坏较大，湿陷形成。湿陷性黄土欠压密状态是由于处于干旱或半干旱气候条件下，无论是风积、坡积或洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气
3、降水的影响深度，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。接近地表 2-3 米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。 2、湿陷性黄土的分布 黄土在世界各地分布很广，面积达 1300 万平方公里，约占地球陆地总面积的 9.3%。中国黄土主要分布于北纬 3347之间，尤以3445之间最为发育，总面积约为 63.5 万平方公里，占世界黄土分布的 4.9%左右。湿陷性黄土约占中国黄土分布面积的 60% 左右，主要分布于黄河中、下游地区，厚度最大达 30 m 左右，并具有自东向西
4、、自南向北其湿陷性逐渐加剧的规律。 二、工程概况 1、工程道路情况 榆中县和平至定远镇道路改扩建工程位于兰州市榆中县定远镇境内，道路工程主要是对原 312 国道进行改造扩建。道路西起和平镇猪咀岭K2+200，沿 312 国道向榆中县方向前进，东至定远镇干河桥头 K7+580，道路总长 5.38 公里，城市一级主干道标准，道路路面标准宽度 35 米，双向六车道。道路路基填方约为 32 万立方米，全部为合同段内利用方填筑，取自猪咀岭。 2、工程地质情况 工程所在地榆中县深居内陆，属温带半干旱气候，主要特征是具有明显的大陆性和季风性，冬季漫长寒冷，夏季短促无酷暑，雨热同季，降水少。热量丰富。沿线地形
5、总体上东南高，西北低。地貌分类统称为黄土地貌，沿线主要地质岩性特征中全区大面积分布第四系（Q） ，其中中更新统为老黄土、砂砾。上更新统至全新统为黄土。全新统为黄土、粗砾砂、人工填土。 根据湿陷性黄土地区建筑规范 （GB 50025-2004）工程所在地榆中县属湿陷性黄土分布陇西地区。根据土工试验结果，湿陷性黄土层厚度为 6-12m，湿陷系数（s）0.018-0.121 自重湿陷系数（zs）0.016-0.084，其湿陷等级为级（很严重）自重湿陷性场地。属中压缩性土。 三、湿陷性黄土路基处理方法比较 兰州地区处于西北内陆，与沿海城市相比，经济欠发达，城市基础设施改造提升才刚刚起步，新材料、新工艺
6、、新技术、新方法应用均较少。城市道路路基施工受各方面条件制约，均采用的湿陷性黄土填筑。兰州地区全年降水很少，但昼夜温差较大，且近年来受全球气候的影响，每年夏季降水次数逐渐增多，且强降水的次数也较多。每次强降水高低温的骤然变化对沥青路面的损害较大，造成路面病害，进而侵入到湿陷性黄土路基。一旦破坏缺口打开，降水侵入，湿陷性黄土路基在降水的过程迅速破坏，形成路面塌陷，造成不可估量的损失。近年来，兰州地区不时出现降雨过后，路面塌陷，且有时造成交通事故的情况。 依据湿陷性黄土地区建筑规范 （GB50025-2004） ，湿陷性黄土处理的方法一般有垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法等。结合本工程来看，道路工
7、程线路长，工程进场时，道路全线的征地拆迁工作并没有全部完成。本工程施工性质是对国道 312 线改造扩建，施工期间，国道312 线的交通不能中断。综上所述，本工程道路施工只能是分段落、分幅面陆续进行。因此，本工程对湿陷性黄土路基的处理施工将会持续在道路路基施工的全部阶段，不能像房屋建筑工程一样仅作为一项分项工程，持续在工程的一小段工期内。所以，本工程对湿陷性黄土路基的处理选择灰土垫层法。 垫层是路面结构的重要组成部分， 起着连接路基和路面、隔水及传递路面荷载的作用。垫层应具备良好的水稳定性。 四、灰土垫层设置 土掺入石灰后，石灰与土发生强烈的相互作用，其主要物理与化学反应包括离子交换、Ca(OH
8、)2 结晶、碳酸化和火山灰反应。Ca(OH)2 离解后的 Ca2+与粘土胶体颗粒反离子层上的 K+、Na+发生离子交换后，使得胶体吸附层减弱，胶体颗粒发生聚结，石灰土形成强度。Ca(OH)2 与水作用形成的含水晶体把土粒胶结成整体，从而提高石灰土的水稳定性。而在 CaCO3 形成的碳酸化反应及形成硅酸钙与铝酸钙过程的火山灰反应促进提高了石灰土强度和稳定性。 表 素土、3:7 灰土、5%灰土最大干密度与最佳含水量对比 上表为我工程两个年度所做的土壤的击实。通过比较可以知道，灰土的干密度较素土的干密度小，最佳含水量有了提高，灰土的孔隙比较素土的孔隙比小，减少了湿陷性，并且灰土的干密度小而强度较高，
