第２７卷第ｌ６期 甘肃科技 正２７ Ⅳ０．１６ ２０１１年８月 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏ Ａ ２０１１ 浅谈压力注浆法加固湿陷性黄土地基 吴明涛 （兰州铁路局兰州西工务段，甘肃兰州７３００５０） 摘要：路基不均匀沉降将直接影响到线路的使用效果。依据湿陷性黄土的工程特性，分析了湿陷性黄土的变形特 征，对湿陷性黄土的湿陷系数进行了定量描述。结合具体工程实例，介绍了压力注浆的加固机理，达到了预期的效 果，说明此加固方法的合理性，为同类路基病害治理提供了一定的参考价值。 关键词：路基；沉降；湿陷性；变形特征；加固机理 中图分类号：Ｕ４４１．８ 湿陷性黄土广泛分布于我国西北、华北地区。 基本上无大于０．２５ｍｍ的中砂颗粒。湿陷性黄土的 由于湿陷性黄土的不良工程性质，给广大黄土地区 颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。上述颗粒的 的工程建设造成了诸多安全隐患。因此如何更好的 矿物成分，粗颗粒中主要是石英和长石，黏粒中主要 研究湿陷性黄土的工程性质，探索处理湿陷性黄土 是中等亲水性的伊利石。此外，在湿陷性黄土中又 地基就显得十分重要。 含有较多的水溶盐，呈固态或半固态分布在各种颗 湿陷性黄土对路基工程的危害主要表现为遇水 粒的表面。易溶盐对湿陷性的影响较大，因为当湿 后的不均匀沉降，引起路基下陷，从而引起其他次生 陷性黄土遇水时，易溶盐含量越大，其内部结构变化 病害，进一步加剧黄土地基的湿陷性，引起恶性循 就越大，土颗粒骨架的破坏程度就越大，因此湿陷性 环。所以路基工程中的湿陷性黄土路基的施工质量 也就越强。另外，天然含水率和塑限对湿陷性也有 将直接影响整个线路的施工质量以及后期运营的维 一定影响，比如天然含水率较小时，土体浸水受荷， 修养护。 其结构变化更大，而塑限越大，则含黏量越大，更有 在上覆土层自重应力和附加应力共同作用下， 利于维护黄土的原生结构，不容易湿陷。天然孔隙 因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称 比越大，土体浸水受荷时，土颗粒形成的骨架变形就 为湿陷性土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷 越大，增强其湿陷性。 性。广泛分布于我国西北、华北地区的黄土多具湿 试验研究表明，粗粉粒和砂粒在黄土结构中起 陷性。（这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土。湿 骨架作用，由于在湿陷性黄土中砂粒含量很少，而且 陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土， 大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粗 也有的老黄土不具有湿陷性。）在黄土的湿陷性方 粉粒。细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集 面，关于工程性质的研究成果很具有借鉴性，另外， 聚在较大颗粒的接触点处与胶体物质一起作为填充 对于湿陷性黄土地基的处理方法也有不同的方法和 材料。 建议。在前人研究成果的基础上，结合湿陷性黄土 黏粒以及土体中所含的各种化学物质如铝、铁 的特性，探讨湿陷性黄土地基加固的压力注浆法，以 物质和一些无定型的盐类等，多集聚在较大颗粒的 期对实际工程有一定的参考作用ｕ０Ｊ。 