第一篇：增濕作用下某濕陷性黃土隧道沉降變形分析

增濕作用下某濕陷性黃土隧道沉降變形分析

摘要：為了研究濕陷性黃土地區隧道工程的穩定性，對鄭西高鐵某隧道的沉降變形情況進行了分析，分析了增濕情況下的黃土的含水量變化情況，對其濕陷性及濕陷引氣的隧道沉降變形進行了分析，希望對濕陷性黃土地區的隧道變形提供幫助。

關鍵詞：黃土;凍融循環;含水量;穩定性

由于新黃土在形成過程中氣候干燥，土中所含的碳酸鹽、硫酸鈣等在土的顆粒表面析出膠結物與粘粒的結合水、毛細水共同形成較好的粘結性，使土在自重作用下形成具有大孔隙的黃土，不能達到正常固結，常處于欠固結狀態。這類黃土一旦被水浸濕后，由于水分子楔入顆粒間，破壞原來的聯結及造成鹽類溶解，使土的抗剪強度降低，土體在自重或上部荷載的附加作用下產生顯著的下沉變形，造成上部建筑物的沉降變形，形成病害，這就是黃土的濕陷性。

對于濕陷性黃土隧道增濕作用下研究，國內外研究主要集中在以下方面。田寶華[1]以某一鐵路客運專線試驗段工程為例，對濕陷性黃土地基處理方法與效果、復合地基承載力與沉降分析計算，控制路基沉降措施等方面進行了探討。常秀峰[2]結合吳子高速張家溝隧道左右線2座大斷面濕陷性黃土隧道的施工，分析并總結出地表沉降開裂、拱頂下沉、水平收斂和開挖工序、雨水的關系和變形規律，由此提出大斷面濕陷性黃土隧道施工變形控制的措施，并提出變形需進一步研究探討的設計和施工建議。邵生俊[3]結合試驗得出的濕陷系數計算隧道下地基土在實際壓縮應力條件下的濕陷變形量。在考慮黃土結構性的條件下，利用太沙基公式計算隧道圍巖應力，得到了圍巖壓力隨黃土結構的變化關系。朱國保[4]針對黃延高速HY-08標段漢寨隧道的地質特點，研究了濕陷性黃土公路隧道包括開挖、支護、二襯及監控量測等幾個主要工序中不同于其它地質條件下的隧道施工值得注意的關鍵問題。張茂花[5]通過實驗總結了黃土實現變形和抗剪強度指標隨飽和度以及壓力變化的規律，建立了濕陷性黃土增（減）濕變形的本構模型。王梅[6]通過對不同濕陷性黃土土工試驗，借助掃描電子顯微鏡測試技術，提出了黃土濕陷的主要構造因素，總結了微結構特征與濕陷性之間的統計關系。張茂花[7]分別采用單線法和雙線法對原狀Q3黃土進行了增、減濕情況下的單軸壓縮試驗，總結了黃土的壓縮變形隨飽和度變化的規律。

為了揭示黃土隧道運行期可能浸水增濕引起的沉降變形，應用有限差分法首先進行開挖施工過程，確定成洞后圍巖的應力場。然后，依據地表浸水入滲計算結果，考慮黃土增濕引起的自重增加和變形模量減小，再進行增濕變形計算。某客專濕陷性黃土隧道工程概況

某客專沿線黃土一般均具有濕陷性，本線濕陷性黃土的特征是濕陷厚度大，場地濕陷等級高。寶雞-太寧溝段渭河高階地和黃土殘塬區多具自重濕陷性，濕陷性黃土厚度可達10～18m，濕陷等級Ⅱ～Ⅲ級;太寧-元龍段西秦嶺中山區濕陷性黃土零星分布;元龍-天水段分布廣泛，厚度10～30m，多具自重濕陷性，濕陷性黃土厚度10～22m，濕陷等級一般為Ⅲ級（嚴重）～Ⅳ級（很嚴重）;天水至蘭州黃土高原梁峁區等地段，均為自重濕陷性場地，濕陷性黃土層厚度20～25m，最厚達40m，濕陷等級為Ⅲ（嚴重）～Ⅳ級（很嚴重）的自重濕陷性黃土;雷壇河階地及蘭州西站黃河二級階地，濕陷性黃土層厚度可達17m，濕陷等級為Ⅱ級（中等）～Ⅲ級（嚴重）自重濕陷性黃土。分析和模擬方法

本次計算采用FLAC3D有限差分數值模擬軟件模擬隧道施工過程，隧道的開挖采用程序內置的空單元模型（null）來實現，空單元區域的應力被設置為零，在這些區域中沒有重力作用。支護結構的模擬分為超前支護的模擬、掌子面支護的模擬和襯砌結構的模擬，初襯采用殼單元（shell）模擬;二襯采用實體單元進行模擬，其實現方式為將鋼筋混凝土的參數賦予代表二襯的單元材料;小導管超前支護采用beam結構單元+加固圈模擬，beam結構單元模擬超前小導管，加固圈即超前注漿加固區域，實現方式與二襯的模擬相同。

針對某隧道在不同的隧道埋深和入滲邊界條件下，進行應力和變形計算，分別選取五種隧道埋深，并考慮不同的入滲邊界條件。對于隧道場地區域內存在陷穴的情況，以某隧道為例，考慮隧道埋深及不同的入滲邊界條件，選擇隧道埋深為5m，入滲邊界條件為降雨+蒸發和降雨+蒸發+灌溉。濕陷性黃土隧道增濕沉降分析

計算采用摩爾―庫倫模型，由某隧道所選取的各種計算參數，其中，體積模量K和剪切模量G可根據計算公式由壓縮模量Es確定的變形模量及泊松比μ得出。在考慮降雨及降雨和灌溉同時作用的情況下，根據滲流計算的結果，確定出洞室頂部由于水體入滲導致含水量變化較大和相對變化較小的區域。考慮降雨條件下某隧道埋深5m時，工后增濕變形和洞底豎向應力變化較大。

