1、陕西省禹门口阎良高速公路 湿陷性黄土处理交 流 材 料路桥集团二公局第四工程处 禹阎路项目经理部 二00五年五月,湿陷性黄土处理施工技术交流材料,一、工程概况：禹门口至阎良高速公路是国道主干线（GZ-40）二连浩特至河口高速公路在陕西省内的重要组成部分，也是陕西省“米”字型公路主骨架中重要组成部分。它的建设对早日实现“五纵七横”国道主干线系统规划、发挥该网络规模效益具有非常重要的意义。禹门口至阎良高速公路路线全长177.269Km，全线分为19个合同段。二公局（洛阳）第四工程处承担C15、C16合同段施工任务，C15合同段路线全长15Km，起讫桩号为K108+000K123+000，主要工程有
2、跨线桥、分离式立交桥3座，匝道桥1座，大桥1座，中桥1座，小桥1座，路基挖方80万方，填方130万方，箱式通道29道，涵洞48道，工程造价1.739亿人民币。C16合同段路线全长10.7Km，桩号为K123+000K133+700，主要工程有：跨线桥、分离式立交桥各三座，匝道桥一座，中桥两座，小桥一座，箱式通道25道，涵洞45道，路基挖方约20万方，填方约120万方，工程造价1.26亿人民币。本两合同段路面结构型式为：上面层5cm厚AK-16A，中面层6cm厚AC-20I，下面层7cm厚AC-25I，基层为34cm厚或32cm厚二灰碎石，底基层为20cm厚二灰土，对潮湿路段加铺20cm厚砂砾垫
3、层。C15、C16合同工期为42个月，计划2005年10月完工。C15、C16合同段路线位于关中盆地东北部蒲城凹陷区，对本工程有影响为黄土湿陷性和高压缩性。沿线遍布马兰黄土，为主要影响层，由灰黄、浅黄色粉质亚粘土组成。垂直节理发育，含蜗牛壳。C15、C16合同段通过黄土台塬区，主要分布第四纪新黄土（Q3）和中第四纪老黄土（Q2），地层由上至下依次为新黄土，厚度8-15m，老黄土厚度40-80m。至于黄土成因，以往国内外曾有多种学说。但对我国东北、西北地区的沙尘暴研究发现，沙尘矿物成分和形态类似于黄河中上游黄土的矿物组成，从而为黄土风成说提供了有力的科学依据。二、禹阎路C15、C16合同段黄土结
4、构物特点：,黄土颗粒组成以粉粒(0.005-0.05mm)为主，可达50%以上，其中粗粉粒(0.01-0.05)含量又大于细粉粒（0.005-0.01mm）含量，因此，黄土的结构是以粗粉粒为主体骨架的结构。较大砂粒“浮”在结构物中，细粉粒、粘粒和腐殖质胶体则附在砂粒及粗粉粒的表面与易溶盐及沉积在该处的碳酸钙、硫酸钙一起形成胶结性联结。有了这种胶性联结后，黄土结构就稳定了。从C16合同段施工的禹阎高速公路几处土场的颗粒分析试验来看(如表1)，其中颗粒组成主要以0.005-0.074mm为主，一般均占总量70-90%，因此试验结果表明，黄土级配均匀，同颗粒含量较多，粘粒含量少。单从这方面看，黄土是
5、比较难压实。禹阎高速公路C16合同几处黄土颗粒分析 表11.黄土多孔性：黄土结构中的孔隙分为三类(1).大孔隙：肉眼可见，直径约为0.5-1.5mm孔道。(2).细孔隙是架空结构物中大颗粒的粒间孔隙。肉眼看不见，双目放大镜可观察到。,(3).毛细孔隙，由大颗粒与附在其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙，肉眼更看不到。这三种孔隙形成了黄土的高隙度，故又称黄土为孔隙土。遇水易冲蚀、崩解、湿陷。2003年7月至9月陕西省蒲城县连续强降水百年不遇，曾出现防护成型路基出现冲蚀、崩解、湿陷等多种病害。 黄土孔隙呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上下贯通。其内壁附有白色碳酸钙薄膜，碳酸钙的胶结对黄土起着加固作用。
