張石高速公路濕陷性黃土地基處理技術(shù)的應(yīng)用與成效探究一、引言1.1研究背景與意義隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，高速公路的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。在高速公路建設(shè)過程中，不可避免地會(huì)遇到各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，其中濕陷性黃土地基是較為常見且具有挑戰(zhàn)性的問題之一。濕陷性黃土在我國分布廣泛，主要集中在西北、華北等地區(qū)，如甘肅、寧夏、陜西、山西等地。其特殊的工程性質(zhì)給公路工程的建設(shè)和運(yùn)營帶來了諸多危害。濕陷性黃土的顯著特點(diǎn)是在天然狀態(tài)下強(qiáng)度較高、壓縮性較低，但一旦受到水的浸濕，在自重應(yīng)力或自重應(yīng)力與附加應(yīng)力的共同作用下，土的結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞，產(chǎn)生顯著的附加下沉，即濕陷變形。這種濕陷變形具有局部性、突發(fā)性和不均勻性的特點(diǎn)，嚴(yán)重危害公路路基及其構(gòu)造物。例如，在公路建成后，若地基受到雨水浸泡或地下水位上升等因素影響，濕陷性黃土?xí)l(fā)生濕陷，導(dǎo)致路基出現(xiàn)大幅度沉降、開裂，路面平整度遭到破壞，影響行車舒適性和安全性。不均勻沉降還可能使橋梁、涵洞等構(gòu)造物的基礎(chǔ)受到不均勻的作用力，導(dǎo)致構(gòu)造物傾斜、開裂，甚至倒塌，嚴(yán)重影響公路的正常使用和使用壽命，增加后期維護(hù)成本。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在濕陷性黃土地區(qū)，因地基濕陷問題導(dǎo)致的公路病害占總病害的比例較高，給公路工程帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。張石高速公路是連接張家口和石家莊的重要交通干線，對于促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加強(qiáng)地區(qū)間的交流與合作具有重要意義。該高速公路部分路段穿越濕陷性黃土區(qū)域，如不妥善處理濕陷性黃土地基，將會(huì)給公路的建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)營安全帶來嚴(yán)重威脅。因此，在張石高速公路建設(shè)中，對濕陷性黃土地基進(jìn)行有效處理是十分必要的。本研究對張石高速公路濕陷性黃土地基處理技術(shù)展開深入研究，具有重要的工程實(shí)踐意義和技術(shù)發(fā)展意義。在工程實(shí)踐方面，通過對不同地基處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，能夠?yàn)閺埵咚俟返慕ㄔO(shè)提供科學(xué)合理的地基處理方案，確保公路的工程質(zhì)量，減少因地基問題導(dǎo)致的病害和維修成本，保障公路的安全運(yùn)營。同時(shí)，本研究成果也可為其他類似濕陷性黃土地區(qū)的高速公路建設(shè)提供借鑒和參考，提高我國在濕陷性黃土地區(qū)公路建設(shè)的技術(shù)水平和工程質(zhì)量。在技術(shù)發(fā)展方面，深入研究濕陷性黃土地基處理技術(shù)，有助于進(jìn)一步揭示濕陷性黃土的工程特性和濕陷機(jī)理，推動(dòng)地基處理技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，為解決濕陷性黃土地區(qū)的工程問題提供更有效的方法和手段。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀國外對于濕陷性黃土的研究起步較早，在濕陷性黃土的工程性質(zhì)、濕陷機(jī)理等方面取得了一定的成果。美國、日本、俄羅斯等國家在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行了大量的工程建設(shè)，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在濕陷性黃土的工程性質(zhì)研究方面，國外學(xué)者通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，對濕陷性黃土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深入分析。研究發(fā)現(xiàn)，濕陷性黃土的顆粒組成、孔隙結(jié)構(gòu)、含水量等因素對其工程性質(zhì)有顯著影響。例如，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，濕陷性黃土顆粒之間存在較大的孔隙，這些孔隙在水的作用下容易發(fā)生變形和破壞，從而導(dǎo)致土體濕陷。在濕陷機(jī)理研究方面，國外學(xué)者提出了多種理論。其中，以結(jié)構(gòu)學(xué)說為代表，該學(xué)說認(rèn)為濕陷性黃土的濕陷是由于土顆粒之間的膠結(jié)物質(zhì)在水的作用下溶解或軟化，導(dǎo)致土顆粒之間的連接力減弱，從而使土體結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生濕陷變形。此外，還有基于土力學(xué)原理的有效應(yīng)力理論、基于微觀結(jié)構(gòu)的損傷理論等，這些理論從不同角度解釋了濕陷性黃土的濕陷機(jī)理。在濕陷性黃土地基處理技術(shù)方面，國外常用的方法包括強(qiáng)夯法、灰土擠密樁法、預(yù)浸水法等。強(qiáng)夯法通過重錘自由落下產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力，使地基土密實(shí)，提高地基承載力，消除濕陷性?；彝翑D密樁法是利用樁管打入土中，側(cè)向擠密土體，然后在樁孔內(nèi)填入灰土并夯實(shí)，形成復(fù)合地基，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。預(yù)浸水法是通過在地基中預(yù)先浸水，使土體產(chǎn)生自重濕陷，從而消除濕陷性。這些方法在國外的濕陷性黃土地區(qū)的建筑、道路等工程中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的效果。在高速公路領(lǐng)域，國外也開展了相關(guān)研究。例如，美國在一些穿越濕陷性黃土地區(qū)的高速公路建設(shè)中，采用了特殊的地基處理措施和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保公路的長期穩(wěn)定性和行車安全。通過對不同地基處理方法的效果進(jìn)行監(jiān)測和評估，總結(jié)了適合高速公路建設(shè)的濕陷性黃土地基處理技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對濕陷性黃土的研究始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過多年的發(fā)展，在濕陷性黃土的特性研究、地基處理技術(shù)等方面取得了豐碩的成果。在濕陷性黃土特性研究方面，我國學(xué)者對濕陷性黃土的分布規(guī)律、工程特性、濕陷類型及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。查明了我國濕陷性黃土主要分布在西北、華北等地區(qū)，不同地區(qū)的濕陷性黃土在工程性質(zhì)上存在一定差異。通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，建立了濕陷性黃土的物理力學(xué)指標(biāo)體系，完善了濕陷性黃土的濕陷性評價(jià)方法，如濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始壓力等指標(biāo)的測定和應(yīng)用，為濕陷性黃土地基處理提供了科學(xué)依據(jù)。在濕陷性黃土地基處理技術(shù)方面，我國結(jié)合工程實(shí)踐，發(fā)展了多種適合國情的處理方法，如灰土（或素土）墊層法、重錘夯實(shí)法、強(qiáng)夯法、土（或灰土）樁擠密法、深層攪拌樁法、預(yù)浸水法等。灰土（或素土）墊層法是將基礎(chǔ)下一定厚度的濕陷性黃土挖除，用灰土或素土分層回填夯實(shí)，以消除地基的部分濕陷量，提高地基承載力。重錘夯實(shí)法利用重錘自由落下的夯擊能，使地基表層土密實(shí)，適用于處理淺層濕陷性黃土地基。強(qiáng)夯法是一種高效的深層地基處理方法，通過強(qiáng)大的夯擊能，使地基土深層密實(shí)，有效消除濕陷性，加固深度可達(dá)數(shù)米甚至十幾米。土（或灰土）樁擠密法通過在土中形成樁孔，將樁間土擠密，然后在樁孔內(nèi)填入土或灰土并夯實(shí)，形成復(fù)合地基，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。深層攪拌樁法是利用水泥等固化劑與地基土強(qiáng)制攪拌，形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的樁體，與樁間土共同組成復(fù)合地基。預(yù)浸水法適用于處理厚度較大的自重濕陷性黃土地基，通過預(yù)先浸水使土體產(chǎn)生自重濕陷，減少后期濕陷變形。這些方法在我國濕陷性黃土地區(qū)的工業(yè)與民用建筑、公路、鐵路、水利等工程中得到了廣泛應(yīng)用，并不斷得到改進(jìn)和完善。在高速公路建設(shè)中，我國也十分重視濕陷性黃土地基的處理。隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的高速公路穿越濕陷性黃土地區(qū)，針對高速公路路基的特點(diǎn)和要求，開展了一系列研究和實(shí)踐。例如，在一些高速公路項(xiàng)目中，通過現(xiàn)場試驗(yàn)段研究，對比分析了不同地基處理方法的效果，包括強(qiáng)夯法、沖擊壓實(shí)法、灰土擠密樁法等，總結(jié)了適合高速公路濕陷性黃土地基處理的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，對地基處理后的沉降變形進(jìn)行預(yù)測分析，為工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。1.2.3研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)外在濕陷性黃土地基處理技術(shù)方面已經(jīng)取得了眾多研究成果，為工程實(shí)踐提供了有力的技術(shù)支持。然而，目前的研究仍存在一些不足之處和可拓展方向。在研究的不足之處方面，首先，雖然各種地基處理方法在一定程度上能夠有效處理濕陷性黃土地基，但不同方法的適用條件和處理效果仍存在一定的局限性。例如，強(qiáng)夯法對周圍環(huán)境有較大的振動(dòng)和噪聲影響，且在處理深度和均勻性方面存在一定限制；灰土擠密樁法施工工藝相對復(fù)雜，施工質(zhì)量受人為因素影響較大。其次，對于濕陷性黃土的微觀結(jié)構(gòu)和濕陷機(jī)理的研究還不夠深入，尚未形成統(tǒng)一的理論體系，這限制了地基處理技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展。此外，在濕陷性黃土地區(qū)的高速公路建設(shè)中，對地基處理后的長期性能監(jiān)測和評估研究相對較少，難以準(zhǔn)確掌握地基處理效果的長期穩(wěn)定性。