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引 言
黄土在我国西北、华北地区分布广泛。黄土作为一种特殊土以及它所具有的独特的工程性质尤其是湿陷性对公路建设和公路运营所造成的影响和危害相当严重。自上世纪五、六十年代随着我国大规模建设事业的迅速发展，各部门（公路、铁路、建筑等）相继开展了对黄土湿陷性形成机理和相应整治对策的研究，并取得了丰硕的研究成果[1～7]。
作者在近些年主持和参与的甘肃境内若干公路勘察、设计过程中，亦遇到了大量的黄土路基问题，深感黄土湿陷性对公路建设的危害十分严重，并在了解、研究黄土湿陷性机理的基础上采取了相应的处理对策，取得了成功的经验。
本文根据作者近些年的工程实践，在对前人工程经验和研究成果进行系统分析、研究和综合分析后，提出了适合于公路建设的公路路基处理措施，以供类似条件下的公路路基设计借鉴。
1 湿陷性黄土的基本特征和性质
湿陷性是指黄土当浸水后在外荷载或土的自重作用下发生下沉的现象。前者（在外荷载作用下发生下沉）称为非自重湿陷；后者（在土的自重作用下发生下沉）称为自重湿陷。
湿陷性黄土因其所具有的基本性质从而导致了湿陷的产生。
湿陷性黄土的基本性质包括物理性质、力学性质、水理性质等。
1.1 黄土的物质构成
黄土的物质构成，包括颗粒组成、矿物成分、化学成分。
（1）黄土的颗粒组成：据统计，湿陷性黄土的颗粒组成以粉粒为主，但不同成因、不同分布部位的粉粒含量亦多有区别：分布于山丘表部的原生黄土中的粉土含量比分布于河谷阶地表部的次生黄土的粉土含量要低，通常黄土中粉土含量越大，湿陷性亦大，这就是为什么山地表部的原生黄土的湿陷性明显高于阶地表部的次生黄土的湿陷性的主要原因。
（2）黄土的矿物成分：黄土的矿物成分以石英、长石和伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物为主的十余钟矿物。
（3）黄土的化学成分：黄土的化学成分是很复杂的，最具意义的是水溶盐含量。水溶盐包括CaCO3、MgCO3、CaSO4、Na2SO4、Nacl、Kcl等。这些水溶盐成分在黄土中几乎均有存在，对黄土湿陷性具有一定控制作用。它们的含量不同对黄土的湿陷性具不同的影响。一般情况下，碳酸盐（CaCO3、MgCO3）含量越高，湿陷性较小；属易溶盐的氯化物（Nacl、Kcl）和硫酸盐（CaSO4、NaSO4）含量愈高，湿陷性就愈大。土的酸碱度pH值愈大，湿陷性愈强。
1.2 黄土的物理性质
根据作者的工程实践及所取得的实验资料，认为甘肃湿陷性黄土的几项主要物理性质指标一般为：
容重：13.8～18.1kPa（多数为14～16kPa）
干容重：12.4～15.2kPa（多数为12.5～13.3kPa）
天然含水量：7～23%（多数为12.0～20.0%）
孔隙比：0.78～1.50（多数为0.8～1.2）
液限：21.7～32.5%（多数为25～31%）
塑限指数：6.7～13.1（多数为8～12）
土的物理性质及指标随着其沉积环境和沉积条件显示出区域性和随深度的增加而出现的变化以及随时间而出现的变化（例如雨季和干旱季节），同时还会随着工程实施及竣工时间长短而发生变化。因此黄土物理力学性质的各项指标即使在同一地区、同一工程位置亦会出现差异和变化。
1.3 黄土的力学性质
