湿陷性黄土对机场的危害及处置措施分析

卢海

西部机场集团有限公司机场建设指挥部 陕西 西安 710000

1 湿陷性黄土的概况

1.1 概念

湿陷性黄土是众多土质类型中的一种，其在自重或者附加应力等的作用下，与水接触后会破坏其土壤原有结构，进而出现沉降。一般湿陷性黄土大部分分布在东北、华北、西北等地区。

1.2 黄土的湿陷特征

在我国，湿陷性黄土是一种较为常见的土壤类型，因为此种类型的土壤孔隙比其他土壤大，因此，在业内还被称为大孔土，分布在降雨量较小的地区，如甘肃、宁夏等，属于一种沙壤土，一般，在沙壤土中黏土量在12%～25%之间；壤土中的黏土含量在25%～37.5%之间；但湿陷性黄土中的黏土含量则在8%～26%之间，其在业内虽然被划分为沙壤土类型中，但其与沙壤土在性质方面存在较大差异：①若湿陷性黄土从未受外力影响，土层表面会有大量孔隙，即便是肉眼也清晰可见这些孔隙，其孔隙部分是天然的，部分是在生物作用下而成；②湿陷性黄土在干燥时，表层颜色大多呈淡黄色，在与水接触后，呈褐黄色；③土质结构中不仅盐含量较高，而且还含有一些高岭土、石英成分；④在干燥状态下，湿陷性黄土具备较高的可压缩性和强度；⑤吸水性和透水能力较强；若在湿陷性黄土地区建设机场，不仅难度大，而且在建设期间对人力、财力、物力资源的消耗量较大[1]。

1.3 黄土湿陷机理

一般，湿陷性黄土骨架由多种成分组成，即集粉和粉粒等，在结构排列方式具备较强的松散型，内部空隙较多，对于湿陷性黄土来说，湿陷性与孔隙具有密切的联系，孔隙越大湿陷率会随着增加，若黄土含水量与孔隙比不变，湿陷量会随着黄土的荷载不断变化；在黄土结构中，若其内部含有大量可溶性盐，则内部孔隙率会比较大，若机场工程位于常年降雨量偏少的地区，则黄土内部水分流失较为严重，导致涂层中水分量随之减少，在此种条件下，黄土中的可溶性盐会逐步被析出，胶体出现凝结，使得黄土的凝聚力加大，此时土层状态呈欠压密状态，若在此种类型的黄土上施工时，土层遇水后，土层原有的凝聚力开始分散，致使机场地面、建筑等发生沉降，影响机场的正常运行。

1.4 黄土湿陷性评价内容

①通过科学的方式辨别湿陷性黄土类型；②运用相应的技术手段辨别湿陷性黄土的属性（自重和非自重）；③运用相应的技术手段判定其湿陷等级；④运用相应的技术手段辨别其湿陷起始压力，如通过分析机场土层可以了解黄土湿陷情况及类型，并采取相应的技术手段，最小化湿陷性黄土的沉降率。

2 湿陷性黄土对机场的危害

2.1 机场地基出现不均匀沉降问题

在湿陷性黄土地区建设机场过程中，在进行大量高填方平整工作之后，机场仍会出现不同程度的沉降问题；另外，在冲沟底部位置，由于岩面起伏相对较大，导致机场地基出现严重的不均匀沉降。

2.2 机场地基土体的湿陷破坏

在湿陷性黄土地区建设机场过程中，在完成大量深挖高填工作后，在填挖交界位置还会存留一部分湿陷性黄土，在与水接触后会出现一定下沉，进而导致机场道路、建筑等发生倾斜、沉降等，不仅影响机场的正常运营，而且会威胁机场工作人员和旅客的人身安全，因此需在机场建设过程中，采取相应的措施避免湿陷性黄土出现沉降[2]。