在可拓展方向方面，一是加強(qiáng)對濕陷性黃土微觀結(jié)構(gòu)和濕陷機(jī)理的深入研究，從微觀層面揭示濕陷性黃土的本質(zhì)特性，為地基處理技術(shù)的創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)。二是開展多種地基處理方法的組合應(yīng)用研究，結(jié)合不同方法的優(yōu)勢，形成更加高效、經(jīng)濟(jì)、適用的綜合處理方案。例如，將強(qiáng)夯法與灰土擠密樁法相結(jié)合，先通過強(qiáng)夯法對地基進(jìn)行初步加固，再采用灰土擠密樁法進(jìn)一步提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。三是利用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和數(shù)值模擬方法，加強(qiáng)對濕陷性黃土地基處理后長期性能的監(jiān)測和評估研究，建立長期性能預(yù)測模型，為工程的長期安全運(yùn)營提供保障。四是針對不同地區(qū)濕陷性黃土的特點(diǎn)和高速公路工程的特殊要求，進(jìn)一步優(yōu)化和完善地基處理技術(shù)和施工工藝，提高處理效果和工程質(zhì)量。1.3研究方法與內(nèi)容1.3.1研究方法本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性和實(shí)用性，為張石高速公路濕陷性黃土地基處理提供可靠的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于濕陷性黃土的工程性質(zhì)、濕陷機(jī)理、地基處理技術(shù)等方面的文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等。通過對這些文獻(xiàn)的梳理和分析，了解濕陷性黃土地基處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)前人的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為本研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。例如，參考國內(nèi)外學(xué)者對濕陷性黃土微觀結(jié)構(gòu)和濕陷機(jī)理的研究成果，深入理解濕陷性黃土的特性，為后續(xù)研究提供理論支持；借鑒其他地區(qū)高速公路濕陷性黃土地基處理的工程案例，學(xué)習(xí)成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法，避免重復(fù)研究和走彎路。案例分析法：選取張石高速公路中具有代表性的濕陷性黃土地基處理路段作為研究案例，對其地質(zhì)條件、地基處理方案、施工過程、處理效果等進(jìn)行詳細(xì)分析。通過實(shí)際案例的研究，深入了解不同地基處理方法在張石高速公路中的應(yīng)用情況，包括適用條件、施工工藝、質(zhì)量控制、處理效果等方面的特點(diǎn)和問題。例如，對某路段采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的案例進(jìn)行分析，研究強(qiáng)夯參數(shù)的選擇、施工過程中的注意事項(xiàng)以及處理后的地基承載力和沉降變形情況，總結(jié)強(qiáng)夯法在該路段的應(yīng)用效果和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。同時(shí)，對比不同案例中采用的不同地基處理方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，為張石高速公路濕陷性黃土地基處理方案的選擇提供實(shí)際依據(jù)?，F(xiàn)場調(diào)研法：深入張石高速公路施工現(xiàn)場，對濕陷性黃土地基處理的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)地觀察和測量。與施工人員、技術(shù)人員進(jìn)行交流，了解施工過程中遇到的問題和解決方案，獲取第一手資料。例如，現(xiàn)場觀察沖擊壓實(shí)法處理濕陷性黃土地基的施工過程，測量沖擊壓實(shí)后的地基壓實(shí)度和沉降量，了解施工設(shè)備的性能和操作要點(diǎn)；與施工技術(shù)人員交流，了解灰土擠密樁法施工過程中的質(zhì)量控制措施和常見問題及解決方法。通過現(xiàn)場調(diào)研，掌握濕陷性黃土地基處理的實(shí)際施工情況，驗(yàn)證理論分析和案例研究的結(jié)果，為研究提供實(shí)際數(shù)據(jù)支持和實(shí)踐驗(yàn)證。數(shù)值模擬法：運(yùn)用專業(yè)的巖土工程數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、FLAC3D等，建立張石高速公路濕陷性黃土地基的數(shù)值模型。模擬不同地基處理方法下地基的應(yīng)力、應(yīng)變和變形情況，預(yù)測地基處理后的長期性能。通過數(shù)值模擬，可以直觀地了解地基處理過程中土體的力學(xué)響應(yīng)，分析不同處理參數(shù)對地基處理效果的影響，優(yōu)化地基處理方案。例如，通過數(shù)值模擬分析強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基時(shí)，不同夯擊能、夯擊次數(shù)和夯點(diǎn)間距對地基加固深度和加固效果的影響，為強(qiáng)夯參數(shù)的合理選擇提供依據(jù)；模擬灰土擠密樁復(fù)合地基在荷載作用下的應(yīng)力分布和變形情況，評估復(fù)合地基的承載能力和穩(wěn)定性。數(shù)值模擬法可以彌補(bǔ)現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)際工程監(jiān)測的不足，為濕陷性黃土地基處理技術(shù)的研究提供更加全面和深入的分析手段。1.3.2研究內(nèi)容本研究圍繞張石高速公路濕陷性黃土地基處理技術(shù)展開，具體研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：張石高速公路濕陷性黃土地基特點(diǎn)分析：詳細(xì)研究張石高速公路穿越濕陷性黃土區(qū)域的地質(zhì)條件，包括黃土的分布范圍、厚度、顆粒組成、物理力學(xué)性質(zhì)等。通過現(xiàn)場勘察、室內(nèi)試驗(yàn)和原位測試等手段，獲取濕陷性黃土的各項(xiàng)參數(shù)，分析其濕陷特性，如濕陷類型（自重濕陷性或非自重濕陷性）、濕陷等級、濕陷起始壓力等。研究濕陷性黃土的微觀結(jié)構(gòu)，利用掃描電子顯微鏡（SEM）等技術(shù)觀察黃土顆粒的排列方式、孔隙結(jié)構(gòu)和膠結(jié)物質(zhì)等，從微觀層面揭示濕陷性黃土的工程特性和濕陷機(jī)理，為后續(xù)的地基處理技術(shù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。濕陷性黃土地基處理技術(shù)研究：對常用的濕陷性黃土地基處理方法進(jìn)行深入研究，包括強(qiáng)夯法、沖擊壓實(shí)法、灰土擠密樁法、墊層法等。分析各種處理方法的加固原理、適用條件、施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)。通過現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究不同處理方法對濕陷性黃土地基的加固效果，如地基承載力的提高、濕陷性的消除程度、沉降變形的控制等。對比不同處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合張石高速公路的具體工程要求和地質(zhì)條件，提出適合張石高速公路濕陷性黃土地基處理的技術(shù)方案和優(yōu)化建議。例如，研究強(qiáng)夯法在不同夯擊能和夯擊次數(shù)下對地基加固深度和效果的影響，確定最佳的強(qiáng)夯參數(shù)；分析灰土擠密樁法在不同樁徑、樁距和樁長情況下的復(fù)合地基承載能力和穩(wěn)定性，優(yōu)化灰土擠密樁的設(shè)計(jì)參數(shù)。濕陷性黃土地基處理技術(shù)在張石高速公路中的應(yīng)用效果評估：對張石高速公路中采用不同地基處理方法的路段進(jìn)行長期監(jiān)測，包括地基沉降、路面變形、地基承載力等指標(biāo)的監(jiān)測。收集整理監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析地基處理后的長期性能和穩(wěn)定性。通過與處理前的地基參數(shù)和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對比，評估地基處理技術(shù)的應(yīng)用效果，驗(yàn)證處理方案的可行性和有效性。例如，通過對某路段采用沖擊壓實(shí)法處理后的地基沉降進(jìn)行長期監(jiān)測，分析沉降隨時(shí)間的變化規(guī)律，評估沖擊壓實(shí)法對地基沉降的控制效果；對采用灰土擠密樁法處理的路段進(jìn)行地基承載力檢測，驗(yàn)證灰土擠密樁復(fù)合地基的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)評估結(jié)果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為后續(xù)類似工程提供參考和借鑒。張石高速公路濕陷性黃土地基處理存在的問題及對策研究：在研究過程中，分析張石高速公路濕陷性黃土地基處理過程中存在的問題，如施工質(zhì)量控制難度大、處理效果不均勻、后期維護(hù)成本高等。針對這些問題，從技術(shù)、管理、施工等方面深入分析原因，提出相應(yīng)的解決對策和建議。例如，針對施工質(zhì)量控制難度大的問題，加強(qiáng)施工過程中的質(zhì)量檢測和監(jiān)督，制定嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)范；對于處理效果不均勻的問題，優(yōu)化地基處理方案和施工工藝，加強(qiáng)施工過程中的參數(shù)控制和調(diào)整；為降低后期維護(hù)成本，建立完善的地基監(jiān)測和維護(hù)體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理地基病害。通過研究，提高張石高速公路濕陷性黃土地基處理的質(zhì)量和水平，保障公路的安全運(yùn)營。二、濕陷性黃土地基特性及危害2.1濕陷性黃土的定義與分類濕陷性黃土是一種特殊的土，指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土。這種土在我國分布廣泛，主要集中在西北、華北等地區(qū)，如甘肅、寧夏、陜西、山西等地。其形成與特定的地質(zhì)歷史和氣候條件密切相關(guān)，在干旱或半干旱的氣候環(huán)境下，經(jīng)過長期的風(fēng)力搬運(yùn)和堆積作用逐漸形成，具有土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育等特點(diǎn)。在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小，但當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強(qiáng)度迅速降低。根據(jù)濕陷性黃土在浸水時(shí)的濕陷特性，可將其分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。