6、2.黄土节理：黄土的节理以垂直节理为主，一般在干燥而固结的黄土层中比较发育，土层上部比下部发育。有时在黄土中发现有斜节理，大都由构造运动产生的。3.黄土的水理特性：(1)渗水性由于黄土具有大孔隙垂直节理等特殊构造，故其垂直方向的透水性较水平方向为大。黄土经压实后大孔隙构造破坏，其透水性大为降低。(2)收缩与膨胀：黄土遇水膨胀，干燥后又收缩。经多次反复后，容易形成裂缝及剥落。由于土的自重作用使粉粒在垂直方向的粒间距离变小，所以,具有天然湿度的黄土在干燥后，水平方向的收缩量比垂直方向的收缩量大，大约在50%左右。湿陷为7cm，压缩系数为0.72(1/ Mkpa)，具有高压缩性。本合同段为借土填筑路
7、基，借土场内取土深度不大于6m，均属于中等湿陷性黄土。(3)崩解性：各类黄土的崩解性相差甚大。新黄土浸入水中后，很快全部崩解，老黄土则经过一段时间才全部崩解，红色黄土通常不崩解。本项目借土填筑均采用新黄土，其成因为风积黄土，对老黄土严禁在95区填筑使用。4.黄土的湿陷性：黄土分两类，一类为湿陷性黄土，另一类为非湿陷性黄土，可按下述办理进行鉴别：将土样用普通固结仪加压至200Kpa，浸水测定相对湿陷系数s=(h2-h1)/h2 s-相对湿陷系数h2-试样在200 Kpa压力下变形稳定高度，cmh1-上述加压稳定后的土样，在浸水作用下变形稳定后高度，cm当s0.02时，黄土被认为具有湿陷性C15、
8、C16合同段湿陷性系数为0.029属中等自重湿陷性场地，自重系数为0.01，C15合同段总湿陷量34.1cm,C16总湿陷量31.4 cm，自重,5.黄土的液塑限：从黄土的液塑限结果看，黄土是一种比较特殊粘性土或粉性土。禹阎高速公路C16合同段沿线取土场试验结果表明，其液限大多大于28，塑性指数大部分在12以下。因此沿线土场黄土均为粉质低液限黄土，所以为此此类黄土较难压实。 黄土的液塑限试验结果表,6.黄土击实特性：从本合同黄土重型击实成果来看，其最大干密度一般在1.90-1.98g/cm3之间，最佳含水量为11%-13.1%，最大干密度越小，曲线越平缓，主要是黄土孔隙发达所致。随着含水量增加
9、，大量水分首先填满孔隙，然后润滑表面。因此孔隙越发达，曲线越平缓。从曲线峰值附近来看，曲线半径越来越小，反映黄土达到高标准压实要求时，对含水量的敏感性，因此黄土填筑路基施工时含水量控制范围很小。,有机质含量：清理表土后，从有机质试验上看，均能满足规范要求。 三、禹阎路项目湿陷性黄土处理： C15、C16合同段对湿陷性地基处治采取加强防、排水与工程措施相结合的原则，设计中设置了完善的防、排水工程，对沟渠进行了加固。路基范围内及附近机井、陷穴、墓穴开挖后，利用碎石或素土回填压实，确保路基范围不被冲刷、不渗漏。禹阎路项目湿陷性黄土处理采取以下方法进行处理措施。 冲击碾压处理挖方路床。适用于挖深小于湿