9、相应减少了自重，减少了对垫层下路基的自重压力。 本工程全路段路面基层下设置 90cm 厚度的 5%灰土垫层，防止雨水侵入湿陷性黄土路基，造成路面塌陷。并且降低道路工后沉降。 本工程道路路面全线下敷设雨水、污水管道，管道检查井周围回填质量也是工程控制的重点，如若采用湿陷性黄土回填不做任何技术措施处理，一方面降水会直接入侵回填土，造成黄土湿陷，检查井周围塌陷；另一方面，检查井和管道在年久失修的情况下发生渗漏，管道水也会侵入检查井周围的黄土，造成湿陷，进而影响到路面塌陷。检查井周围路面塌陷大大降低了道路的通行能力，影响行车舒适性。 因此，本工程实施中，我们对检查井周围 1m 范围内从井底至路面结构层
10、下均采用 3：7 灰土回填，回填每 20cm 一层，小型夯实机具逐层回填。 五、施工方法 1、施工准备 灰土垫层施工前，需要上一道工序进行全面检查验收，合格后方可进入本工序施工。90cm5%灰土垫层施工分三层进行，检查井周围回填每20cm 为一层夯实施工。 2、供料 根据每一施工段落长度、宽度及灰土层厚度、松铺系数等，计算本施工段的素土方量和石灰数量。素土要拣出含有的杂物和石块。素土运输至现场后，利用推土机推平。石灰要求：应使用块灰或生石灰粉，级以上的，使用前应充分熟化过筛，粒径不大于 5mm，活性 CaO+MgO 含量不得低于 50，并不得加有未熟化的生石灰和含有过多的水分。 3、石灰摊铺
11、在整平后的土料表面用白灰线撒划方格网线，每个方格网尽量等面积，根据方格面积、灰土层厚度及最大干密度、最佳含水量等，计算每一方格网格内石灰需要量。石灰运至现场后，每方格网内卸置计算量的石灰，然后用平直的刮板将石灰均匀摊开，并铺满整个方格。 4、拌和 选用悬耕犁拌合，将石灰翻混在土层中间，在拌和的过程中，必须设专人跟随，随时检查拌合质量。拌和遍数一般在 2 遍以上，并最终达到拌和颜色均一、无素土夹层为度。拌和为石灰土质量控制的关键工序，严禁拌和料中存在自由状态的石灰。 5、整形 混合料拌制均匀后，应立即用平地机进行精平，达到规定的路拱和纵坡。 6、碾压 将灰土拌制均匀并整平后，碾压前进行闷料，时间
12、为 3h 左右。生石灰与土混合后，在发生剧烈变化的同时会因消解而产生水化热，水化热加速反应的进行，能提高混合料的性能，若碾压成型过早，水化热会使施工层胀松隆起，严重影响施工质量且造成水化热不能充分利用，降低施工效果。 闷料结束后，须再次检测混合料的含水量，处于最佳含水量2时立即进行碾压。碾压时遵循直线段和不设超高的平曲线段由两侧路肩向线路中心碾压，设超高的平曲线段由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。碾压时，相邻幅间重叠 1323 轮宽且不得小于 0.5m，达到碾压层表面无明显轮迹、满足规定的压实度标准。 7、质量检查 碾压结束后，检查灰土垫层的灰剂量、纵断高程、中线偏位、平整度、宽度、横坡和边坡以及
13、压实度，压实度为 1000m2 检查 3 个点，检查方法是环刀法2。 8、养生 石灰土具有很强的缩烈性，因此碾压完成、压实度检测合格后，应立即洒水养生以保证结构层在适宜的环境中保持强度增长。养生期间，除洒水车外，应封闭交通。 结论及建议 本工程道路路基在 2009 年 8 月底全部实施完毕，于 2010 年 6 月进行了沥青面层的施工，施工前对下承层的横断面高程进行复测，工后沉降很小。工程于 2010 年 9 月 28 日竣工，工程保修期一年，经实际通车检验，通行能力未降低，实施效果很好。 湿陷性黄土路基的实施，关键是减少和降低水对湿陷性黄土的直接侵蚀，避免湿陷病害。尤其是灰土垫层法的实施，对于湿陷性黄土地区，既可以用于新建道路，减少湿陷病害和工后沉降；又可以用于现有道路管理和维护，对湿陷病害严重的地段，清除原有道路结构层，对路基掺入灰土进行处理，重新碾压密实，形成路面结构下的灰土垫层，再重新实施路面结构层，彻底消除路面湿陷病害，大大提高道路通行能力和行车舒适性，对于目前城市高度发展的汽车时代，具有重要意义。 灰土施工，要严格控制灰剂量，避免水化热反应造成的施工层胀松隆起，出现新的道路病害。 参考文献 湿陷性黄土地区建筑规范GB50025-2004 2城市道路工程施工与质量验收规范 CJJ 1-2008