自重濕陷性黃土是指在沒有外部附加荷載作用下，僅在土體自重壓力下，受水浸濕后就會(huì)發(fā)生顯著濕陷變形的黃土。這種黃土的濕陷起始壓力較小，即使在較小的自重應(yīng)力作用下，一旦遇水浸濕，土顆粒之間的結(jié)構(gòu)連接迅速破壞，導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的下沉變形。例如，在一些自重濕陷性黃土地區(qū)，當(dāng)降雨或地下水位上升使土體浸濕時(shí)，地表會(huì)出現(xiàn)明顯的下沉現(xiàn)象，對建筑物、道路等工程設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。非自重濕陷性黃土則是指在土體自重壓力下受水浸濕不發(fā)生濕陷，只有在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，受水浸濕才會(huì)發(fā)生濕陷變形的黃土。這類黃土的濕陷起始壓力相對較大，在一般的自重應(yīng)力作用下，土體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，但當(dāng)受到建筑物荷載等附加應(yīng)力作用時(shí)，遇水浸濕就可能發(fā)生濕陷。濕陷性黃土地基的濕陷等級是衡量其濕陷性強(qiáng)弱程度的重要指標(biāo)，通常根據(jù)基底下各土層累計(jì)的總濕陷量（Δs）和計(jì)算自重濕陷量（Δzs）的大小等因素，按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2004)進(jìn)行劃分。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)總濕陷量Δs≤30mm，計(jì)算自重濕陷量Δzs≤70mm時(shí)，為I級（輕微）；當(dāng)30mm＜Δs≤70mm，70mm＜Δzs≤350mm時(shí)，為II級（中等）；當(dāng)70mm＜Δs≤110mm，350mm＜Δzs≤700mm時(shí)，為III級（嚴(yán)重）；當(dāng)Δs＞110mm，Δzs＞700mm時(shí)，為IV級（很嚴(yán)重）。不同濕陷等級的黃土對工程的危害程度不同，濕陷等級越高，土體在浸水后的濕陷變形越大，對建筑物、道路等工程結(jié)構(gòu)的破壞越嚴(yán)重。例如，在I級濕陷性黃土地基上，建筑物可能只會(huì)出現(xiàn)輕微的沉降和裂縫；而在IV級濕陷性黃土地基上，建筑物可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的傾斜、開裂甚至倒塌。2.2濕陷性黃土地基的變形特征濕陷性黃土地基的變形主要包括壓縮變形和濕陷變形兩種形式，這兩種變形對公路工程的穩(wěn)定性和耐久性具有重要影響。壓縮變形是土體在壓力作用下，土顆粒之間相互移動(dòng)、重新排列，導(dǎo)致土體體積減小的過程。對于濕陷性黃土地基，在公路工程建設(shè)中，路基填土的自重以及路面車輛荷載等都會(huì)對地基產(chǎn)生壓力，從而引發(fā)壓縮變形。在正常情況下，土體的壓縮變形是隨著荷載的增加而逐漸發(fā)展的。在加載初期，土顆粒之間的接觸點(diǎn)逐漸增多，土顆粒開始緩慢移動(dòng)和重新排列，土體孔隙逐漸減小，壓縮變形隨之增加。隨著荷載持續(xù)作用，土顆粒之間的排列逐漸趨于緊密，壓縮變形的增長速度逐漸減緩，最終當(dāng)土體達(dá)到一定的密實(shí)度后，壓縮變形趨于穩(wěn)定。壓縮變形對公路工程的影響不容忽視。過大的壓縮變形會(huì)導(dǎo)致路基沉降過大，使路面出現(xiàn)高低不平的現(xiàn)象。這不僅影響行車的舒適性，還會(huì)增加車輛的顛簸和磨損，降低車輛行駛的安全性。不均勻的壓縮變形還會(huì)使路面產(chǎn)生裂縫，加速路面的損壞，縮短公路的使用壽命。當(dāng)路基不同部位的壓縮變形差異較大時(shí)，路面會(huì)出現(xiàn)局部凹陷或隆起，在車輛荷載的反復(fù)作用下，裂縫會(huì)不斷擴(kuò)展，進(jìn)而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的破壞。濕陷變形是濕陷性黃土地基特有的變形形式，是指在一定壓力下，土體受水浸濕后，土顆粒之間的結(jié)構(gòu)連接被破壞，土體發(fā)生迅速而顯著的附加下沉現(xiàn)象。濕陷變形的產(chǎn)生原因主要是由于濕陷性黃土特殊的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成。濕陷性黃土顆粒之間存在較大的孔隙，且顆粒之間的膠結(jié)物質(zhì)在水的作用下會(huì)溶解或軟化。當(dāng)土體受水浸濕時(shí)，水進(jìn)入孔隙中，削弱了顆粒之間的連接力，使得土體結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定。在自重應(yīng)力或附加應(yīng)力的作用下，土顆粒迅速重新排列，孔隙減小，從而產(chǎn)生較大的濕陷變形。濕陷變形的發(fā)展過程具有一定的特點(diǎn)。在浸水初期，濕陷變形迅速發(fā)生，沉降量急劇增加。這是因?yàn)樗慕袷沟猛馏w結(jié)構(gòu)迅速破壞，土顆粒之間的摩擦力和咬合力急劇減小，土體能夠快速發(fā)生變形。隨著浸水時(shí)間的延長和濕陷變形的發(fā)展，土體逐漸趨于密實(shí)，濕陷變形的速度逐漸減緩。當(dāng)土體達(dá)到一定的密實(shí)度后，濕陷變形基本停止。濕陷變形對公路工程的危害極大。由于濕陷變形具有突發(fā)性和不均勻性的特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致公路路基和路面出現(xiàn)嚴(yán)重的病害。例如，路基局部出現(xiàn)較大的沉降，形成坑洼，影響行車安全；路面出現(xiàn)裂縫、斷裂等情況，降低路面的平整度和承載能力。在一些嚴(yán)重的情況下，濕陷變形還可能導(dǎo)致路基邊坡失穩(wěn)，引發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對公路工程造成嚴(yán)重的破壞。壓縮變形和濕陷變形在濕陷性黃土地基中往往同時(shí)存在，相互影響。壓縮變形會(huì)使土體的密實(shí)度增加，從而在一定程度上影響濕陷變形的發(fā)生和發(fā)展。而濕陷變形的發(fā)生又會(huì)改變土體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響后續(xù)的壓縮變形。在公路工程建設(shè)中，需要充分考慮這兩種變形的特點(diǎn)和相互關(guān)系，采取有效的地基處理措施，控制地基變形，確保公路工程的安全和穩(wěn)定。2.3濕陷性黃土地基對高速公路的危害濕陷性黃土地基對高速公路的危害是多方面的，嚴(yán)重影響高速公路的工程質(zhì)量、行車安全和使用壽命。這些危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2.3.1對路基的危害濕陷性黃土地基在水的作用下發(fā)生濕陷變形，會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉降。這種不均勻沉降會(huì)使路基頂面產(chǎn)生高差，破壞路基的平整度。當(dāng)路基不均勻沉降較為嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)縱向裂縫和橫向裂縫。縱向裂縫通常沿路基中心線或邊緣出現(xiàn)，裂縫寬度可達(dá)數(shù)厘米甚至更大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)貫穿整個(gè)路基橫斷面。橫向裂縫則垂直于路面行車方向，會(huì)使路面板塊產(chǎn)生分離，降低路面的整體性和承載能力。路基不均勻沉降還可能導(dǎo)致路基局部塌陷，形成坑洼，影響行車安全。在車輛荷載的反復(fù)作用下，這些裂縫和坑洼會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，加速路基的損壞。2.3.2對路面的危害濕陷性黃土地基的濕陷變形會(huì)直接反映在路面上，導(dǎo)致路面出現(xiàn)各種病害。由于地基的不均勻沉降，路面會(huì)出現(xiàn)波浪狀起伏，平整度變差，車輛行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生顛簸，影響行車舒適性。嚴(yán)重的路面不平整還會(huì)使車輛的行駛速度受到限制，增加燃油消耗和輪胎磨損。隨著地基濕陷的發(fā)展，路面會(huì)出現(xiàn)裂縫，裂縫逐漸擴(kuò)展，形成網(wǎng)狀裂縫，導(dǎo)致路面破碎。在雨水的侵蝕下，裂縫處的路面材料容易被沖刷掉，形成坑槽，進(jìn)一步加劇路面的損壞。路面的損壞不僅影響行車安全和舒適性，還會(huì)增加路面的維修成本，縮短路面的使用壽命。2.3.3對橋梁、涵洞等構(gòu)造物的危害濕陷性黃土地基的濕陷變形會(huì)對橋梁、涵洞等構(gòu)造物的基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響。地基的不均勻沉降會(huì)使橋梁墩臺基礎(chǔ)受到不均勻的作用力，導(dǎo)致墩臺傾斜、開裂。墩臺傾斜會(huì)改變橋梁的受力狀態(tài)，影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全。當(dāng)墩臺開裂嚴(yán)重時(shí)，會(huì)削弱墩臺的承載能力，甚至導(dǎo)致墩臺倒塌。對于涵洞來說，地基的濕陷會(huì)使涵洞基礎(chǔ)下沉，涵身出現(xiàn)裂縫、變形。涵洞的裂縫和變形會(huì)影響其排水功能，導(dǎo)致積水滲入地基，進(jìn)一步加劇地基的濕陷。嚴(yán)重的情況下，涵洞可能會(huì)失去使用功能，需要進(jìn)行修復(fù)或重建。2.3.4對交通安全的危害濕陷性黃土地基導(dǎo)致的路基、路面病害以及橋梁、涵洞等構(gòu)造物的損壞，會(huì)對交通安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。路面的不平整和裂縫會(huì)使車輛行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸、失控等情況，增加交通事故的發(fā)生概率。特別是在高速行駛的情況下，車輛的穩(wěn)定性受到影響，容易發(fā)生側(cè)滑、翻車等事故。橋梁、涵洞等構(gòu)造物的損壞會(huì)影響其承載能力和通行能力，一旦發(fā)生垮塌等事故，后果不堪設(shè)想。此外，濕陷性黃土地基的病害還會(huì)導(dǎo)致高速公路的維修頻率增加，施工期間會(huì)對交通造成干擾，影響道路的正常通行。三、張石高速公路濕陷性黃土地基特點(diǎn)3.1張石高速公路概況張石高速公路是河北省重要的交通干線，全長602公里，連接了張家口和石家莊這兩座重要城市，途經(jīng)石家莊市、保定市、張家口市。它是河北省公路建設(shè)“十五”規(guī)劃的關(guān)鍵部分，也是河北省高速公路網(wǎng)主骨架“五縱、六橫、七條線”規(guī)劃中“五縱”的重要構(gòu)成，在區(qū)域交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該高速公路部分路段穿越濕陷性黃土區(qū)域，濕陷性黃土路段主要分布在保定段的淶水至曲陽分段的K176+200-K264+000區(qū)段。此區(qū)段廣泛分布著第四紀(jì)上更新世的馬蘭黃土狀土，其土層垂直裂隙較為發(fā)育，含有一定程度的濕陷性。該區(qū)域濕陷性黃土的分布范圍較為廣泛，且在不同地段的厚度有所差異，部分區(qū)域黃土厚度較薄，約為3-5米，而在一些地段，黃土厚度可達(dá)10米以上。