10、陷性层厚度的中等和严重的自重湿陷性黄土路段，以冲击24遍，要求路床项面以下30cm压实度95%，80cm压实度85%，并消除湿陷性，其处理目的以消除路床80cm土层湿陷性，提高路床压实度，增强土基强度和水稳性，该方法与灰土垫层比较，具有造价低、施工便捷等特点。 冲击碾压处理填方地基。对中等自重湿陷性路段和路堤高度3m的严重湿陷性黄土填方地基，以冲击40遍，要求地表下80cm压实度85%，并消除湿陷性。地表排水不畅，路侧可能有积水地段，在较高一侧设复合土工膜隔水墙，隔水墙埋深分别为：中等自重湿陷路段为2m,严重自重湿陷性路段为2.5m。该处理方法是以防、排水为主，以消除湿陷性为辅的原则去处理；即
11、通过冲击碾压提高地表80cm土层压实度，增加土基强度，降低渗水性，消除湿陷性。对地表排水不畅路段，在路侧设置隔水墙，提高路基防水能力，即当地表水流入路侧时，由冲击碾压形成的密实的土层与隔水墙防止水流入渗。该处理方法与强夯、重夯和灰土垫层及其他方法相比较具有造价低、易于施工特点。,路基两侧10m强夯，中间冲碾处理填方路基。对路基高度3m严重自重湿陷性路段，路界以内两侧各10m宽采用强夯处理，强夯能级为160t.m（锤重与落距乘积），每点6击，强夯3遍，前两遍采用3-4m间距方格网跳夯，最后一遍排夯，并互相搭夯1/2-1/3夯痕，要求消除地表下5m土层湿陷性。强夯区之间以冲击碾压40遍，要求地表下
12、80cm压实度85%，并消除湿陷性。该方法适用严重自重湿陷性场地的高填方路段，消除湿陷性土层上半部分厚度内的湿陷性，该方案是在以防水为主的处理措施上加大处理力度。该种方法是在填方地基全断面强夯或铺设较厚灰土垫层等处理方案中优选得到，其特点为两侧强夯形成密实土体成为 “隔水墙”，能抵抗地表水浸入，防止路侧地表水渗入路基，在强夯时土体产生横向位移，对路侧及地基中部土体有挤密作用，从而密实度得以提高。而中间部分地基通过冲击碾压提高地基表层土基强度和防渗性能，并消除湿陷性。该方法较全断面强夯和设置灰土垫层比较可大大节约投资。灰土垫层和石渣垫层处理挖方路床。适用于挖深小于湿陷性土层厚度的严重自重湿陷性黄
13、土潮湿路段。由于路床土的含水量大，不能使用冲击式压路机碾压，故采用此方法消除路床湿陷性，提高土基强度和防渗性能。以50cm厚石渣层换填潮湿土，防止碾压翻浆改善水稳性，上部以20cm厚灰土垫层提高防渗性能和土基强度。灰土垫层处理填方地基。适用于严重自重湿陷性黄土上不能使用冲击碾压和强夯的高填方（填方高度大于5m）路段。和路侧附近有众多建筑物或地面窄小台阶等高低不平时，设厚度为80cm灰土垫层处理填方地基，消除地表土层湿陷性增强防水性能，提高地基承载力。综上所述，禹阎路项目地基处理共设计有五种处理方法，前三种为冲击碾压中等自重湿陷性黄土，冲击（24遍）360882m2，冲碾（40遍）997821m
14、2，强夯67526m2，重锤夯（80t.m、60t.m）238137m2，灰土垫层38199m3。,（一）冲击碾压施工冲击碾压是一种新型土方工程压实方法，它依靠机械冲击力将土体击实，冲击压实机械为拖动式压实机，由功率匹配拖式牵引车行驶，冲击式压实机由冲击轮、机架和连接机械三部分。本项目冲击压路机采用引进南非蓝派技术25KJ冲击压路机，牵引车构成采用郑州产功率大于310马力，确保行驶速度大于12km/h，每冲击碾压6遍平地机对地面进行平整，洒水车依据现场实际情况相配合。碾压采用排压法依次递进推移行走，每碾压推移叠压两遍后，形成一碾压带，然后从碾压带另一侧继续绕行冲碾，依次完成。C16合同段试验段