3 处理湿陷性黄土地基危害的措施

在建设机场工程过程中，需根据实际情况，采取可行的技术措施降低湿陷性黄土的湿陷率，在选择处理技术时，可以根据工程所在地区湿陷性黄土的特征、类型，科学选择相应的处理方式，一般，常用的技术有垫层法、预浸水法、换填法、夯实法等，以最大限度降低湿陷性黄土出现沉降的概率，在保障机场旅客、工作人员人身安全的同时，使机场可以正常运营，为旅客的出行提供方便。

3.1 垫层法

在机场工程施工中，垫层法是处理湿陷性黄土时，常用的方式之一。所谓垫层法在业内也被称为开挖置换法、换土垫层法，此方式主要是通过相应的工具设备挖出基底下部分或者全部湿陷性黄土，接着使用灰土或者素土分层回填并夯实形成一种垫层，从而降低地基中黄土的湿陷量，并使地基的渗透性和压缩变形能力得到减少，达到提升地基承载能力的目的。此方式一般常用于地下水位以上土层厚度在1～3m范围内的工程中，在地基处理范围方面，可以对其进行细分，一般可分为两大部分，即整片和局部垫层。若在机场工程施工中，仅要求降低地基下部3m范围内的湿陷量，此时，在施工时，采取局部或者整片垫层法均可以达到相关施工要求；若机场工程中对湿陷性黄土的承载能力和水稳性均提出了较高的要求，则需采取整片垫层法或者局部灰土垫层法，对湿陷性黄土进行置换，以消除黄土的湿陷性。在机场工程施工中，处理湿陷性黄土时，若选择使用垫层法，则需严格控制垫层分层铺填厚度，一般要求控制在200～300mm范围内；为使分层压实质量得到提升，在压实过程中，应严格对机械辗压速度进行控制；在检测垫层质量时，应始终遵循分层检测的原则，确保每层垫层压实系数达到规定标准后，方可对上层土进行铺填处理，进而保证施工质量。

3.2 夯实法

夯实法主要是通过应用重锤自由落下过程中产生的冲击力对地基进行夯实，夯实法一般分为两种，即强夯法和重夯法。在机场工程施工中，此方式多用于对饱和度不到60%的湿陷性黄土进行处理。在施工中，重夯法一般用于处理1～2m厚度范围内的湿陷性黄土；而强夯法一般用于处理3-6m范围内的湿陷性黄土；这两种方式使用的设备和工艺非常相似，但强夯法的夯击能力比重夯法高[3]。

3.3 挤密桩法

在机场工程施工中，挤密桩法常用于处理位于地下水位之上的黄土，在此施工中，无论是使用整片处理方式或者使用局部处理方式，应严格将处理厚度控制在5～15m范围内，在应用挤密桩法施工中，人力、机械、爆破等均是常用的成孔方式，待完成成孔工作后，可以选择含水量最佳的灰土或者素土进行分层回填夯实，在使用此处理方式时，要求将压实系数控制住0.93范围内，进而构成一种灰土桩或者土桩，达到稳固机场地基的目的。由于土桩具备较强的柔性特点，与钢筋混凝土类型的刚性桩存在较大区别，土桩不仅要承受上部荷载，而且经特殊工艺处理的桩间土要承受大部分荷载。实际上，在业内土桩挤密地基俗称复合地基，由土桩和桩间土两部分构成，土桩挤密地基在功能方面，与土垫层相同，即可以使湿陷性黄土的力学结构发生变化，最小化黄土地基的湿陷量，使得土层的压缩性和渗透性发生变化，进而最大化黄土地基的承载力，因此，在对湿陷性黄土处理方式进行选择时，应结合机场工程的实际情况进行科学选择。若机场工程项目对隔水、防渗提出了较高的要求，则可以优先选择整片处理法；若机场工程对隔水、防渗方面无较高的要求，则可以优先选择局部处理法；若黄土剩余湿陷量较小，可以优先选择局部处理法；若黄土剩余湿陷量非常大，则可以优先选择整片处理法；通过调查分析发现，挤密桩法在处理湿陷性黄土时，效果较为突出，因而在业内得到广泛应用。