由于隧道襯砌結構橫斷面近似為圓形，所以隧道襯砌結構阻水引起的隧道拱頂洞周浸潤范圍為半圓形和扇形，促使隧道圍巖土體增濕變形引起地表橫斷面沉降形狀為類似沉降槽正態分布曲線形狀。拱底圍巖土體增濕變形橫斷面沉降形狀與地表的一致。對于隧道而言，隧道拱底濕陷變形對隧道襯砌結構危害最大。圍巖拱底增濕變形在洞底以下的隨埋深的增大逐漸減小。降雨和降雨灌溉引起增濕變形導致隧道拱底豎向應力的變化較小。降雨灌溉引起隧道圍巖濕陷性變形促使的地表沉降，較降雨的要大;對于隧道拱底圍巖濕陷性變形、拱底圍巖應力影響較小，降雨灌溉與降雨基本一致。隨著埋深的增加，濕陷性變形引起地表沉降、拱底沉降均增大而增大，這是由于隧道在深埋時，濕陷性土層厚度的增大，圍巖壓力也增大，引起的增濕變形較大。某隧道不同埋深的降雨和降雨灌溉引起拱底最大沉降量為1.85mm～5.75mm。

4結論

研究可得，濕陷性黃土地區，增濕作用會有效地加大隧道的圍巖變形，降低隧道的穩定性，在濕陷性黃土隧道地區，對隧道的安全性應考慮增濕等情況的影響。

參考文獻（References）：

田寶華.客運專線濕陷性黃土地基處理與沉降控制措施探討[J].北京：鐵道建筑技術.2005.04：6-13 常秀峰.淺埋大斷面濕陷性黃土隧道地表變形規律分析[J].北京：施工技術，2010.39（增刊）：309-311 邵生俊，楊春鳴，焦陽陽，等.濕陷性黃土隧道的工程性質分析[J].武漢：巖土工程學報，2013，35：1580-1590.朱國保，張志強.濕陷性黃土公路隧道的施工要點[J].北京：隧道建設，2006，26：60-61 張茂花.濕陷性黃土增（減）濕變形性狀試驗研究.[碩士學位論文] [D].西安：長安大學.2002 王梅.中國濕陷性黃土的結構性研究.[博士學位論文] [D].山西：太原理工大學.2010 張茂花，謝永利，劉保健.增（減）濕時黃土的壓縮變形特性分析[J].湖南：湖南科技大學學報（自然科學版）.2007（22）：50-55

第二篇：濕陷性黃土范文

摘要：簡要介紹了濕陷性黃土的特征，闡述了濕陷性黃土地基處理的方法。主要是土（灰土）墊層法、強夯法、擠密法、樁基法、預浸水法和深層攪拌樁法等6種。在不同的地區，應根據不同的地基土質和不同的結構物，選用不同的處理方法，確保處理后的地基具有足夠的承載力和滿足變形條件的要求。

關鍵詞：濕陷性黃土；特征；地基處理方法 1 黃土的濕陷特征

濕陷性黃土是一種十分特殊的土質，俗稱大孔土，主要分布于我國陜、甘、寧等缺水少雨的干旱地區。屬砂壤土的范疇，砂壤土的粘土含量為12.50%～25%,壤土的粘土含量為25%～37.50%，而濕陷性黃土的顆粒組成中粘粒的含量為8%～26%，屬于砂壤土，但其性質與砂壤土又有所不同：①在天然狀態下具有肉眼能看見的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管狀孔隙，天然剖面呈豎直節理、顆粒粗，土質干燥；②顏色在干燥時呈淡黃色，稍濕時呈黃色，濕潤時呈褐黃色；③土中含有石英、高嶺土成分、含鹽量大于0.3０%，有時含有石灰質結核；④吸水及透水性較強，塑性粘聚力差，水易沖刷成溝，不易粘結，土樣浸入水中后，很快崩解，同時有氣泡冒出水面；⑤在干燥狀態下，有較高的強度和較小的壓縮性，由于土質豎直方向分布的小管道幾乎能保持豎立，邊坡遇水后，土的結構迅速破壞發生顯著的附加下沉，產生嚴重濕陷。這種土質的基礎處理與其它土質相比，施工難度大，進度慢，程度復雜，耗用時間長，特別是大面積的土質夯填及水利壩體處理。2 濕陷性黃土地基的處理方法

濕陷性黃土地基處理的根本原則是：破壞土的大孔結構，改善土的工程性質，消除或減少地基的濕陷變形，防止水浸入建筑物地基，提高建筑結構剛度。

2.1 強夯法 又叫動力固結法。是利用起重設備將80～400 kg的重錘起吊到10～40m高處，然后使重錘自由落下，對黃土地基進行強力夯擊，以消除其濕陷性，降低壓縮變形，提高地基強度，但強夯法適用對地下水位以上飽和度Sr≤60%的濕陷性黃土地基進行局部或整片處理，可處理的深度在3～12m。土的天然含水率對強夯法處理至關重要，天然含水量低于10%的土，顆粒間摩擦力大，細土顆粒很難被填充，且表層堅硬，夯擊時表層土容易松動，夯擊能量消耗在表層土上，深部土層不易夯實，消除濕陷性黃土的有效深度小，夯填質量達不到設計效果。當上部荷載通過表層土傳遞到深部土層時，便會由于深部土層壓縮而產生固結沉降，對上部建筑物造成破壞。

2.2 墊層法 土（或灰土）墊層是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統方法，我國已有2000多年的應用歷史，在濕陷性黃土地區使用較廣泛，具有因地制宜，就地取材和施工簡便等特點。實踐證明，經過回填壓實處理的黃土地基濕陷性速率和濕陷量大大減少，一般表土墊層的濕陷量減少為1～3cm，灰土墊層的濕陷量往往小于1cm，墊層法適用于地下水位以上，對濕陷性黃土地基進行局部或整片處理，可處理的濕陷性黃土層厚度在1～3m，墊層法根據施工方法不同可分為土墊層和灰土墊層，當同時要求提高墊層土的承載力及增強水穩定時，宜采用整片灰土墊層處理。