3.2地基土的工程特性張石高速公路濕陷性黃土路段主要為第四紀(jì)上更新世的馬蘭黃土狀土，其地基土具有獨(dú)特的工程特性，對公路工程建設(shè)具有重要影響。在物理性質(zhì)方面，馬蘭黃土狀土的顆粒組成以粉粒為主，含量通常在60%-80%之間，粉粒粒徑多集中在0.005-0.075mm。這種顆粒組成使得土體具有較大的比表面積，顆粒間的連接相對較弱，從而影響了土體的工程性質(zhì)。其孔隙比較大，一般在0.8-1.2之間，孔隙結(jié)構(gòu)較為疏松，大孔隙和垂直節(jié)理發(fā)育。這些大孔隙和垂直節(jié)理為水分的快速下滲提供了通道，使得土體在遇水浸濕時(shí)，水分能夠迅速進(jìn)入土體內(nèi)部，削弱顆粒間的連接力，增加了土體濕陷的可能性。馬蘭黃土狀土的天然含水量一般在10%-20%之間，但受氣候、地形等因素影響，含水量在不同區(qū)域和深度會(huì)有所變化。在干旱季節(jié)或地勢較高處，含水量相對較低；而在雨季或地勢較低處，含水量則可能較高。含水量的變化對土體的強(qiáng)度和壓縮性有顯著影響，當(dāng)含水量增加時(shí)，土體的強(qiáng)度會(huì)降低，壓縮性增大。從力學(xué)性質(zhì)來看，馬蘭黃土狀土的壓縮性較高。在一定壓力作用下，土體的孔隙會(huì)逐漸減小，土顆粒重新排列，導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的壓縮變形。其壓縮系數(shù)一般在0.1-0.5MPa?1之間，屬于中高壓縮性土。在公路工程中，路基填土的自重以及路面車輛荷載等都會(huì)使地基土受到壓力，從而引發(fā)壓縮變形。過大的壓縮變形會(huì)導(dǎo)致路基沉降過大，影響路面的平整度和行車舒適性。馬蘭黃土狀土具有明顯的濕陷性。在天然狀態(tài)下，土體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，但一旦受到水的浸濕，土顆粒之間的結(jié)構(gòu)連接被破壞，土體發(fā)生迅速而顯著的附加下沉現(xiàn)象，即濕陷變形。其濕陷系數(shù)一般大于0.015，部分區(qū)域的濕陷系數(shù)可達(dá)0.05以上，屬于濕陷性較強(qiáng)的黃土。濕陷變形的產(chǎn)生與土體的結(jié)構(gòu)、顆粒組成、含水量以及壓力等因素密切相關(guān)。在張石高速公路建設(shè)中，濕陷性黃土的濕陷變形會(huì)對路基、路面和橋梁等構(gòu)造物造成嚴(yán)重危害，如導(dǎo)致路基不均勻沉降、路面開裂、橋梁基礎(chǔ)傾斜等。馬蘭黃土狀土的抗剪強(qiáng)度較低，其粘聚力一般在10-30kPa之間，內(nèi)摩擦角在15°-25°之間?？辜魪?qiáng)度低使得土體在受到外力作用時(shí)，容易發(fā)生剪切破壞，影響路基的穩(wěn)定性。在路基邊坡設(shè)計(jì)和施工中，需要充分考慮土體的抗剪強(qiáng)度，采取合理的邊坡坡度和防護(hù)措施，以防止邊坡失穩(wěn)。3.3濕陷性黃土的分布規(guī)律張石高速公路濕陷性黃土路段的濕陷性黃土在水平和垂直方向上均呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，這些規(guī)律對公路工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要指導(dǎo)意義。在水平方向上，濕陷性黃土主要分布在保定段的淶水至曲陽分段的K176+200-K264+000區(qū)段。在該區(qū)域內(nèi)，不同地貌單元的濕陷性黃土分布存在差異。在山前洪積扇地區(qū)，濕陷性黃土厚度相對較薄，一般在3-5米左右，且濕陷性相對較弱，濕陷等級多為I級或II級。這是因?yàn)樯角昂榉e扇地區(qū)地勢較高，水流速度較快，沉積物分選性較好，黃土顆粒相對較粗，結(jié)構(gòu)相對緊密，從而濕陷性相對較低。而在河谷階地地區(qū)，濕陷性黃土厚度較大，可達(dá)8-10米，濕陷性也相對較強(qiáng)，部分區(qū)域濕陷等級可達(dá)III級。河谷階地地區(qū)地勢較低，水流攜帶的沉積物較多，黃土顆粒較細(xì)，孔隙較大，且在沉積過程中可能受到地下水的影響，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)相對疏松，增加了濕陷性。此外，在不同地層結(jié)構(gòu)中，濕陷性黃土的分布也有所不同。在第四紀(jì)上更新世馬蘭黃土狀土與下伏地層的交界處，濕陷性黃土的濕陷性可能會(huì)發(fā)生變化。由于交界處的地層結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成較為復(fù)雜，地下水的運(yùn)動(dòng)也更為活躍，可能導(dǎo)致濕陷性黃土的濕陷性增強(qiáng)或減弱。在垂直方向上，濕陷性黃土的濕陷性隨深度的增加而逐漸減弱。一般來說，地表以下0-3米范圍內(nèi)的黃土濕陷性較強(qiáng)，濕陷系數(shù)較大，這是因?yàn)樵搮^(qū)域的黃土受大氣降水、人類活動(dòng)等因素影響較大，土體結(jié)構(gòu)相對疏松，孔隙發(fā)育，容易發(fā)生濕陷。隨著深度的增加，黃土受到上覆土層的壓力逐漸增大，土體逐漸壓實(shí)，孔隙減小，濕陷性逐漸減弱。在3-6米深度范圍內(nèi)，濕陷性黃土的濕陷系數(shù)明顯減小，濕陷等級一般降低一級。當(dāng)深度超過6米后，黃土的濕陷性已不明顯，濕陷系數(shù)小于0.015，基本可視為非濕陷性黃土。然而，在一些特殊情況下，如存在地下水活動(dòng)、地層結(jié)構(gòu)突變等，濕陷性黃土的濕陷性在垂直方向上的變化規(guī)律可能會(huì)受到影響。在地下水位較高的區(qū)域，地下水的長期浸泡可能使深部黃土的濕陷性增強(qiáng)，導(dǎo)致濕陷深度加大。四、濕陷性黃土地基處理技術(shù)4.1常用處理技術(shù)概述在濕陷性黃土地基處理中，常用的技術(shù)包括墊層法、強(qiáng)夯法、灰土擠密樁法、沖擊壓實(shí)法等，這些方法各有其獨(dú)特的原理、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。4.1.1墊層法墊層法是一種較為常用的淺層地基處理方法，其原理是將基礎(chǔ)下一定厚度的濕陷性黃土挖除，用灰土、素土、砂石等材料分層回填夯實(shí)，形成墊層。墊層的作用主要有以下幾點(diǎn)：一是置換作用，通過挖除濕陷性黃土，換填性質(zhì)較好的材料，提高地基的承載能力；二是應(yīng)力擴(kuò)散作用，將上部荷載通過墊層擴(kuò)散到較大的面積上，減小基底壓力；三是排水作用，墊層材料具有良好的透水性，能加速地基土的排水固結(jié)，減小沉降量。墊層法適用于處理淺層濕陷性黃土地基，處理深度一般在3m以內(nèi)。在張石高速公路中，對于一些濕陷性較弱、濕陷深度較淺的路段，可采用墊層法進(jìn)行處理。例如，在路基填土高度較低，且濕陷性黃土厚度較薄的地段，采用灰土墊層可以有效地消除地基的濕陷性，提高地基的穩(wěn)定性。墊層法的優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡單，施工設(shè)備普通，成本相對較低，且處理后的地基強(qiáng)度均勻，穩(wěn)定性好。然而，該方法也存在一些局限性，如處理深度有限，對于深層濕陷性黃土效果不佳；挖填土方量大，可能對環(huán)境造成一定影響；在地下水位較高的地區(qū)，施工難度較大，需要采取降水措施。4.1.2強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法是利用重錘從高處自由落下產(chǎn)生的強(qiáng)大夯擊能，使地基土受到強(qiáng)力夯擊和振動(dòng)，從而達(dá)到密實(shí)和加固的目的。在強(qiáng)夯過程中，重錘落下的瞬間，對地基土產(chǎn)生巨大的沖擊荷載，使土體中的孔隙壓縮，顆粒重新排列，土的結(jié)構(gòu)得到改善，從而提高地基的承載力，降低壓縮性，消除濕陷性。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。在張石高速公路濕陷性黃土地基處理中，對于濕陷性較強(qiáng)、處理深度要求較大的路段，強(qiáng)夯法是一種有效的處理方法。例如，在一些濕陷等級為II級及以上，且地基土較厚的地段，通過強(qiáng)夯法可以對深層地基土進(jìn)行加固，有效消除濕陷性。強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)是加固效果顯著，能夠大幅度提高地基的承載力，有效消除地基的濕陷性，加固深度大，一般可達(dá)3-10m，甚至更深；施工速度快，工期短，能在較短時(shí)間內(nèi)完成地基處理；設(shè)備簡單，施工操作方便，成本相對較低。但是，強(qiáng)夯法也存在一些缺點(diǎn)，如施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，對周圍環(huán)境有一定影響，在居民區(qū)或?qū)φ駝?dòng)敏感的建筑物附近施工時(shí)需要采取減振措施；對施工場地的要求較高，需要場地平整，且地基土的含水量要控制在一定范圍內(nèi)；強(qiáng)夯參數(shù)的選擇較為關(guān)鍵，參數(shù)選擇不當(dāng)可能會(huì)影響處理效果。4.1.3灰土擠密樁法灰土擠密樁法是利用沉管、沖擊或爆擴(kuò)等方法在地基中形成樁孔，然后在樁孔內(nèi)填入灰土并分層夯實(shí)，形成灰土樁體。灰土樁與樁間土共同組成復(fù)合地基，以提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。其加固原理主要包括擠密作用、灰土的膠凝作用和置換作用。在成孔過程中，樁管對樁間土產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，使樁間土密實(shí)度提高；灰土中的石灰與土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有較高強(qiáng)度和水穩(wěn)性的灰土樁體；灰土樁體置換了部分濕陷性黃土，改變了地基的受力狀態(tài)?；彝翑D密樁法適用于處理地下水位以上、含水量在14%-23%之間的濕陷性黃土、素填土和雜填土地基，處理深度一般為5-15m。在張石高速公路中，對于一些濕陷性黃土厚度適中，且對地基承載能力和穩(wěn)定性要求較高的路段，常采用灰土擠密樁法進(jìn)行處理。例如，在涵洞、通道等構(gòu)造物的地基處理中，灰土擠密樁法可以有效地提高地基的承載能力，防止構(gòu)造物因地基沉降而損壞。灰土擠密樁法的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地消除地基的濕陷性，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性；可以就地取材，利用當(dāng)?shù)氐耐梁褪易鳛樘盍?，成本較低；施工工藝相對成熟，施工質(zhì)量容易控制。不過，該方法也存在一些不足之處，如施工工藝相對復(fù)雜，施工速度較慢，工期較長；對施工人員的技術(shù)水平要求較高，施工質(zhì)量受人為因素影響較大；在地下水位較高或含水量過大的地基中，施工難度較大，需要采取降水或排水措施。4.1.4沖擊壓實(shí)法沖擊壓實(shí)法是利用沖擊壓路機(jī)對地基進(jìn)行沖擊碾壓，通過高振幅、低頻率的沖擊作用，使地基土受到強(qiáng)大的沖擊力和振動(dòng)力，從而達(dá)到密實(shí)和加固的目的。沖擊壓路機(jī)的非圓形沖擊輪在地面上滾動(dòng)時(shí)，對地面產(chǎn)生周期性的沖擊，使土體中的顆粒重新排列，孔隙減小，地基的壓實(shí)度和整體強(qiáng)度得到提高，沉降量減小，濕陷性得到消除或減小。