接触点起胶结和半胶结作用，作为黄土骨架的砂粒 和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结 ｌ湿陷性黄土的工程特性 晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高 １．１湿陷性黄土的颗粒组成 的强度，而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土 我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总 的强度突然下降便产生湿陷 。 重量约５０％～７０％，而粉土颗粒中又以０．０５— １．２湿陷性黄土的理化性质 ０．０１ｍｍ的粗粉土颗粒为多，占总重约４０％～６０％， 黄土由固态、液态和气态三相所组成，其三相组 小于０．００５ｒａｍ的黏土颗粒较少，占总重约１４％一 成间重量和体积的比例关系，可以反映出土的一系 ２８％，大于０．１ｍｍ的细砂颗粒占总重在５％以内， 列物理性质，这些性质常用下列一些指标来表示：颗 １３４ 甘肃科技 第２７卷 粒组成、土粒比重：含水量、容重、孑Ｌ隙比、孔隙率、饱 和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数等。 和结构性的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的 高度（ｃｍ）；＾ 为上述加压稳定后的土样，在浸水作 用下，下沉稳定后的高度（ｃｍ）；ｈ。为土样的原始高 度（ｃｍ）。 文献［６］提出了描述黄土湿陷系数的偏最小二 乘分析法，综合考虑了湿陷性黄土的天然含水率，天 然重度，天然孑Ｌ隙比，天然饱和度，和塑性指数，并通 过偏最小二乘法拟合出了湿陷性系数的公式，如式 根据晋、豫、陕、甘四省１０４份资料的统计结果 表明，化学成分中二氧化硅和倍半氧化物含量最多， 但对湿陷性的影响并不明显。一般情况下，当 ＣａＣＯ 的含量增大时，黄土的湿陷性减弱。但也有 例外，当ＣａＣＯ 成碎屑颗粒分布于黄土中时，它就 是土体骨架的一部分；当ＣａＣＯ 以薄膜状分布或与 粘粒混在一起构成集合体时，它就是胶结物的一个 重要组成部分，ＣａＣＯ 只有起胶结作用时，才影响湿 陷性。因此，不仅要分析ＣａＣＯ 的含量，还要考虑 其赋存状态。水溶盐根据其在２Ｏ℃水中的溶解度 分为三类：易溶盐，主要是Ｎａ：ＣＯ，；中溶盐，以石膏 （ＣａＳＯ ・２Ｈ２０）为代表；难溶盐，以ＣａＣＯ３为主。 水溶盐与土的湿化、收缩、膨胀和透水性关系密切， 并影响土的黏性和强度。黄土的ｐＨ值取决于黄土 所含的可溶性盐成分，ｐＨ值在６．０～９．２之间变化， 平均值为７．８，ｐＨ值高是ＣａＣＯ，含量大，黄土中所 吸收的钙离子占优势的结果。一般干早地区黄土的 ｐＨ值较高，而湿润地区由于水的淋洗作用ｐＨ值则 较低，ｐＨ值增大，则湿陷性增强 Ｊ。 １．３湿陷性黄土的变形特征 黄土在干旱或半干早气候条件下形成的欠压密 土，但并不是在任何荷载作用下受水浸湿都会产生 湿陷。黄土本身具有一定的结构弧度，当压力较小 时受水浸湿，由于它在颗粒接触处所产生的剪应力 小于其结构强度，与一般黏性土一样，只产生少量的 压缩变形。只有当压力增大到某一数值以致剪应力 大于其结构强度时，下沉速度才突然加快，从而反映 出湿陷的特点。 ２湿陷性黄土的描述 第四系全新统和上更新统黄土以黏粒为主，质 地均匀，结构疏松，孔隙比大，肉眼可见之大孔隙，具 高压缩性，遇水易崩解，易产生湿陷；中下更新统黄 土黏粒成分较多，结构较为密实，一般不具湿陷性。 黄土的湿陷类型可分为自重湿陷性场地和非自重湿 陷性场地两类，黄土的湿陷等级与黄土场地所处的 地貌位置关系密切。 黄土的湿陷性按室内压缩试验，在一定压力下 的湿陷系数判定。湿陷系数按式（１）计算： （１） 式中： 为黄土的湿陷系数；ｈｐ为保持天然的湿度 （２）所示。 ８ ＝ｇ（ｔｏ，Ｐ ，ｅ，Ｓ ，，Ｄ） ＝一０．００４４６．０—０．１１０５ｐｄ一０．４５４６ｅ一 ０．０００７Ｓ，＋Ｏ．ｏｏ４７ｉ，＋２．０１７９ （２） 式中： 为湿陷系数；ｔｏ为天然含水率（％）；．ｐ 为天 然干密度（ｋＮ／ｍ。）；ｅ为孔隙比；Ｓ，为饱和度（％）； Ｌ为塑性指数。 ３压力注浆法的加固机理 对既有线路湿陷性黄土路基病害防治，既要达 到治理路基病害的目的，又要保证既有线路的正常 运营，压力注浆无疑是一种行之有效的手段。压力 注浆是在较高压力作用下，浆液克服地层的初始应 力和抗拉强度，引起土体结构的破坏和扰动，使地层 形成新的裂缝或孔隙从而使浆液以填充、渗透、挤密 等方式，挤出土体颗粒问或岩石裂隙中的水分和气 体，并占据相应空间，浆液将原来松散的土体或裂隙 胶结结合成一个整体，形成一个结构新、强度大、防 水性及稳定性良好的“结石体”，在路基中形成局部 高压区，使路基在行车荷载和自重作用下不再产生 位移，使地表水不再从裂缝中下渗而导致路基、路面 病害发育。该技术应用范围较广，既适用于渗透性 较好的砂层，又适用于渗透性较差的黏土。对黄土 路基进行压力注浆，由于其黏土含量较少，主要以粉 粒为主，土颗粒周围水化膜厚度较小，若粉土层以上 黏性土的厚度较厚，当注浆压力较小时，易形成沿粉 土层方向的浆脉而难以形成自上而下的贯穿性浆 脉；若上部黏土层较薄，则浆液可能沿水压劈开形成 的裂缝充填，形成较宽且完整性较好的浆脉。压力 注浆可同时产生充填效应、挤压效应、扩散效应、防 渗效应、离子交换效应、骨架效应等 Ｊ。 ４压力注浆在工程中的应用 随着全国铁路大提速的实施，路基出现了不同 程度的病害，尤其是在湿陷性黄土地区病害较为突 出，这主要是由于黄土特有的工程性质造成的。 第１６期 吴明涛：浅谈压力注浆法加固湿陷性黄土地基 １３５ 西北地区某段铁路，近年来由于路基周围的环 时这种挡水墙还可增强在路基下注浆时的效果， 境发生了变化，特别是当地老乡灌溉农田，大量的水 人渗到地基中，导致了地基中含水量的增大，黄土地 基发生了湿陷变形，使该区段路基不均匀沉陷深度 达到０．８～１．Ｏｍ，严重影响了行车安全。根据现场 实际情况，选取具有代表性的位置，挖一探坑，深度 ３～４ｍ，测试了不同深度处地基土的物理力学指标： 密度、含水量、比重、液限、塑限、饱和度、颗粒分析、 防止路基下注浆时浆液外窜，使浆液能够进入到 基底下。地基压力注浆可以增加土体的密实度， 阻止基础以外的水浸入地基。两者联合加固地 基，可显著提高地基承载力，降低路基的下沉。具 体的解决方案如下： （１）在路基右侧一定深度范围内夯实土层，作 为封闭层，防止地表水流人地基中。 （２）在路基两侧地基中采用人工施做灰土挡水 墙，防止注浆时浆液外窜。 （３）在路堤基底以下，进行压力注浆，加固地 基。压浆施工工艺流程如图１所示，线路病害治理 断面图如图２所示。 压缩系数、压缩模量、湿陷系数、渗透系数等，试验结 果表明：该地基含水量为１６．７％～２３．０５％，地基土 属于中等压缩性土，渗透系数为６．２１×１０～～１．９４ ×１０～ｃｍ／ｓ。 通过对病害成因分析可知，解决湿陷性黄土 路基的不均匀沉降问题的核心为挡水和地基加 固，提高地基的强度和刚度。解决黄土路基沉陷 问题，可使用灰土挡水墙和地基压力注浆联合加 固。利用地表层换填夯实并在其右侧施作止水帷 ＝］ｌ 詈 ：镪器 ｌ唾 幕，可防止周围农田灌溉用水向路基基底流动，同 图１压浆施工工艺流程 半径 一翌 查 曼 浆 台 篓耋圭 ！ 了ｌ 。， ｃ ： 孑 至 ［６１ 蓠 ｉ ， 苎 …一…… 高路基整体强 霎 质与湿陷性一及其工 、 一 的．偏最小二乘 ，…２００４，３０。 度，增强路基的稳定性起到很好的作用。 … ，Ｊ