2.2.1 素土墊層法。素土墊層法是將基坑挖出的原土經灑水濕潤后，采用夯實機械分層回填至設計高度的一種方法，它與壓實機械做的功、土的含水率、鋪土厚度、及壓實遍數存在密切關系。壓實機械做的功與填土的密實度并不成正比，當土質含水量一定時，起初土的密實度隨壓實機械所做的功的增大而增加，當土的密實度達到極限時，反而隨著功的增加而破壞土的整體穩定性，形成剪切破壞。在大面積的素土夯填施工中時常遇到，運輸土料的重型機械容易對已夯筑完畢的壩體表面形成過度碾壓，造成剪切破壞，同時對含水率過高的地區形成“橡皮泥”現象，從而出現滲漏。這些都將是影響夯填質量的主要因素。2.2.2 灰土墊層法。灰土墊層法是采用消石灰與土的2∶8或3∶7的體積比配合而成，經過篩分拌合，再分層回填，分層夯實的一種方法，要保證夯實的質量必須要嚴格控制好灰土的拌制比例，土料的含水率，這對夯填質量起主要的影響因素。在實際施工過程中，不可能用儀器對每一層土樣進行含水率測定，只能通過“握手成團，落地開花”的直觀測定法來測定，但這種方法對于濕陷性黃土測定范圍過于偏大，經過實驗測定大致在14%～19%，存在測定偏差，且土質濕潤不夠均勻，往往有表層土吸水飽和，下層土干燥的現象，給施工帶來很大的難度。當處理厚度超過3m時，挖填土方量大，施工期長，施工質量也不易保證，嚴重影響工程質量和工程進度。所以墊層法同樣存在著施工局限。2.3 擠密法 擠密法是利用沉管、爆破、沖擊、夯擴等方法在濕陷性黃土地基中擠密填料孔再用素土、灰土、必要時采用高強度水泥土、分層回填夯實以加固濕陷性黃土地基，提高其強度，減少其濕陷性和壓縮性。擠密法適用于對地下水位以上，飽和度Sr≤65%的濕陷性黃土地基進行加固處理，可處理的濕陷性黃土厚度一般為5～15m。但通過實踐證明：擠密法對土的含水量要求較高（一般要求略低于最優含水率），含水量過高或過低，擠密效果都達不到設計要求，這在施工中很難控制，因為濕陷性黃土的吸水性極強且易達到飽和狀態，在濕陷性黃土進行灑水濕潤時，表層土質飽和后容易形成積水，下部土質卻很難受水接觸而呈干燥狀態，對于含水量＜10%的地基土，特別是在整個處理深度范圍內的含水量普遍偏低的土質中是不易采用的。

2.4 樁基礎法 樁基礎既是一種基礎形式也可看作是一種地基處理措施，是在地基中有規則的布置灌注樁或鋼筋混凝土樁，以提高地基承載能力。樁根據受力不同可分為端承樁和摩擦樁，這種地基處理方法在工業與民用建筑中使用較多，但樁基礎仍然存在淺在的隱患，地基一旦浸水，便會引起濕陷給建筑物帶來危害。在自重濕陷性黃土中浸水后，樁周土發生自重濕陷時，將產生土相對樁的向下位移對樁產生一個向下的作用力即負摩擦力。而且通過實踐證明，預制樁的側表面雖比灌注樁平滑，但其單位面積上的負摩擦力卻比灌注樁大。這主要是由于預制樁在打樁過程中將樁周土擠密，擠密土在樁周形成一層硬殼，牢固的黏附在樁側表面上，樁周土體發生自重濕陷時不是沿樁身而是沿硬殼層滑移，硬殼層增加了樁的側表面面積，負摩擦力也隨著增加，正是由于這股強大的負摩擦力至使樁基出現沉降，由于負摩擦力的發揮程度不同，導致建筑物地質基礎產生嚴重的不均勻沉降，構成基礎的剪切應力，形成剪應力破壞，這也正是導致眾多事故發生的主要因素。

2.5 預浸水法 濕陷性黃土地基預浸水法是利用黃土浸水后產生自重濕陷的特性，在施工前進行大面積浸水使土體預先產生自重濕陷，以消除黃土土層的自重濕陷性，它只適用于處理土層厚度大于10m，自重濕陷量計算值不大于500mm的黃土地基，經預浸法處理后，淺層黃土可能仍具外荷濕陷性，需做淺層處理。

預浸水法用水量大、工期長，一般應比正式工程至少提前半年到一年進行，浸水前沿場地四周修土埂或向下挖深50cm，并設置標點以觀測地面及深層土的濕陷變形，浸水期間要加強觀測，浸水初期水位不易過高，待周圍地表出現環形裂縫后再提高水位，濕陷性變形的觀測應到沉陷基本穩定為止。預浸水法用水量大，對于缺水少雨、水資源貧乏地區，不易采用，當土層下部存在隔水層時，預浸時間加大，工期延長，都將是影響工程的因素。

2.6 深層攪拌樁法 深層攪拌樁是復合地基的一種，近幾年在黃土地區應用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。它具有施工簡便、快捷、無振動，基本不擠土，低噪音等特點。

深層攪拌樁的固化材料有石灰、水泥等，一般都采用后者作固化材料。其加固機理是將水泥摻入粘土后，與粘土中的水分發生水解和水化反應，進而與具有一定活性的粘土顆粒反應生成不溶于水的穩定的結晶化合物，這些新生成的化合物在水中或空氣中發生凝硬反應，使水泥有一定的強度，從而使地基土達到承載的要求。

深層攪拌樁的施工方法有干法施工和濕法施工兩種，干法施工就是“粉噴樁”，其工藝是用壓縮空氣將固化材料通過深層攪拌機械噴入土中并攪拌而成。因為輸入的是水泥干粉，因此必然對土的天然含水量有一定的要求，如果土的含水量較低時，很容易出現樁體中心固化不充分、強度低的現象，嚴重的甚至根本沒有強度。在某些含水量較高的土層中也會出現類似的情況。因此，應用粉噴樁的土層中含水量應超過30%，在飽和土層或地下水位以下的土層中應用更好。對于土的天然含水量過高或過低時都不允許采用。3 結語