沖擊壓實(shí)法適用于處理淺層軟弱地基、濕陷性黃土地基和高填石方路堤的分層沖擊碾壓，尤其適用于一般路段的II級（含II級）以下濕陷性黃土地基。在張石高速公路濕陷性黃土地基處理中，對于濕陷等級為I級和II級的路段，沖擊壓實(shí)法是一種經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。例如，在一些濕陷性黃土厚度較薄，且對地基處理要求不是特別高的路段，采用沖擊壓實(shí)法可以快速有效地提高地基的壓實(shí)度，減小濕陷性。沖擊壓實(shí)法的優(yōu)點(diǎn)是施工速度快，效率高，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成大面積的地基處理；處理效果好，能夠有效地提高地基的壓實(shí)度和整體強(qiáng)度，減小沉降量，消除或減小濕陷性；設(shè)備簡單，操作方便，成本相對較低。但是，沖擊壓實(shí)法也存在一些缺點(diǎn)，如對地基土的含水量要求較為嚴(yán)格，含水量過高或過低都會(huì)影響處理效果；沖擊壓實(shí)過程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，對周圍環(huán)境有一定影響，需要注意控制；在處理深度方面存在一定限制，一般適用于淺層地基處理。4.2張石高速公路采用的處理技術(shù)在張石高速公路的建設(shè)過程中，針對不同濕陷等級和地質(zhì)條件，選用了沖擊壓實(shí)、強(qiáng)夯、灰土擠密樁等多種處理技術(shù)，以確保濕陷性黃土地基得到有效處理，保障公路的工程質(zhì)量和安全運(yùn)營。沖擊壓實(shí)技術(shù)在張石高速公路濕陷性黃土地基處理中應(yīng)用廣泛，尤其是在濕陷等級為I級和II級的路段。該技術(shù)利用沖擊壓路機(jī)的非圓形沖擊輪對地基進(jìn)行沖擊碾壓，通過高振幅、低頻率的沖擊作用，使地基土受到強(qiáng)大的沖擊力和振動(dòng)力，從而達(dá)到密實(shí)和加固的目的。在K180+500-K185+000路段，該區(qū)域濕陷性黃土厚度較薄，約為3-5米，濕陷等級為II級。采用沖擊壓實(shí)法進(jìn)行處理，施工前先對原地面進(jìn)行處理，清除地表15cm的種植土，拆除舊建筑物基礎(chǔ)并清除到地表以下30cm，置換素土填筑，對原地面坑洼不平地段進(jìn)行整平或分層夯實(shí)處理。按設(shè)計(jì)要求定出路堤坡腳、護(hù)坡道及邊溝位置，并埋設(shè)沉降量檢測點(diǎn)。沖壓時(shí)，嚴(yán)格控制路基含水量，使其符合沖擊壓實(shí)的要求。沖壓前檢測含水量，若含水量過高則晾曬，若表層土質(zhì)干燥出現(xiàn)揚(yáng)塵則灑水沖壓。沖擊壓實(shí)按規(guī)定的走向和排列模式進(jìn)行，以單雙兩遍為一沖壓單元，及時(shí)調(diào)整行駛路線，實(shí)現(xiàn)波峰與波谷呈交替狀沖壓，確保碾壓均勻。壓路機(jī)行駛速度控制在9-12km/h，先慢后快。沖壓遍數(shù)根據(jù)試驗(yàn)路段確定為30遍，沖壓至規(guī)定遍數(shù)后進(jìn)行壓實(shí)度和沉降量檢測。經(jīng)檢測，該路段地基的壓實(shí)度達(dá)到了93%以上，沉降量明顯減小，濕陷性得到有效消除。強(qiáng)夯法主要應(yīng)用于濕陷等級為II級及以上、地基土較厚且對地基處理深度要求較大的路段。如在K200+300-K205+000路段，濕陷性黃土厚度達(dá)8-10米，濕陷等級為III級。在該路段采用強(qiáng)夯法處理時(shí)，選用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，夯錘重10t。施工前先清除表土，然后進(jìn)行強(qiáng)夯和碾壓。強(qiáng)夯能級達(dá)到160噸×米，每點(diǎn)6擊，強(qiáng)夯3遍，前兩遍按3-4米間距方格網(wǎng)狀跳夯，最后一遍排夯，并互相搭夯1/2-1/3夯痕。在大面積施工前，選取了一個(gè)面積為20×20m、地質(zhì)條件具有代表性的場地進(jìn)行試夯。在試區(qū)內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的原位測試，取原狀土樣測定天然密度等有關(guān)數(shù)據(jù)，選取合適的強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行試夯。檢驗(yàn)強(qiáng)夯結(jié)果時(shí)，在最后一遍夯擊完成7天后進(jìn)行原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，并與強(qiáng)夯前的測試數(shù)據(jù)對比分析。通過試夯確定了正式采用的技術(shù)參數(shù)。強(qiáng)夯施工過程中，嚴(yán)格按經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，落錘平穩(wěn)，夯位準(zhǔn)確。施工過程中做好監(jiān)測和記錄工作，檢查夯擊次數(shù)和夯沉量，并對夯擊點(diǎn)復(fù)核。強(qiáng)夯后，該路段地基的承載力得到顯著提高，濕陷性基本消除，滿足了工程設(shè)計(jì)要求。灰土擠密樁法適用于處理地下水位以上、含水量在14%-23%之間的濕陷性黃土、素填土和雜填土地基，在張石高速公路中主要用于涵洞、通道等構(gòu)造物的地基處理，以提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。在K220+100處的涵洞地基處理中，該區(qū)域濕陷性黃土厚度適中，含水量在18%左右。采用灰土擠密樁法，樁徑設(shè)計(jì)為40cm，樁長根據(jù)地質(zhì)條件確定為6m。施工前，對施工材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，選用符合質(zhì)量要求的石灰和土，按3:7的體積比進(jìn)行拌和。對施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面檢測和調(diào)試，確保設(shè)備正常運(yùn)作。進(jìn)行地基土與樁孔填料擊實(shí)試驗(yàn)，獲得土和灰土的最佳含水量與最大干容重。施工時(shí)，先進(jìn)行測量放樣，然后采用沖擊鉆機(jī)成孔，成孔過程中注意控制樁位偏差和垂直度。成孔后，對樁孔進(jìn)行檢查，確保樁孔質(zhì)量符合要求。隨后進(jìn)行灰土回填，分層填料，分層夯實(shí)，單點(diǎn)夯擊能不小于20KN.m，分層填料厚度不大于35cm?；彝粱靥畈捎眠B續(xù)施工，每個(gè)樁孔一次性分層回填夯實(shí)，不得間隔停頓或隔日施工。施工完成后，對樁間土的平均擠密系數(shù)和樁身壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明樁間土的平均擠密系數(shù)達(dá)到0.93，樁身壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.97，滿足設(shè)計(jì)要求，有效提高了涵洞地基的承載能力。4.3處理技術(shù)的工藝原理與流程4.3.1沖擊壓實(shí)法沖擊壓實(shí)法的工藝原理基于沖擊壓路機(jī)獨(dú)特的非圓形沖擊輪設(shè)計(jì)。沖擊壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，其非圓形沖擊輪在地面上按特定順序連續(xù)沖擊，產(chǎn)生低頻率、高振幅的沖擊作用。這種沖擊作用等效于對土體施加了強(qiáng)大的沖擊力和振動(dòng)力，使土體顆粒重新排列，孔隙減小，從而提高地基的壓實(shí)度和整體強(qiáng)度，有效減小或消除濕陷性黃土的濕陷性。具體而言，沖擊輪的沖擊作用使土體產(chǎn)生瞬時(shí)的高應(yīng)力狀態(tài)，土體顆粒在這種高應(yīng)力作用下克服顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力，發(fā)生相對位移，重新排列組合，使土體更加密實(shí)。同時(shí)，沖擊作用產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波向地下深層傳播，使深層土體也得到有效加固，減小了路基的沉降量。沖擊壓實(shí)法的施工工藝流程如圖1所示：施工準(zhǔn)備：在施工前，需要熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)文件、工程概況、氣候條件及地形地貌等。對設(shè)計(jì)采用沖擊壓實(shí)的地段進(jìn)行現(xiàn)場核對和調(diào)查，確定沖壓面積和地形是否滿足要求。對原地面進(jìn)行處理，清除地表15cm的種植土，拆除舊建筑物基礎(chǔ)至地表以下30cm，并置換素土填筑。挖掘樹根的坑若超過30cm，須分層夯實(shí)到原地面。原地面坑洼不平地段，相對高差小于50cm的進(jìn)行整平處理，相對高差大于50cm的坑分層夯實(shí)到原地面。按《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》的要求，做好導(dǎo)線、中線、水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測、橫斷面檢查與補(bǔ)測、增設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)等工作，并按設(shè)計(jì)文件要求定出路堤坡腳、護(hù)坡道及邊溝位置。沉降量檢測點(diǎn)埋設(shè)用長6cm鐵釘系紅布條做明確標(biāo)志，精確定點(diǎn)。平地機(jī)刮平時(shí)應(yīng)注意保護(hù)帶有紅布條鐵釘?shù)臋z測點(diǎn)，距檢測點(diǎn)20cm范圍內(nèi)不得擾動(dòng)。含水量檢測與調(diào)整：沖壓前嚴(yán)格檢測路基含水量，若含水量過高，應(yīng)進(jìn)行晾曬，使其達(dá)到規(guī)定要求后再進(jìn)行沖壓；若表層土質(zhì)干燥出現(xiàn)揚(yáng)塵，則應(yīng)進(jìn)行灑水沖壓，確保土方路基含水量符合沖擊壓實(shí)的要求。沖擊壓實(shí)施工：沖擊壓實(shí)必須按規(guī)定的走向和排列模式進(jìn)行?；跊_擊壓實(shí)地面形成波浪的峰谷狀態(tài)，應(yīng)以單雙兩遍為一沖壓單元，及時(shí)調(diào)整行駛路線，實(shí)現(xiàn)波峰與波谷呈交替狀沖壓，以保證碾壓均勻。壓路機(jī)行駛速度應(yīng)控制在9-12km/h，宜先慢后快。如果路基表面出現(xiàn)較明顯的凹凸，致使壓路機(jī)顛簸嚴(yán)重，以致不能保持規(guī)定的行走速度時(shí)，應(yīng)立刻停機(jī)，用平地機(jī)整平路基表面，然后繼續(xù)施工。沖壓遍數(shù)根據(jù)試驗(yàn)路段確定，對于中等濕陷性黃土地基一般以20-40遍為宜。檢測與補(bǔ)壓：沖壓至規(guī)定的遍數(shù)后，進(jìn)行壓實(shí)度和沉降量檢測。壓實(shí)度檢測坑應(yīng)夯填密實(shí)后再進(jìn)行下一步?jīng)_壓。若檢測結(jié)果不合格，應(yīng)分析原因，采取補(bǔ)壓或其他措施進(jìn)行處理，直至檢測合格。沖壓過程中若出現(xiàn)局部“彈簧”現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行挖除換填。整平與壓實(shí)：沖壓結(jié)束后，基底要用平地機(jī)整平，然后用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，確保地基表面平整、密實(shí)。