15、碾压遍数与地面下沉量关系表,碾压遍数与地面80cm以下压实度关系表在整个沉降量的观测过程中，都进行压实度和触探击数检测的现场试验，从以上数据及试验数据得出结论，在冲击碾压至40遍后，压实度满足要求，即原地面030cm压实度超过95%，80cm以下超过85%，地面沉降量无明显增加，说明施工过程中符合设计要求，同时地表下80cm处湿陷性系数s为0.01小于规定的0.015要求，表明地表080cm范围内已消除湿陷性，冲击34遍80cm处湿陷性系数s为0.013，同样也符合消除湿陷性要求，路基能够承受外界荷载作用而不发生超过设计规范要求的沉降。,清表清除表层种植土20cm后，冲击碾压40遍后，原地面平
16、均累计沉降量达到19.2cm；030cm范围内平均压实度为98.09%，80cm处平均压实度为89.97%，满足设计要求，同时根据试验段湿陷性试验和冲击碾压施工数据，在以后施工中，本项目调整冲击碾压遍数，因为冲碾超过40遍后，压实度和下降量增幅较小，有时还略有下降，实际控制在34遍，根据试验段跟踪试验检测其结果均能符合设计要求，在保证本项目工程质量的前提下，为项目节约成本创造效益。同时，项目试验室对冲击前地基天然含水量提前检测，防止冲击翻浆造成设备浪费，冲击后对地表含水量偏大路段适量放置，以便有利于水分的挥发，后再进行正常填筑，以减除工程遗留病害产生。（二）强夯法施工在K125+020K125
17、+970段路基范围内存在汉代古墓群，考古队挖掘后，坑深多在47m之间，墓坑数量较多，路基遭到破坏。为保证路基稳定，于2002年11月20日陕西高速公路西禹公司领导、监理、承包人三方商定实施强夯处理方案。根据工地会议纪要进行废弃腐质土，回填素土，采用推土机推平土坎后，用强夯处理，低能夯（重锤夯）满夯进行施工。由于路基范围内的墓坑数量多，且其中大多数较深，先将适用于路基填筑的素土进行回填，采用推土机进行粗平，在路基范围内进行强夯。强夯法目的是消除湿陷性：实际采用15.3t重锤、16m落距夯击湿陷性黄土，达到消除5m深度内黄土的湿陷性，提高地基承载力。施工时为保证路基稳定，废弃腐质土，回填素土，推平
18、土坎后采用240t.m能级强夯，每点9-11击，夯满一遍后重新补土推平，然后再进行第二,遍240t.m能级强夯，最后2击沉降量不大于5cm；强夯后补土整平，再用80t.m低能级满夯，补夯边脚以后交叉点位置，夯印重叠1/3；低能夯后表层30cm土质结构松散、无法压实时采用搁置一段时间后再处理。本项目2002年底强夯完成，2003年4月再洒水后，采用拖式羊脚碾碾压处理表层。 强夯的理论有效加固深度按下列公式估算： H=mh 式中：H强夯的有效加固深度（m）；m夯锤质量（t）；h落距（m）；修正系数，=0.30.5。委托中国有色金属西安勘察院二0二队完成该段土工试验工作。指定在K125+450K12
19、5+750试验段落内进行人工探井开挖、取样、土工试验。提交比重、密度、天然含水量、孔隙比、饱和度可塑性、湿陷性、压缩等试验结果，做好力学、物理湿陷性分析。强夯后三个探井共取土样42件。 强夯后土工试验表,从上表可见，强夯后基坑底8.8m以上压实度均大于77.8%，且压实度最小值位于地表下5m深处，湿陷系数小于0.015，湿陷性消除，符合设计5m范围内消除湿陷性要求，结合附近其他工程经验表明，该处理深度完全可满足路基稳定要求。因此，采用240 tm强夯能级处理此类湿陷性地基（古汉墓区）是可行的。,由于C15合同段冲沟等破碎地带较多，且呈“鸡爪子”地形，对这类地形不能按“原地面不平，开台阶填筑”方