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區，應根據不同的地基土質和不同的結構物，對地基處理選用不同的處理方法。在勘察階段，經過現場取樣，以試驗數據進行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別等重要地質參數，通過經濟分析比較，綜合考慮工藝環境、工期等諸多方面的因素。最后選擇一個最合適的地基處理方法，經過優化設計后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。而不能一味的追求經濟利益，對工程質量視而不見，終將導致無可挽回的后果。

第三篇：濕陷性黃土地基處理

院 系：專 業：姓 名：學 號：

實

習

總

結

城市與環境學院 10級土木工程1班 任永強 0802100107 濕陷性黃土地基處理

一、黃土的分布及特征

黃土分布廣泛，在歐洲、北美、中亞等地均有分布面積達1300萬km2，占地球面積2.5%以上。我國是黃土分布面積最大的國家，總面積約64萬km2。西北、華北、山東、內蒙古及東北等地均有分布。黃河中游的陜、甘、寧及山西、河南等省黃土面積廣、厚度大，屬黃土高原。

黃土是以粉粒為主，含碳酸鹽，具有大孔隙，質地均一，無明顯層理而有顯著垂直節理的黃色陸相沉積物。

典型黃土具備以下特征: 1顏色為淡黃、褐黃和灰黃色。○2以粉土顆粒（0.075～0.005 mm）為主，約占60%～70%。○3含各種可溶鹽，主要富含碳酸鈣，含量達10%～30%，對黃土顆粒有一定○的膠結作用，常以鈣質結核的形式存在，又稱姜石。

4結構疏松，孔隙多且大，孔隙度達33%～64%，有肉眼可見的大孔隙、蟲○孔、植物根孔等。

5無層理，居柱狀節理和垂直節理，天然條件下穩定邊坡近直立。○6具有濕陷性。○

二、黃土的成因及分類

黃土按成因分為原生黃土和次生黃土，一般認為不具層理的風成黃土為原生黃土。原生黃土經過流水沖刷、搬運和重新沉積而形成的為次生黃土，具有層理，并含有較多的砂礫和細礫。

黃土一般分為濕陷性黃土、非濕陷性黃土。在一定壓力下受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉的黃土稱之為濕陷性黃土；在一定壓力下受水浸濕，無顯著附加下沉的黃土稱之為非濕陷性黃土。濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土、非自重濕陷性黃土。由于各地區黃土形成時的自然條件差異較大，因此其濕陷性也有較大差別，有些濕陷性黃土受水浸濕后的土的自重壓力下就產生濕陷，而另一些黃土受水浸濕后只有在土的自重壓力和附加壓力共同作用下產生濕陷，前者稱為自重濕陷性黃土，后者稱為非自重濕陷性黃土。一般將黃土開始濕陷時的相應壓力稱為濕陷起始壓力，可看作黃土受水浸濕后的結構強度。當濕陷性黃土實際所受壓力等于或大于土的濕陷起始壓力時，土就開始產生濕陷。反之，如果小于這一壓力，則黃土只產生壓縮變形，而不發生濕陷變形。

三、濕陷性黃土的工程性質

濕陷性黃土是一種特殊性質的土，在一定的壓力下，下沉穩定后，受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著附加下沉，故在潤陷性黃土場地上進行建設，應根據建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產生危害。

1、濕陷性黃土的顆粒組成

我國濕陷性黃土的顆粒主要為粉土顆粒，占總重量約60%～70%，而粉土顆粒中又以0.005mm～O.01mm的粗粉土顆粒為多，占總重約40.60%，小于0．005mm的粘土顆粒較少，占總重約14.28%，大于0．01m的細砂顆粒占總重在5%以內，基本上無大于0.25mm的中砂顆粒。我國濕潤陷性黃土的顆粒從西北向東南有逐漸變細的規律。

黃土是干旱或半干旱氣候條件下的沉積物，在生成初期，土中水分不斷蒸發，土孔隙中的毛細作用，使水分逐漸集聚到較粗顆粒的接觸點處。同時，細粉粒、粘粒和一些水溶鹽類也不同程度的集聚到粗顆粒的接觸點形成膠結。粗粉粒和砂粒在黃土結構中起骨架作用，由于在濕陷性黃土中砂粒含量很少，而且大部分砂粒不能直接接觸，能直接接觸的大多為粗粉粒。細粉粒通常依附在較大顆粒表面，特別是集聚在較大顆粒的接觸點處與膠體物質一起作為填充材料。粘粒以及土體中所含的各種化學物質如鋁、鐵物質和一些無定型的鹽類等，多集聚在較大顆粒的接觸點起膠結和半膠結作用，作為黃土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然狀態下，由于上述膠結物的凝聚結晶作用被牢固的粘結著，故使濕陷性黃土具有較高的強度，而遇水時，水對各種膠結物的軟化作用，土的強度突然下降便產生濕陷。

2、濕陷性黃土的濕度和密度

濕陷性黃土之所以在一定壓力下受水時產生顯著附加下沉，除上述在遇水時顆粒接觸點處膠結物的軟化作用外，還在于土的欠壓密狀態，干旱氣候條件下，無論是風積或是坡積和洪積的黃土層，其蒸發影響深度大于大氣降水的影響深度，在其形成過程中，充分的壓力和適宜的濕度往往不能同時具備，導致土層的壓密欠佳。接近地表2--3米的土層，受大氣降水的影響，一般具有適宜壓密的濕度，但此時上覆土重很小，土層得不到充分的壓密，便形成了低濕度、高孔隙率的濕陷性黃土。濕陷性黃土在天然狀態下保持低濕和高孔隙率是其產生濕陷的充分條件。

3、濕陷性黃土的壓縮性

壓縮性反映地基土在外荷載作用下產生壓縮變形的大小。對濕陷性黃土地基而言，壓縮變形是指地基土在天然含水量條件下受外荷載作用時所產生的變形，它不包括地基土受水浸濕后的濕陷變形。