3.4 桩基础

在湿陷性黄土地区建设机场工程时，采取桩基础法施工，主要是在湿陷性黄土层中设置一个特定长度的桩，并支撑在强度较高的非湿陷性土层上，从而分散承载压力，采取桩基础法稳固地基，即使在后期地基与水接触，也可以避免黄土湿陷对机场的影响，桩基础法常用于处理基础荷载大、现场具备持力层的地基工程中，若土层厚度在30m范围内，可以优先选择此方式。在湿陷性黄土工程施工中，桩基础作为主要的端承桩，自然形成的湿陷性黄土桩基础，桩侧正摩阻力较大，但与自重湿陷性黄土地基具有明显不同，其在被水侵蚀后桩周边的土层会出现不同程度的沉降，在此条件下，桩侧正摩阻力基本不存在，且还会引发负摩阻力，此时，来自外界的荷载全部桩端土承担。另外，非自重湿陷性黄土地基，桩与水接触后，桩侧还存在部分正摩阻力，但因为土体完全饱和，摩阻力会随之减少，以端承为主。因此，在设计桩基础时，在确定单桩承载力时，应将桩侧负摩阻力考虑在内，在单桩承载力达到相关要求的基础上，可以省去对群桩承载力的验算。

3.5 预浸水法

预浸水法即在机场工程开工建设前期，需相关人员需对自重湿陷性黄土场地进行大面积浸水处理，以在饱和自重作用下，使黄土出现沉陷，以将土体压实，一般，由于这种土体表层4～5m范围内的土层类型为被动层，轻易不会发生自重湿陷问题，因此，预浸水法多用于对厚度在4～5m以下的自重湿陷性黄土进行处理，但这种土体存在相应的外荷湿陷性，需采取技术措施解决外荷湿陷性问题；由于预浸水法不仅施工简单、处理效果显著，而且成本低廉，可以解决地下暗缝等隐蔽性问题，因此，在处理自重湿陷性黄土中较为常用，若自重湿陷性黄土土层厚度、湿陷量分别大于10m、50m，则可以优先选择预浸水法；但在施工中，由于此方式的浸水面较大，操作不当则会影响周围建筑，因此，要求在机场工程施工中，应将浸水坑与建筑物间的净距离控制在自重湿陷性土层厚度的3倍左右，以免影响其他建筑的稳定性[4]。

3.6 DDC桩法

DDC桩法是近年来新研发的一种挤密桩法，一般是借助机械器具进行钻孔，待成孔后，分层填入土、砂石、混凝土等，最后利用重锤对填料进行挤压，以最大化地基的承载力。

应用范围：现阶段，在处理湿陷性黄土时，若土层较厚，土挤密桩法和灰土挤密桩法还存在一定局限性，因此，为保障处理效果，提高黄土的承载力，一些科研人员通过总结经验，研究出一种处理湿陷性黄土的新方式，即DDC桩法，此方式可以更好对厚度大于15m的湿陷性黄土地基进行处理，其效果非常显著。

4 处理方法的优选原则

由于处理湿陷性黄土地基的方法较多，每种方法具有不同的特点和应用范围，在机场场道工程中应用这些方法，对湿陷性黄土进行处理时，同时可能应用到多个处理方法，因此，必须结合机场场道工程现场的实际情况和每种处理方式的优缺点，科学对湿陷性黄土地基的处理方式进行选择。在对湿陷性黄土地基处理方法进行选择时，首先应深入机场场道工程的内部进行初步实际勘察，将来自各方面的影响因素综合考虑在内，如地基地质条件、土层厚度、地下水位、湿陷性黄土类型、建设面积、场地大小、工期、建设企业实力、投资费用、造价、机械设备及材料配置情况等，然后基于此进行分析研究，确定最符合实际情况的处理方式[5]。

5 结束语

湿陷性黄土是一种常见的土壤类型，其在与水接触后，极易出现不同程度的沉降，因此，在湿陷性黄土地区建设机场工程过程中，必须采取相应的处置措施对湿陷性黄土进行处理，使机场地基具备较强的稳定性。