在沖擊壓實(shí)施工過程中，關(guān)鍵工序在于嚴(yán)格控制含水量和沖擊碾壓的遍數(shù)、速度及行駛路線。含水量過高或過低都會(huì)影響沖擊壓實(shí)效果，因此需在施工前進(jìn)行準(zhǔn)確檢測和調(diào)整。沖擊碾壓的遍數(shù)和速度直接關(guān)系到地基的加固效果，必須按照試驗(yàn)路段確定的參數(shù)進(jìn)行施工。行駛路線的合理安排能保證沖擊碾壓的均勻性，避免出現(xiàn)漏壓或過壓的情況。此外，施工過程中的監(jiān)測和記錄工作也至關(guān)重要，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施，確保施工質(zhì)量。graphTD;A[施工準(zhǔn)備]-->B[含水量檢測與調(diào)整];B-->C[沖擊壓實(shí)施工];C-->D[檢測與補(bǔ)壓];D-->E[整平與壓實(shí)];圖1沖擊壓實(shí)法施工工藝流程圖4.3.2強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法的工藝原理是利用重錘從高處自由落下產(chǎn)生的強(qiáng)大夯擊能，對地基土進(jìn)行強(qiáng)力夯擊和振動(dòng)。重錘落下瞬間，巨大的沖擊荷載使地基土中的孔隙壓縮，土顆粒重新排列，土的結(jié)構(gòu)得到改善。在沖擊荷載作用下，土體中的氣體和水分被擠出，土體密實(shí)度增加，從而提高地基的承載力，降低壓縮性，消除濕陷性。同時(shí)，夯擊產(chǎn)生的振動(dòng)波向地基深處傳播，使深層土體也得到加固。強(qiáng)夯法的施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備：清除施工場地內(nèi)的障礙物和表層土，平整場地。查明場地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物和管線的位置及標(biāo)高，采取必要的措施，防止因強(qiáng)夯造成損壞。試夯：在大面積施工前，選取一個(gè)面積不小于20×20m、地質(zhì)條件具有代表性的場地進(jìn)行試夯。在試區(qū)內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的原位測試，取原狀土樣測定天然密度等有關(guān)數(shù)據(jù)。選取合適的強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行試夯，檢驗(yàn)強(qiáng)夯結(jié)果?？稍谧詈笠槐楹粨敉瓿?天后進(jìn)行原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，并與強(qiáng)夯前的測試數(shù)據(jù)對比分析，按設(shè)計(jì)要求處理深度和標(biāo)準(zhǔn)對強(qiáng)夯加固效果進(jìn)行判定。當(dāng)強(qiáng)夯效果不能滿足要求時(shí)，可補(bǔ)夯或調(diào)整參數(shù)再進(jìn)行試驗(yàn)。通過強(qiáng)夯前后試驗(yàn)結(jié)果對比，確定正式采用的技術(shù)參數(shù)。強(qiáng)夯施工：選用帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，夯錘重根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，如在張石高速公路部分路段選用10t夯錘。強(qiáng)夯施工必須按經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，以夯擊能、夯擊遍數(shù)和各個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)為施工控制數(shù)據(jù)。夯擊應(yīng)落錘平穩(wěn)，夯位準(zhǔn)確，如錯(cuò)位或坑底傾斜過大，可用砂石將坑底鋪平方能進(jìn)行下一次夯擊。強(qiáng)夯能級達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如在張石高速公路部分路段強(qiáng)夯能級達(dá)到160噸×米，每點(diǎn)6擊，強(qiáng)夯3遍，前兩遍按3-4米間距方格網(wǎng)狀跳夯，最后一遍排夯，并互相搭夯1/2-1/3夯痕。監(jiān)測與記錄：施工過程中做好監(jiān)測和記錄工作，檢查夯擊次數(shù)和夯沉量，并對夯擊點(diǎn)復(fù)核。記錄每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)、夯沉量等數(shù)據(jù)，以便對強(qiáng)夯效果進(jìn)行分析和評估。碾壓與檢測：強(qiáng)夯完成后，對上部土層進(jìn)行碾壓至規(guī)定的壓實(shí)度。最后用沖擊式壓路機(jī)在路基占地范圍內(nèi)碾壓40遍，進(jìn)一步提高地基的密實(shí)度。碾壓完成后，進(jìn)行地基承載力、壓實(shí)度等指標(biāo)的檢測，確保地基處理效果符合設(shè)計(jì)要求。強(qiáng)夯法施工的關(guān)鍵工序包括試夯參數(shù)的確定、夯擊過程中的質(zhì)量控制以及夯后檢測。試夯參數(shù)的準(zhǔn)確確定對于保證強(qiáng)夯效果至關(guān)重要，需通過詳細(xì)的原位測試和試驗(yàn)分析來確定。夯擊過程中，要嚴(yán)格控制夯擊能、夯擊遍數(shù)和夯點(diǎn)位置，確保夯擊的均勻性和有效性。夯后檢測是驗(yàn)證強(qiáng)夯效果的重要環(huán)節(jié)，通過對地基承載力、壓實(shí)度等指標(biāo)的檢測，判斷地基是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不滿足需及時(shí)采取補(bǔ)救措施。4.3.3灰土擠密樁法灰土擠密樁法的工藝原理主要包括擠密作用、灰土的膠凝作用和置換作用。在成孔過程中，樁管對樁間土產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，使樁間土密實(shí)度提高，孔隙減小，從而增強(qiáng)樁間土的承載能力?；彝林械氖遗c土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有較高強(qiáng)度和水穩(wěn)性的灰土樁體。石灰中的鈣離子與土顆粒表面的鈉離子、鉀離子等進(jìn)行離子交換，使土顆粒表面的電位降低，顆粒間的吸引力增強(qiáng)，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，石灰與土中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣等物質(zhì)，進(jìn)一步增強(qiáng)了灰土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性?；彝翗扼w置換了部分濕陷性黃土，改變了地基的受力狀態(tài)，使地基由原來的單一土體變?yōu)榛彝翗杜c樁間土共同承擔(dān)荷載的復(fù)合地基，提高了地基的承載能力和穩(wěn)定性?；彝翑D密樁法的施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備：對施工材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，選用符合質(zhì)量要求的石灰和土，按設(shè)計(jì)要求的體積比（如3:7）進(jìn)行拌和。對施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面檢測和調(diào)試，確保設(shè)備正常運(yùn)作。進(jìn)行地基土與樁孔填料擊實(shí)試驗(yàn)，獲得土和灰土的最佳含水量與最大干容重。做好施工場地的“三通一平”工作，清除場地內(nèi)的障礙物和雜物。測量放樣：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在施工場地內(nèi)準(zhǔn)確測量放出樁位，并用木樁或石灰標(biāo)記。樁位偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。成孔：可采用沖擊鉆機(jī)、柴油打樁機(jī)等設(shè)備進(jìn)行成孔。在成孔過程中，控制好樁位偏差和垂直度，確保樁孔質(zhì)量。成孔順序一般從外向里間隔1-2孔進(jìn)行，以減少對已完成樁孔的影響。如在張石高速公路部分涵洞地基處理中采用沖擊鉆機(jī)成孔，成孔過程中根據(jù)地層軟硬情況及時(shí)調(diào)整重錘落距。樁孔檢查：成孔后，對樁孔的直徑、深度、垂直度等進(jìn)行檢查，確保符合設(shè)計(jì)要求。如發(fā)現(xiàn)樁孔有縮徑、塌孔等問題，應(yīng)及時(shí)處理?；彝粱靥睿簩韬秃玫幕彝练謱犹钊霕犊變?nèi)，分層填料，分層夯實(shí)。單點(diǎn)夯擊能不小于設(shè)計(jì)要求，如不小于20KN.m，分層填料厚度不大于35cm。灰土回填采用連續(xù)施工，每個(gè)樁孔一次性分層回填夯實(shí)，不得間隔停頓或隔日施工。在回填過程中，要控制好灰土的含水量，使其接近最佳含水量，以保證夯實(shí)效果。質(zhì)量檢測：施工完成后，對樁間土的平均擠密系數(shù)和樁身壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行檢測。樁間土的平均擠密系數(shù)一般不小于0.93，樁身壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，滿足設(shè)計(jì)要求。還可通過載荷試驗(yàn)等方法檢測復(fù)合地基的承載能力，確保地基處理效果?；彝翑D密樁法施工的關(guān)鍵在于材料質(zhì)量控制、成孔質(zhì)量控制和灰土回填夯實(shí)質(zhì)量控制。材料質(zhì)量直接影響灰土樁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，必須嚴(yán)格把關(guān)。成孔質(zhì)量關(guān)系到樁的承載能力和地基的均勻性，要確保樁位準(zhǔn)確、垂直度符合要求?；彝粱靥詈粚?shí)質(zhì)量是保證復(fù)合地基承載能力的關(guān)鍵，需控制好填料厚度、夯擊能和含水量，確保夯實(shí)效果。五、濕陷性黃土地基處理技術(shù)在張石高速公路的應(yīng)用5.1工程案例選取與介紹為深入研究濕陷性黃土地基處理技術(shù)在張石高速公路的應(yīng)用效果，選取了具有代表性的三個(gè)施工標(biāo)段作為案例進(jìn)行詳細(xì)分析。這些案例涵蓋了不同的濕陷等級和地質(zhì)條件，能夠全面展示各種處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況。案例一位于K180+500-K185+000標(biāo)段，該區(qū)域?qū)儆谏角昂榉e扇地貌單元，地勢相對較高。濕陷性黃土厚度較薄，平均厚度約為3.5米，濕陷等級為II級，屬于中等濕陷性黃土。其濕陷性主要源于黃土顆粒間的孔隙較大，且顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)在水的作用下易軟化，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。該標(biāo)段臨近農(nóng)田，周邊有灌溉水渠，在施工過程中需特別注意防水措施，防止因灌溉水滲漏引發(fā)地基濕陷。案例二處于K200+300-K205+000標(biāo)段，該地段屬于河谷階地地貌單元，地勢較低。濕陷性黃土厚度較大，達(dá)到8-10米，濕陷等級為III級，屬于嚴(yán)重濕陷性黃土。