一般在中更新世末期和晚更新世早期形成的濕陷性黃土多為中等偏低，少量為低壓縮性土；晚更新世末期和全新世黃土多為中等偏高，有的甚至為高壓縮性土，新近堆積黃土的壓縮性多數較高。

4、黃土的抗剪強度

黃土的抗剪強度主要取決于土的含水量和密實程度。當含水量越低，密實程度越高，則抗剪強度越大。當黃土的天然含水量低于塑限時，水分變化對強度影響最大，隨含水量的增加，土的內摩擦角和黏聚力都降低較多，但當天然含水量大于塑限時，含水量對抗剪強度的影響減小，而超過飽和含水量時，抗剪強度變化不大。當土的含水量相同，則密實程度越大，即土的干重度越大，抗剪強度越大。在浸水過程中，黃土濕陷處于發展狀態，此時，土的抗剪強度降低最多，但當黃土的濕陷壓密過程已基本結束，此時土的含水量雖然很高，但抗剪強度卻高于濕陷過程。因此，濕陷性黃土處于地下水位變動帶時，其抗剪強度最低，而處于地下水位以下的黃土，抗剪強度反而高些。

四、濕陷性黃土地基的處理原則

《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025-2004）對濕陷性黃土地區建筑物的設計和施工按建筑物的類別及場地的濕陷類型、等級相應提出了不同的措施要求。其中設計措施分為地基處理措施、防水措施和結構措施。各類建筑物的設計應根據建筑物的分類和場地土的濕陷類型、濕陷等級采取以地基處理為主的綜合措施。地基處理措施主要用于改善土的物理學性質,減少或消除地基的濕陷變形；防水措施和結構措施一般用于地基不處理或用于消除地基部分濕陷量的建筑，以彌補地基處理的不足。

對地基受水浸濕可能性大或對不均勻沉降有一定限制的一般工業與民用建筑物，即乙類建筑物，設計措施的原則是當地基發生濕陷時,能保證主體結構安全,次要部位易于修復。在Ⅱ級,Ⅲ級自重濕陷性黃土地基上的乙類建筑及丙類建筑物，若以地基處理為主時,其處理厚度應控制剩余濕陷量分別小于20 cm和30 cm ,并且應采取適當的防水措施和結構措施；如以防水措施為主時,仍不能忽視地基處理的重要性,盡量減少地基的剩余濕陷量,以保護防水措施免遭破壞。

五、濕陷性黃土地基處理的方法

濕陷性黃土地基處理的方法很多，在不同的地區，根據不同的地基土質和不同的結構物，地基處理應選用不同的處理方法。在勘察階段，經過現場取樣，以試驗數據進行分析，判定屬于自重濕陷性黃土還是非自重濕陷性黃土，以及濕陷性黃土層的厚度、濕陷等級、類別后，通過經濟分析比較，綜合考慮工藝環境、工期等多方面的因素。最后選擇一個最合適的地基處理方法，經過優化設計后，確保滿足處理后的地基具有足夠的承載力和變形條件的要求。

濕陷性黃土地基的處理方法依據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）推薦有換填墊層法、重錘表面夯實法、強夯法、預浸水法、擠密法、樁基礎法等。

1、換填墊層法

換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，應根據建筑體型、結構特點、荷載性質、巖土工程條件、施工機械設備及填料性質和來源等進行綜合分析，進行換填墊層的設計和選擇施工方法。該法是將基礎底面以下一定深度范圍內的軟弱土層挖去，然后以質地堅硬、強度較高、性能穩定、具有抗侵蝕性的填料分層填充，并同時以人工或機械方法分層壓、夯、振動，使之達到要求的密實度，成為良好的人工地基。

墊層可以選用的填料有砂石（包括碎石、卵石、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑，應級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質）、粉質粘土（用于濕陷性黃土的粉質粘土墊層，土料中不得夾有磚、瓦和石塊）、灰土（土料宜用粉質粘土，石灰用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5㎜，體積配合比宜為2：8或3：7）、粉煤灰、礦渣（指高爐重礦渣，可分為分級礦渣、混合礦渣及原狀礦渣）、其他工業廢渣（要求質地堅硬、性能穩定、無腐蝕性和放射性危害）、土工合成材料等。

經該方法處理過的人工地基或墊層，可以把上部荷載擴散到下面的下臥層，以滿足上部建筑所需的地基承載力和減少沉降量的要求。當墊層下面有較軟土層時，也可以加速軟弱土層的排水固結和強度的提高。此法用于濕陷性黃土地基可以消除地基的濕陷性。