20、法去施工，必须在冲沟适当位置开出坡道，将推土机、挖掘机、压路机开进或运送至沟底，按路基施工技术规范要求作业，挖除陡壁上树根和杂草等有机物质清除干净，将沟底整平并碾压密实或重锤夯实，整平压实开蹬，分层填压至底面平整，填土整平，层层碾压密实，为减少工后沉降，从沟底压实度要求不小于93%，当沟填至原地面1.5m2.0m时停止运土填筑，开始将沟顶原地面土层推至沟内进行填筑，填至设计标高时，对冲沟段进行全面的强夯处理。同时，高填路段（填高大于4m）每填筑0.8m1.0m厚时，采用冲击碾（20遍）或重锤夯（80tm、60tm）夯实处理提高压实度2%3%。后见强夯图：（三）灰土垫层及灰土台背箱式通道、箱式涵
21、洞、管涵和盖板涵根据跨径、填土高度及基底分别采用40cm或50cm厚3：7（体积比）灰土垫层基底处理，在天然开挖基坑内平整压实合格后，采用机械拌和3：7灰土，分层压实，基底过湿时采用换填石渣处理（石渣垫层）后，按设计要求正常施工灰土垫层，浇注基础砼。每侧板涵、管涵在天然地基上采用石灰粉喷桩挤密加固处理，桩顶设置回填40cm厚3：7灰土垫层。大型构造物（跨径大于5m）每侧处理宽4m，小型构造物台背处理宽2m至路床顶面。由于2003年7月至9月陕西省渭南地区连降暴雨（60年不遇），造成路基顶形成一定深度湿软层，为保证工程质量、加快工程进度，经省厅设计单位、公司研究商定在路基顶掺5%灰土处理两层后回
22、填素土，路床以下40cm范围内掺5%灰土处理，素土回填厚度不小于50cm，该处理方法在加强工程质量的同时加快工程进度。四、环境、职业健康安全方面保证措施,本合同段位于蒲城凹陷区，路线两侧广布民房、果树、耕地等，施工时防止扬尘污染农作物，减少震动危害民房尤为重要，对路基两侧危房住户，公司协同地方政府进行搬迁，居民区离路线太近的路段，在征地界内设置防震沟，阻断震动波传递路径，防震沟深通常在地面下挖3m、宽1m；防尘办法为及时平整与适量洒水压尘；在冲击碾施工时，每台牵引车配备6机手，每2个小时司机进行轮换一次，且配专用平地机配合冲击碾压平整作业。强夯冲击夯尽量安排在白天作业，减少干扰居民正常生活；用
23、于灰土垫层的石灰，在消解时安排在深坑中，并且采用覆盖手段。五、湿陷性黄土处理通用方法强夯、冲击夯施工结论（1）冲击碾压2030遍，地表以下80cm土层压实度为8284%，湿陷系数0.0080.015，湿陷性消除，沉降量为1618cm。（2）冲击碾压3040遍，地表以下80cm土层压实度为8587%，湿陷系数为0.0090.015，湿陷性消除，沉降量为1721cm。因此，冲击碾压3040遍效果证明，冲击碾压处理填方路基湿陷性设计是可行的，地表下80cm压实度85%，并且消除湿陷性。（3）冲击碾压施工程序为：清表 刮平 冲碾110遍试验、测量地面标高 刮平 冲碾1120遍 试验、测量地面标高 刮平 冲碾2130遍 试验、测量地面标高 刮平 冲碾3140遍 试验、测量地面标高。刮平次数根据土层干硬程度与场地平整情况进行调整。（4）强夯处理效果：强夯能级为240tm，夯沉量为90cm，基坑底5m土层湿陷性系数小于0.015，湿陷性消除满足工程要求。,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,施 工 图 片,