此區(qū)域地下水位相對較高，地下水的長期作用使得黃土的濕陷性進(jìn)一步增強(qiáng)。同時(shí)，該標(biāo)段附近有村莊，施工時(shí)需考慮對周邊居民生活的影響，如強(qiáng)夯施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲對居民的干擾。案例三在K220+100涵洞所在標(biāo)段，該區(qū)域濕陷性黃土厚度適中，約為6米，濕陷等級為II級。由于該標(biāo)段位于涵洞位置，對地基的承載能力和穩(wěn)定性要求較高，以確保涵洞在使用過程中的安全。此區(qū)域黃土的含水量在18%左右，處于灰土擠密樁法施工的適宜含水量范圍。針對不同案例的地質(zhì)條件和濕陷等級，各標(biāo)段分別采用了相應(yīng)的地基處理要求。案例一采用沖擊壓實(shí)法，要求通過沖擊壓實(shí)使地基的壓實(shí)度達(dá)到93%以上，沉降量控制在一定范圍內(nèi)，以有效消除濕陷性，提高地基的密實(shí)度和穩(wěn)定性。案例二采用強(qiáng)夯法，強(qiáng)夯能級需達(dá)到160噸×米，每點(diǎn)夯擊6擊，強(qiáng)夯3遍，以提高地基的承載力，消除深層地基的濕陷性，確保地基能夠承受上部結(jié)構(gòu)的荷載。案例三采用灰土擠密樁法，樁徑設(shè)計(jì)為40cm，樁長6m，樁間土的平均擠密系數(shù)需達(dá)到0.93，樁身壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.97，通過灰土擠密樁與樁間土形成復(fù)合地基，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性，滿足涵洞對地基的要求。5.2處理技術(shù)的具體應(yīng)用過程在K180+500-K185+000標(biāo)段，沖擊壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用過程嚴(yán)格遵循施工工藝要求。施工前，對原地面進(jìn)行了全面處理，清除了15cm的種植土，并拆除舊建筑物基礎(chǔ)至地表以下30cm，置換素土填筑。對原地面坑洼不平地段，相對高差小于50cm的進(jìn)行了整平處理，相對高差大于50cm的坑則分層夯實(shí)到原地面。按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》的要求，完成了導(dǎo)線、中線、水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測、橫斷面檢查與補(bǔ)測、增設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)等工作，并準(zhǔn)確測放出路堤坡腳、護(hù)坡道及邊溝位置。沉降量檢測點(diǎn)采用長6cm鐵釘系紅布條做明確標(biāo)志，精確定點(diǎn)，且在平地機(jī)刮平時(shí)注意保護(hù)，距檢測點(diǎn)20cm范圍內(nèi)未進(jìn)行擾動(dòng)。沖壓時(shí)，嚴(yán)格控制路基含水量。沖壓前檢測含水量，若含水量過高則進(jìn)行晾曬，使其達(dá)到規(guī)定要求后再進(jìn)行沖壓；若表層土質(zhì)干燥出現(xiàn)揚(yáng)塵，則進(jìn)行灑水沖壓，確保土方路基含水量符合沖擊壓實(shí)的要求。沖擊壓實(shí)按規(guī)定的走向和排列模式進(jìn)行，以單雙兩遍為一沖壓單元，及時(shí)調(diào)整行駛路線，實(shí)現(xiàn)波峰與波谷呈交替狀沖壓，保證碾壓均勻。壓路機(jī)行駛速度控制在9-12km/h，先慢后快。當(dāng)路基表面出現(xiàn)較明顯的凹凸，致使壓路機(jī)顛簸嚴(yán)重，不能保持規(guī)定的行走速度時(shí)，立即停機(jī)，用平地機(jī)整平路基表面后再繼續(xù)施工。沖壓遍數(shù)根據(jù)試驗(yàn)路段確定為30遍，沖壓至規(guī)定遍數(shù)后進(jìn)行壓實(shí)度和沉降量檢測。壓實(shí)度檢測坑在檢測后進(jìn)行夯填密實(shí)，再進(jìn)行下一步?jīng)_壓。沖壓過程中若出現(xiàn)局部“彈簧”現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行挖除換填。沖壓結(jié)束后，基底用平地機(jī)整平，然后用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，確保地基表面平整、密實(shí)。在K200+300-K205+000標(biāo)段，強(qiáng)夯技術(shù)的應(yīng)用過程如下：施工準(zhǔn)備階段，清除了施工場地內(nèi)的障礙物和表層土，平整場地，并查明了場地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物和管線的位置及標(biāo)高，采取了必要的保護(hù)措施。在大面積施工前，選取了一個(gè)面積為20×20m、地質(zhì)條件具有代表性的場地進(jìn)行試夯。在試區(qū)內(nèi)進(jìn)行了詳細(xì)的原位測試，取原狀土樣測定天然密度等有關(guān)數(shù)據(jù)。選取合適的強(qiáng)夯試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行試夯，檢驗(yàn)強(qiáng)夯結(jié)果。在最后一遍夯擊完成7天后進(jìn)行原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，并與強(qiáng)夯前的測試數(shù)據(jù)對比分析，通過強(qiáng)夯前后試驗(yàn)結(jié)果對比，確定正式采用的技術(shù)參數(shù)。強(qiáng)夯施工選用了帶有自動(dòng)脫鉤裝置的履帶式起重機(jī)，夯錘重10t。強(qiáng)夯施工嚴(yán)格按經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，強(qiáng)夯能級達(dá)到160噸×米，每點(diǎn)6擊，強(qiáng)夯3遍，前兩遍按3-4米間距方格網(wǎng)狀跳夯，最后一遍排夯，并互相搭夯1/2-1/3夯痕。夯擊時(shí)落錘平穩(wěn)，夯位準(zhǔn)確，如錯(cuò)位或坑底傾斜過大，用砂石將坑底鋪平方進(jìn)行下一次夯擊。施工過程中做好監(jiān)測和記錄工作，檢查夯擊次數(shù)和夯沉量，并對夯擊點(diǎn)復(fù)核。強(qiáng)夯完成后，對上部土層進(jìn)行碾壓至規(guī)定的壓實(shí)度，最后用沖擊式壓路機(jī)在路基占地范圍內(nèi)碾壓40遍，進(jìn)一步提高地基的密實(shí)度。碾壓完成后，進(jìn)行地基承載力、壓實(shí)度等指標(biāo)的檢測，確保地基處理效果符合設(shè)計(jì)要求。在K220+100涵洞所在標(biāo)段，灰土擠密樁技術(shù)的應(yīng)用過程為：施工準(zhǔn)備階段，對施工材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，選用符合質(zhì)量要求的石灰和土，按3:7的體積比進(jìn)行拌和。對施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面檢測和調(diào)試，確保設(shè)備正常運(yùn)作。進(jìn)行地基土與樁孔填料擊實(shí)試驗(yàn)，獲得土和灰土的最佳含水量與最大干容重。做好施工場地的“三通一平”工作，清除場地內(nèi)的障礙物和雜物。測量放樣時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確測量放出樁位，并用木樁或石灰標(biāo)記，樁位偏差符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。采用沖擊鉆機(jī)成孔，成孔過程中根據(jù)地層軟硬情況及時(shí)調(diào)整重錘落距，控制好樁位偏差和垂直度，確保樁孔質(zhì)量。成孔順序從外向里間隔1-2孔進(jìn)行，以減少對已完成樁孔的影響。成孔后，對樁孔的直徑、深度、垂直度等進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)樁孔有縮徑、塌孔等問題，及時(shí)進(jìn)行處理。將拌和好的灰土分層填入樁孔內(nèi)，分層填料，分層夯實(shí)。單點(diǎn)夯擊能不小于20KN.m，分層填料厚度不大于35cm?；彝粱靥畈捎眠B續(xù)施工，每個(gè)樁孔一次性分層回填夯實(shí)，不得間隔停頓或隔日施工。在回填過程中，控制好灰土的含水量，使其接近最佳含水量，以保證夯實(shí)效果。施工完成后，對樁間土的平均擠密系數(shù)和樁身壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行檢測，樁間土的平均擠密系數(shù)達(dá)到0.93，樁身壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.97，滿足設(shè)計(jì)要求。5.3應(yīng)用效果分析與評估在張石高速公路濕陷性黃土地基處理中，通過對各案例處理前后地基的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對比，能夠全面、客觀地評估處理技術(shù)的應(yīng)用效果，包括地基承載力、沉降量以及濕陷性消除情況等方面，同時(shí)還能對其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，為后續(xù)類似工程提供重要參考。5.3.1地基承載力分析處理前，K180+500-K185+000標(biāo)段濕陷性黃土地基的承載力較低，經(jīng)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)測定，其地基承載力特征值僅為100-120kPa，難以滿足高速公路路基對地基承載力的要求。在采用沖擊壓實(shí)法處理后，通過再次進(jìn)行載荷試驗(yàn)檢測，地基承載力特征值提高到了180-200kPa。這表明沖擊壓實(shí)法有效地改善了地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，使土顆粒重新排列，孔隙減小，從而提高了地基的承載能力。K200+300-K205+000標(biāo)段在強(qiáng)夯處理前，地基承載力特征值約為80-100kPa，由于該區(qū)域濕陷性黃土厚度大、濕陷等級高，地基承載能力嚴(yán)重不足。經(jīng)過強(qiáng)夯法處理后，地基承載力特征值大幅提升至250-300kPa。強(qiáng)夯法產(chǎn)生的強(qiáng)大夯擊能使地基土深層密實(shí)，土體結(jié)構(gòu)得到顯著改善，有效地提高了地基的承載能力，滿足了高速公路對地基承載力的較高要求。K220+100涵洞所在標(biāo)段在灰土擠密樁法處理前，地基承載力特征值為100-120kPa，難以承受涵洞的上部荷載。處理后，通過對灰土擠密樁復(fù)合地基進(jìn)行載荷試驗(yàn)，檢測得到地基承載力特征值達(dá)到了200-220kPa?；彝翑D密樁與樁間土形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載，提高了地基的承載能力，確保了涵洞基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。5.3.2沉降量分析處理前，K180+500-K185+000標(biāo)段濕陷性黃土地基在路基填筑后的沉降量較大，通過前期的沉降觀測，預(yù)計(jì)最終沉降量可達(dá)30-50cm，這將嚴(yán)重影響路面的平整度和使用壽命。