2、重錘表面夯實法

重錘表層夯實是在基坑內的基礎底面標高以下待夯實的天然土層上進行的。它與換填土墊層法相比,可少挖土方工程量,而且不需要回填，其夯實土層與土墊層的作用基本相同。

重錘表層夯實加固原理是將18～30KN的重錘提高到4～5m后自由落下，并如此重復夯打，使土的密度增大，土的物理力學性質改善，以減少或消除地基的變形。

在重錘夯實區域附近有建筑物以及正在進行砌筑工程或澆筑混凝土時，應注意防止建筑物、砌體和混凝土因受振動而產生裂縫，應采取適當的措施。

3、強夯法

強夯法的加固原理是利用夯錘自由落下產生的沖擊波使地基密實。這種沖擊引起的振動在土中以波的形式向地下傳播。這種振動波可分為體波和面波兩大類。

強夯理論認為：壓縮波大部分通過液相運動，使孔隙水壓力增大，同時使土粒錯位，土體骨架解散，而隨后的剪切波使土顆粒處于更加密實的狀態。

現在一般的看法是，地基經強夯后，其強度提高過程可分為：夯擊能量轉化，同時伴隨強制壓縮或振密；土體液化或土體結構破壞；排水固結壓密；觸變恢復并伴隨固結壓密。

4、預浸水法

采用預浸水法處理地基，應符合下列規定：

(1)浸水坑邊緣至既有建筑物的距離不宜小于50m，并應防止由于浸水影響附近建筑物和場地邊坡的穩定性。

(2)浸水坑的邊長不得小于濕陷性黃土土層的厚度，當浸水坑的面積較大時，可分段進行浸水。

(3)浸水坑內的水頭高度不宜小于300mm，連續浸水時間以濕陷變形穩定為準，其穩定標準為最后5d的平均濕陷量小于1mm/d。

(4)預浸水法宜用于處理濕陷性黃土層厚度大于10m，自重濕陷量的計算值不小于500mm的場地。浸水前宜通過現場試坑浸水試驗確定浸水時間、耗水量和濕陷量等。

5、擠密法

灰土擠密樁或土擠密樁通過成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內的土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將備好的灰土或素土（粘性土）分層填入到樁孔內，并分層搗實至設計標高。用灰土分層夯實的樁體，稱為灰土擠密樁；用素土分層夯實的樁體，稱為土擠密樁。二者分別與擠密的樁間土組成復合地基，共同承受基礎的上部荷載。夯實水泥土樁也屬于擠密樁

灰土擠密樁和土擠密樁，在消除土的濕陷性和減小滲透性方面，其效果基本相同或差別不明顯，但土擠密樁地基的承載力和水穩性不及灰土擠密樁。

6、樁基礎法 可使用各種類型的樁穿透濕陷性土層，把上部結構的荷載通過樁尖(或擴大頭)傳到非濕陷性土層上。樁基礎起著向深處傳遞荷載的作用,而不在于消除土體本身的濕陷性。濕陷性黃土浸水后樁身與土之間的摩擦力大大降低,在自重濕陷性黃土中還會產生負摩擦力。爆擴樁一般適用于穿透不大于8 m 的濕陷性黃土層。對非自重濕陷性黃土地基，其擴大頭應支撐在壓縮性較低的非濕陷性土層上，對自重濕陷性黃土地基則應支撐在密實的非濕陷性土層上。機械或人工成孔的灌注樁和預制樁可用于穿透厚度較大的濕陷性黃土層。擴底灌注樁的支撐條件應與爆擴樁的要求相同。不擴底的灌注樁和預制樁應支撐密實的非濕陷性土層或巖層上。

六、建議

上述幾種濕陷性黃土地基的處理方法,近年來在工程建設中被廣泛使用,都取得了良好的效果。隨著科學技術的迅速發展,對濕陷性黃土地基的處理方法會越來越多,效果也會越來越好。地基處理的設計和施工應符合技術先進、確保質量、安全適用和經濟合理的要求。各種地基處理方法都有一定的適用范圍，在選用時一定應特別重視。建議用多因素法優選地基處理方案，因地制宜特別重要。只有在濕陷性黃土的處理過程中，仔細琢磨、因地制宜采取合適的方法，提高從事處理濕陷性黃土工作隊伍的整體素質，并且要注意環境，不能造成環境的污染，廣泛發展適用于各地、各種條件下處理方法，避免片面性，才能保證及延長建筑的使用壽命。

第四篇：濕陷性黃土鐵路路基病害整治技術研究

寒冷地區路基凍害整治（2006-3）

[ 2006-9-28 ]

鐵建齊齊哈爾勘測設計院 蔡松昆

路基凍害是嚴寒地區影響鐵路安全及正常運營的常見病害，它與寒冷的氣候有關，冰凍線能達到相當深度，又涉及到土的特性。在哈局管內的各種路基病害中，路基凍害因其分布廣、時間長、工作量大、影響行車非常嚴重而占首位。如何整治路基凍害，減少維修養護工作量，確保行車安全受到各級領導高度重視。

路基表層凍害的防治

一是排水及隔水。其目的在于排除地表水或降低疏導地下水，以及隔斷下層水，以消除或減少路基土體的凍脹。具體措施包括：地表排水——通過修建側溝、天溝、排水溝、排水槽、截水溝等，盡一切可能使地表排水暢通，并將大量地表水由橋梁及涵洞排走；基床排水——通過基床整形（平整基床及路肩）、挖除道碴陷槽、路肩換滲水性土壤、加設橫向盲溝、縱向盲溝、橫向排水管等排水；排除地下水——通過截水明溝、滲水暗溝（截水滲溝、邊坡滲溝、支撐滲溝）、滲水隧洞等排水；隔水——利用塑料薄膜、聚苯乙烯薄板、聚氯乙烯軟板材料制成的隔水層或樹脂類注入等方式，隔斷毛細水的上升及隔斷冬季土凍結時所產生的水分向上遷移。

二是改土。其目的是換除路基土體中的不均勻土質或改良土的性質，以消除或減少路基土體的凍脹。

三是隔溫。其目的是使凍脹性土脫離凍結層或部分脫離凍結層，從而消除或減少路基土體的凍脹。

路基深層凍害的防治

路基深層凍害產生在路基基床土體的下部。根據均質土體的凍脹情況來看，凍脹強度最大的部位均發生在路基表層，只有當地下水位較接近最大凍結深度時或在最大凍結深度內時，則最大的凍脹才發生在下部。只有當開式析冰系統時，其下部的凍脹土才產生一定的凍脹，而且凍脹發生在凍結期的后期（約2～3月份）。所以防治深層凍害主要是整治地下水。

多年凍土地區路基的構成，其上部為季節融化層，下部為多年凍土層。所以它除了上部的季節融化層具有季節凍土地區路基凍害的特點外，下部則有多年凍土路基的特殊病害——路基熱融沉陷、路基凍融坍塌、路塹邊坡熱融滑坍及路堤邊坡表層滑坍。多年凍土地區路基特殊病害的防治總的概括為兩大類：一是在使用中保持土凍結狀態的原則（即采用保溫措施等），這種原則適用于含冰豐富的凍土或厚層地下冰地帶；二是在使用中凍土可以融化或局部融化，或控制融化速度，這一原則一般使用于厚度較薄的凍土層或含冰量局部較大的島壯凍土地帶。

路基凍害成因

牙林線k92+00～k92+845位于巖山—育林區間，為連續并垂直銜接的多年凍土地帶，年平均氣溫-2℃，多年凍土上限為0.9m，線路位于陽坡溝谷地段，地勢較平坦，路堤高1.5m，路塹高1.3m，路堤填料為砂粘土。線路右側有兩處積水坑，形成潛流及滲透作用。地表塔頭草及灌木叢生，泥炭層厚0.4m，基底凍結上限下降大于1.50m，上限以下為冰土互層（含冰40%）,冬季形成凍害，最大凍高150mm，夏季融后流動路基下沉累計達900mm。下沉時間為7～9月，尤以雨后為大。

地溫動態：基底地溫明顯升高，在路基面以下5m深度范圍內，一般較自然地溫高2～5℃，多年凍土上限比正常的0.9m下降1.5m，剖面成U型槽，且偏于路基中心的右側。在基底下地溫最低時仍有0～0.3℃的正常溫存在。

水溫水位動態：凡路基凍害較大及路基嚴重下沉地段的基底融化槽內均存在自由水，它們由線路右側的積水坑補給，透過基底，并在基底進行熱交換。

上述地質地貌和病害特點可知，基底富冰凍土是路基下沉的內部原因，積水坑水的滲入及積存所引起的熱交換作用則是其外部原因。每年10月份進入凍結階段，氣溫逐漸下降到0℃以下，路基土層中的水分逐漸凍結，凍結層對下層未凍土中的自由水有較大的吸附作用，積水坑的水源不斷地補充到凍結層，使得凍脹體不斷增大，形成凍害。地表塔頭泥炭產生壓縮下沉，惡化了地表的徑流條件。由于近距離內無縱向排水設備，造成積水坑長期積水，并向基底內滲入。因為水有巨大的潛熱，使基底多年凍土的自然熱平衡條件遭到破壞，導致多年凍土上限下降，使含水量甚大的淤泥質砂粘土層在融化的同時，不但強度急劇下降，還產生壓塑變形，從而形成融化槽。

路基凍害及融沉的整治

根據路基凍害及融沉產生的原因及特點，確定整治原則是保護多年凍土，隔離積水坑向基底滲入的水源，消除熱源，采取必要的保溫措施，以促使融化槽消失，從根本上改變基底的熱平衡狀態以達到徹底根治的目的。即采用EPS板保溫層和土工布擋水層相結合的綜合整治措施，具體方案如下：

在k92+000～k92+460及k92+660～k92+845處線路右側（積水坑側）路基坡角處開挖深2.7 m，寬0.5m的溝，溝的右側鋪設不透水土工布進行封閉，然后向溝內回填原狀土，并將土工布向路基邊坡處回折覆蓋在回填土表層，土工布上邊夯填長1.5m、厚20cm的原狀土。按4‰的坡度向路基外順坡。

在k92+450～k92+845處路基面下0.2m處鋪設厚 5cm、寬7.5m的EPS板保溫層，EPS板上、下各設20cm厚的砂墊層。路肩夯填 0.2m厚的土毛子（應在春融前施工）。

采用上述措施的目的是不允許積水坑的水向基底內滲入，由于EPS板的保溫隔熱功能對多年凍土起到了保護作用，提高基底多年凍土的上限，以消除路基凍害和熱融下沉，尤其在春融期線路回落平穩，整治效果顯著。□

第五篇：濕陷性黃土對鐵路工程的影響研究

濕陷性黃土對鐵路工程的影響研究期刊門戶-中國期刊網2009-7-16來源:《企業技術開發(下半月)》2009年第4期供稿文/宋建波

[導讀]本文對黃土的成因、黃土的濕陷性及敏感性、黃土的濕陷性對樁基沉降的作用、黃土濕陷處理措施以及黃土路基工后沉降評估問題進行了分析和研究。

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濕陷性黃土對鐵路工程的影響研究

宋建波

（中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津300450）

作者簡介：宋建波，中鐵十八局集團第五工程有限公司。

摘 要：黃土在天然含水率時一般呈堅硬或硬塑狀態且具有較高的強度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，部分黃土即使在其自重作用下也會發生劇烈的沉陷，強度也隨之迅速降低。本文對黃土的成因、黃土的濕陷性及敏感性、黃土的濕陷性對樁基沉降的作用、黃土濕陷處理措施以及黃土路基工后沉降評估問題進行了分析 和研究。

關鍵詞：濕陷性；黃土；鐵路工程

由于黃土特殊的工程性質(水敏性、大孔性、結構性)，黃土地區的鐵路工程建設常常會出現多種工程病害，如深挖方邊坡的坍塌，高填方路堤的不均勻沉降，地基 承載力低，高濕度黃土中隧道的塌方和既有線黃土隧道出現拱部裂縫，樁基因負摩擦作用的變形和破壞等多方面的問題。其中黃土濕陷性問題最為突出，給鐵路運營 和養護帶來的危害也最大。天然黃土在上覆土的自重壓力作用下，或在上覆土的自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結構迅速破壞而發生顯著附加下沉 的，稱為濕陷性黃土。當黃土作為建筑物地基時，為了恰當考慮濕陷對建筑物的影響，需采取相應的措施，分析、判別黃土是否屬于濕陷性的、其濕陷性強弱程度以 及地基濕陷類型和濕陷等級，是黃土地區工程勘察與評價的核心問題和工程設計的基礎。黃土的成因

黃土是一個復雜而巨大的地質系統，因此，關于黃土成因的研究，己有百余年的歷史，中外學者先后提出了十多種不同成因的假說，其中主要是風成說、水成說和多 成因說三大類型。一般認為，典型的、或原生的黃土主要是風成黃土。黃土狀土或次生黃土多為其他成因的黃土(如沖積，洪積，坡積，湖泊沉積，冰水沉積，洪積 一坡積，洪積一沖積，殘積一坡積，沖積一坡積等)或經過其它營力改造過的風成黃土。