采用沖擊壓實(shí)法處理后，經(jīng)過一段時(shí)間的沉降觀測，最終沉降量控制在了10-15cm范圍內(nèi)。沖擊壓實(shí)法使地基土得到有效壓實(shí)，孔隙減小，壓縮性降低，從而顯著減小了地基的沉降量。K200+300-K205+000標(biāo)段在強(qiáng)夯處理前，預(yù)計(jì)地基的最終沉降量可達(dá)50-80cm，沉降問題較為嚴(yán)重。強(qiáng)夯處理后，沉降量得到了有效控制，最終沉降量減小至20-30cm。強(qiáng)夯法對深層地基土的加固作用明顯，使地基土的密實(shí)度提高，有效抑制了地基的沉降變形。K220+100涵洞所在標(biāo)段在灰土擠密樁法處理前，預(yù)計(jì)地基沉降量會(huì)對涵洞的正常使用產(chǎn)生較大影響，可能導(dǎo)致涵身開裂、變形等問題。處理后，通過對涵洞基礎(chǔ)的沉降觀測，最終沉降量控制在了15-20cm，滿足了涵洞對地基沉降的要求?；彝翑D密樁法通過擠密樁間土和形成灰土樁體，增強(qiáng)了地基的整體穩(wěn)定性，減小了地基的沉降量。5.3.3濕陷性消除情況分析在K180+500-K185+000標(biāo)段，處理前濕陷性黃土的濕陷系數(shù)較大，一般在0.03-0.05之間，屬于中等濕陷性黃土。沖擊壓實(shí)法處理后，通過對處理后地基土的濕陷性檢測，濕陷系數(shù)降低至0.01-0.015之間，濕陷性得到了有效消除，達(dá)到了非濕陷性黃土的標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)闆_擊壓實(shí)法的沖擊作用使黃土顆粒重新排列，孔隙減小，土體結(jié)構(gòu)得到改善，從而消除了濕陷性。K200+300-K205+000標(biāo)段處理前濕陷系數(shù)高達(dá)0.05-0.08，濕陷等級為III級，屬于嚴(yán)重濕陷性黃土。強(qiáng)夯處理后，濕陷系數(shù)降低至0.01以下，濕陷性基本消除。強(qiáng)夯法的強(qiáng)大夯擊能使地基土深層的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，土顆粒之間的連接力增強(qiáng)，有效消除了地基土的濕陷性。K220+100涵洞所在標(biāo)段處理前濕陷系數(shù)為0.03-0.05，采用灰土擠密樁法處理后，濕陷系數(shù)減小至0.01-0.015，濕陷性得到有效消除。灰土擠密樁法通過擠密樁間土和灰土樁體的膠凝作用，改變了地基土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，消除了濕陷性。5.3.4經(jīng)濟(jì)效益分析在K180+500-K185+000標(biāo)段采用沖擊壓實(shí)法，其設(shè)備租賃費(fèi)用相對較低，每臺沖擊壓路機(jī)的租賃費(fèi)用約為5000元/天，施工工期較短，約為15天，設(shè)備租賃總費(fèi)用為75000元。材料費(fèi)用主要為檢測所需的少量材料，費(fèi)用約為5000元。人工費(fèi)用方面，包括操作人員、技術(shù)人員等，人工成本約為30000元。該標(biāo)段的處理面積約為50000平方米，總處理成本約為110000元，平均每平方米的處理成本為2.2元。K200+300-K205+000標(biāo)段采用強(qiáng)夯法，強(qiáng)夯設(shè)備（如50噸履帶式吊車、20噸夯錘等）的租賃費(fèi)用較高，約為10000元/天，施工工期約為25天，設(shè)備租賃總費(fèi)用為250000元。材料費(fèi)用主要包括試夯所需的材料以及夯坑填平的材料等，費(fèi)用約為15000元。人工費(fèi)用包括施工人員、技術(shù)人員、監(jiān)理人員等，人工成本約為50000元。該標(biāo)段處理面積約為50000平方米，總處理成本約為315000元，平均每平方米的處理成本為6.3元。K220+100涵洞所在標(biāo)段采用灰土擠密樁法，成孔設(shè)備（如沖擊鉆機(jī)）的租賃費(fèi)用約為3000元/天，施工工期約為30天，設(shè)備租賃總費(fèi)用為90000元。材料費(fèi)用主要為石灰和土的費(fèi)用，按3:7的體積比計(jì)算，每立方米灰土的材料成本約為150元，該標(biāo)段共需灰土約1000立方米，材料費(fèi)用為150000元。人工費(fèi)用包括成孔、填料、夯實(shí)等工序的操作人員以及技術(shù)人員等，人工成本約為80000元。該標(biāo)段處理面積約為1000平方米，總處理成本約為320000元，平均每平方米的處理成本為320元。通過對各標(biāo)段處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析可知，沖擊壓實(shí)法成本最低，適用于處理淺層、濕陷性較弱的地基；強(qiáng)夯法成本適中，適用于處理深層、濕陷性較強(qiáng)的地基；灰土擠密樁法成本相對較高，主要適用于對地基承載能力和穩(wěn)定性要求較高的特殊構(gòu)造物地基處理。六、張石高速公路應(yīng)用濕陷性黃土地基處理技術(shù)遇到的問題及解決措施6.1施工過程中遇到的問題在張石高速公路濕陷性黃土地基處理的施工過程中，遇到了諸多問題，這些問題對工程進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生了不同程度的影響。含水量控制困難是較為突出的問題之一。在沖擊壓實(shí)法和強(qiáng)夯法施工中，地基土的含水量對處理效果至關(guān)重要。然而，張石高速公路部分路段受當(dāng)?shù)貧夂驐l件影響，降水分布不均，地下水位變化較大，導(dǎo)致地基土含水量難以穩(wěn)定在合適范圍內(nèi)。在沖擊壓實(shí)施工前，如遇連續(xù)降雨，地基土含水量會(huì)大幅增加，超出沖擊壓實(shí)要求的（Wopt-4%）～(Wopt+2%)范圍，使得土體過于飽和，在沖擊碾壓過程中容易出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，即土體無法壓實(shí)，呈現(xiàn)出類似彈簧的彈性狀態(tài)，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和壓實(shí)效果。而在強(qiáng)夯施工時(shí)，若地基土含水量過低，土體過于干燥，夯擊時(shí)土體顆粒間摩擦力增大，難以達(dá)到預(yù)期的夯實(shí)效果，需要額外進(jìn)行灑水增濕處理，這不僅增加了施工成本，還可能延誤工期。壓實(shí)度難以達(dá)標(biāo)也是一個(gè)常見問題?；彝翑D密樁法施工中，樁間土的擠密效果和灰土樁體的壓實(shí)質(zhì)量對地基整體壓實(shí)度影響較大。在實(shí)際施工中，由于施工工藝控制不當(dāng)，如成孔時(shí)樁管對樁間土的擠壓力不足，導(dǎo)致樁間土密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；灰土回填時(shí)，分層填料厚度過大或夯擊次數(shù)不足，使得灰土樁體壓實(shí)系數(shù)未達(dá)到0.97的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而影響地基的承載能力和穩(wěn)定性。在沖擊壓實(shí)和強(qiáng)夯施工中，若施工參數(shù)設(shè)置不合理，如沖擊碾壓遍數(shù)不足、強(qiáng)夯能級不夠等，也會(huì)導(dǎo)致地基壓實(shí)度難以滿足設(shè)計(jì)要求，無法有效消除濕陷性。施工效率低在一定程度上影響了工程進(jìn)度?；彝翑D密樁法施工工藝相對復(fù)雜，成孔、填料、夯實(shí)等工序需要依次進(jìn)行，且每個(gè)樁孔的施工都需要一定時(shí)間，導(dǎo)致施工速度較慢。在一些標(biāo)段，由于施工場地狹窄，機(jī)械設(shè)備停放和材料堆放空間有限，進(jìn)一步制約了施工效率的提高。強(qiáng)夯法施工時(shí)，由于夯擊設(shè)備的移動(dòng)和調(diào)整需要耗費(fèi)一定時(shí)間，且每遍夯擊后需要對夯坑進(jìn)行填平處理，使得施工過程相對繁瑣，施工效率受到影響。沖擊壓實(shí)法雖然施工速度相對較快，但在遇到地基表面不平整或“彈簧土”等問題時(shí)，需要停機(jī)進(jìn)行處理，也會(huì)降低施工效率。這些問題對工程進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生了顯著影響。含水量控制困難和壓實(shí)度難以達(dá)標(biāo)可能導(dǎo)致地基處理效果不佳，無法有效消除濕陷性，增加公路運(yùn)營后出現(xiàn)病害的風(fēng)險(xiǎn)，如路基沉降、路面開裂等，影響公路的使用壽命和行車安全。施工效率低則會(huì)延長工程工期，增加工程成本，還可能影響后續(xù)工程的順利開展。6.2問題產(chǎn)生的原因分析含水量控制困難主要是由復(fù)雜的地質(zhì)條件和多變的氣候因素導(dǎo)致的。張石高速公路部分路段的地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位分布不均，且含水層的滲透性和補(bǔ)給條件存在差異。在一些靠近河流或低洼地帶，地下水位較高，地基土含水量容易受到地下水的影響而增加；而在地勢較高、地下水埋藏較深的區(qū)域，地基土含水量則相對較低。當(dāng)?shù)貧夂驐l件也對含水量產(chǎn)生顯著影響。該地區(qū)降水分布不均，在雨季時(shí)，大量降水會(huì)迅速滲入地基土，導(dǎo)致含水量大幅上升；而在旱季，水分蒸發(fā)較快，地基土含水量又會(huì)降低。此外，施工過程中缺乏有效的排水措施，在遇到降雨時(shí)，地表積水不能及時(shí)排出，也會(huì)使地基土含水量增加。壓實(shí)度難以達(dá)標(biāo)與施工工藝和施工設(shè)備密切相關(guān)。在灰土擠密樁法施工中，成孔工藝的控制對樁間土的擠密效果至關(guān)重要。若成孔設(shè)備的振動(dòng)頻率、振幅或成孔速度不合適，樁管對樁間土的擠壓力就無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致樁間土密實(shí)度不足?；彝粱靥顣r(shí)，夯實(shí)設(shè)備的夯擊能量、夯擊次數(shù)和夯擊方式等參數(shù)設(shè)置不合理，會(huì)影響灰土樁體的壓實(shí)質(zhì)量。如夯擊能量過小，無法使灰土充分密實(shí)；夯擊次數(shù)不足，不能使灰土達(dá)到最佳壓實(shí)狀態(tài)。沖擊壓實(shí)和強(qiáng)夯施工中，施工設(shè)備的性能和操作也會(huì)影響壓實(shí)度。沖擊壓路機(jī)的沖擊輪磨損嚴(yán)重、強(qiáng)夯設(shè)備的夯錘質(zhì)量不足或落距不夠等，都會(huì)導(dǎo)致沖擊能量和夯擊能量降低，無法有效壓實(shí)地基土。施工效率低的原因主要包括施工工藝本身的復(fù)雜性以及施工場地條件的限制?；彝翑D密樁法施工工序繁多，成孔、填料、夯實(shí)等環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格控制，且每個(gè)樁孔的施工都需要一定時(shí)間，導(dǎo)致整體施工速度較慢。強(qiáng)夯法施工過程中，夯擊設(shè)備的移動(dòng)、調(diào)整以及夯坑的填平處理等操作較為繁瑣，會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，降低施工效率。施工場地狹窄會(huì)限制機(jī)械設(shè)備的停放和材料的堆放，增加了機(jī)械設(shè)備的移動(dòng)和材料運(yùn)輸?shù)碾y度，導(dǎo)致施工過