2黃土的濕陷性及敏感性

黃土的濕陷性是指黃土在天然低濕度下往往具有明顯的高強度和低壓縮性，但遇水浸濕后會發生變形大幅度突增和強度也隨之迅速降低的現象。對黃土濕陷性的研 究，主要側重于濕陷機理、影響因素、指標選擇、評價方法以及工程應用諸方面。近年來，黃土工程性質的研究出現了由側限壓縮到三軸壓縮，由常規三軸應力路徑 到多種復雜應力路徑，由浸水濕陷量到濕陷敏感性，由狹義的浸水(飽

和)濕陷到廣義的增濕濕陷，由單調的增濕變形到增、減濕和間歇性的濕陷變形，由增(減)濕路徑到增(減)濕路徑與加(卸)荷路徑的禍合，由濕陷性到濕剪性以及由宏觀特性分析到宏、微觀結合的力學特性分析等諸多方面的發展，豐富了對黃土濕陷性 的認識，縮短了黃土濕陷性與工程實際應用之間的距離。濕陷類型和濕陷等級不能完全表達濕陷性黃土的全部工程性質，對于自重濕陷性黃土，還應研究濕陷敏感 性。根據敏感性指標，可將自重濕陷性黃土地基按敏感性分為:很敏感、不很敏感、不敏感三類，對濕陷量(等級)相同但敏感性不同的自重濕陷性黃土應區別對 待。黃土的濕陷性對樁基沉降的作用

濕陷性黃土地基中單樁在豎向荷載作用下的沉降量由樁體自身的彈性壓縮變形、樁底下部土體在自重應力作用下的變形以及樁底下部土體在附加應力(包括負摩擦 力)作用下的變形三部分組成。影響單樁沉降的因素很多，主要因素包括樁長、樁與土的相對壓縮性、土層性質、荷載大小以及荷載作用時間、樁側樁端各自分擔的 荷載比及樁側阻力沿樁身的分布圖式等。一般而言，單樁沉降量隨樁的長徑比和樁土剛度比的減少而增大，隨樁底處持力層的彈性模量與樁周土的彈性模量之比值的 增大而減小。濕陷性黃土地基中的樁基由于黃土的浸水濕陷在樁體側壁上形成負摩擦力，負摩擦力產生的下拉荷載必然加大樁基的沉降，因此，濕陷性黃土地基中單 樁的沉降量除上述這些影響因素外，還有負摩擦力的影響。所以，在驗算樁基沉降時需考慮負摩擦力的作用。就黃土的濕陷性對樁基沉降的影響而言，負摩擦力值越 大，中性點越低，下拉荷載就越大，對樁基沉降的影響也就越顯著。黃土的濕陷性對樁基沉降的主要作用有:

①濕陷性黃土層越厚，濕陷等級越高，對樁基沉降的影響越大。

②同一種黃土，當含水率較低時，負摩擦力相對較大，對樁基沉降的影響也大，隨著含水率的增大，負摩擦力會減小，對樁基沉降的影響也會減少。

③樁的長徑比越小，截面剛度越大，負摩擦力越大，中性點也越深，對樁基沉降的影響也越大。

④樁底持力層的剛度越大，樁受到的負摩擦力越大，中性點深度越深，對樁基沉降的影響越大。黃土濕陷處理措施

當黃土地基的濕陷變形、壓縮變形或承載力不能滿足設計要求時，要針對不同的建筑類別和黃土的濕陷特點，采用經濟合理的處理措施。目前我們已經由早期的大開 挖逐漸發展到后來的墊層(灰土或砂石)、強夯(表面強夯、深孔強夯、置換強夯)、擠密(灰土樁，水泥土樁，二灰樁、DDC)、沉樁(預制打入樁、鉆孔灌注 樁、大徑擴底灌注樁、水泥攪拌樁)、化固(單液法，雙液法，堿液法，水泥漿灌注法)和預濕等，這些方法與設計中基本防水，檢漏防水和嚴格防水等不同的等級 以及施工中的施工防水等防水處理措施的結合成了黃土地基設計施工中的一個重要理念。黃土一般為粉質赫土或粉土，當用黃土直接作填料用于鐵路建設當中時，其 壓實性質、穩定性和水穩性均較難達到路基工程的要求，因此需將黃土進行改良填筑，其黃土改良方法主要是摻加水泥、石灰等摻和料，這樣改良后黃土的強度、變 形特征、水穩性都會有大的改善和提高。黃土路基工后沉降評估

路基的變形一般可分為路基的工后沉降和路基的彈性變形及塑性變形兩類。工后沉降為路基竣工開始鋪軌后產生的沉降，它由路基本體的壓密變形和地基的沉降變形 兩部分組成。實測資料表明，當填料及壓實度滿足要求時路基填筑部分的壓密沉降僅占填土高度的0.1—0.5%，且一般在一年左右即可完成，所以，路基工后 沉降主要是由地基沉降引起的沉降量。工后沉降的控制是路基上鋪設無碴軌道的關鍵，在鋪設無碴軌道之前，為保證路基的工后沉降和變形符合設計要求，必須對路 基變形作系統的評估。勘察設計階段，可根據地質條件、土層物理力學參數、填土高度、地基加固措施、工期等計算總沉降量及工后沉降量，以便選擇合理的地基加 固措施。由于地層的不均勻性、參數選取的精度、計算方法的局限性以及施工過程等因素的影響，設計階段的沉降計算只能是一種估算，其精度難以滿足客運專線標 準要求。因此，客運專線沉降控制必須根據施工期間和路基填筑完成或施加預壓荷載后不少于6個月的觀測期和調整期的實測沉降數據，采用數學方法對最終沉降 量、沉降速率、工后沉降量進行推算，借此確定鋪軌時間。結語

由于黃土工程地質性質的復雜性，因此需要進一步結合區域黃土的地貌特征、成因、地層結構特征、物理力學性質和濕陷性特征對浸水試驗工點濕陷性結果的差異性做出合理的解釋和分析，為鐵路建設的濕陷性問題提供可靠的數據支持以及處理方法。

參考文獻：

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［3］姜志武．高速鐵路發展概況［J］．科技信息，2007．

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