黄土的力学性质包括压缩系数、压缩模量、内摩擦角、凝聚力和无侧压抗压强度等。诚然，不同地区，不同时代，不同成因的黄土均具有各自固有的力学性质及其力学强度指标，但作者从诸多指标分析后认为黄土力学性质指标较少具有地区规律性，更何况还受到试验方法的影响，同一试样所取得的试验指标亦存在较大的差异。因此，至今尚未得出黄土湿陷性与黄土力学性质及其指标之间明确肯定的关系。
2 湿陷性黄土的湿陷机理
如同任何事物的变化均有其内部原因和外部条件一样，引起黄土产生湿陷必有其内部原因和外部条件。
引起黄土湿陷的内部原因，即产生黄土湿陷的决定性因素，包括黄土的特殊组成成分，某些影响显著的物理性质以及黄土的特殊结构等。
引起黄土湿陷的外部条件，是指除黄土本身的一些性质以外的能够造成和影响湿陷的一些因素，例如浸水、加压等。“水”和“压”是引起湿陷变形的两个最主要条件，没有“水”这个条件，就不可能有“湿”陷；同样，没有“压力”这个条件，也不可能有“陷”。
由于黄土是在干旱和半干旱地区形成的，这里气候干燥，降水稀少，蒸发量大，由于土层中水分不断减少、盐类析出、胶体凝固，产生加固粘聚力，在土层厚度不大的情况下，上覆土层的重量不足以克服下面土层的加固粘聚力，从而保持着较松散的状态，即土层处于次压密状态。一旦浸水，土中含水量急剧增大、盐类溶解，粘土颗粒的胶结作用减弱，使得加固凝聚力减弱或消失，从而产生湿陷。这就是湿陷性黄土产生湿陷的机理。
关于加固凝聚力的减弱或消失：湿陷性黄土作为一种粘性土，其土体强度主要受凝聚力控制。凝聚力分为原始凝聚力和加固凝聚力两类。前者主要是颗粒之间的分子引力所造成，土体越密，颗粒越接近，原始凝聚力越大，反之亦然。而加固凝聚力则由土颗粒周围的盐类结晶胶结作用引起的。由于湿陷性黄土的化学成分显示，黄土颗粒是由碳酸钙、石膏和其他水溶盐类胶结的，而不是由硅化物，铁化物胶结的，因此，在受到水的作用后，土的加固凝聚力就会降低甚至消失。
3 湿陷性黄土地区公路路基病害的主要表现
湿陷性黄土地区公路路基病害主要有：
（1）路堤下沉：路堤的工后下沉现象甚为普遍、严重，是黄土路堤，尤其是高路堤的主要病害类型。
从国内一些工程实例的工后沉降观测，对于路堤高度越过30m的高路堤，其工后沉降量一般均可达到十至二十余厘米的沉降量（见下表）： （2）黄土陷穴在湿陷性黄土分布区，黄土经水的冲蚀、溶蚀等作用后，在黄土体内形成暗沟、暗洞、暗穴等统称为黄土陷穴。在地形起伏多变、地表径流容易汇集的地段，在土质松散、垂直节理较多的新黄土中，陷穴最易形成。黄土陷穴一般可分为漏斗状、竖井状、串珠状陷穴及暗穴等。黄土陷穴是湿陷性黄土地区又一最为常见、危害严重的病害类型。单个陷穴的面积常可达数平方米-数十平方米甚至更大。陷穴的深度亦可达数米甚至更深。
（3）碟形湿陷坑在自重湿陷性黄土分布区，由于降雨或灌溉（在甘肃等干旱地区，灌溉的作用尤为突出）在路侧形成积水，使湿陷土发生湿陷，在地表形成平面上呈园形或椭圆形的碟形湿陷坑。其直径多在15～30m，甚至可达50～60m，中心沉陷深一般在数十厘米。这种湿陷坑在自重湿陷性黄土分布的黄土塬、梁地区以及高阶地上常可见到。在湿陷坑范围内的路基、路面、桥涵乃至挡墙等均可发生沉陷、变形、开裂等。
4 湿陷性黄土地区路基病害的治理
由于湿陷性黄土分布地区因湿陷引起的路基病害危害严重，严重影响公路的正常使用，故必须对各类病害进行有效整治。湿陷性黄土地区的路基病害整治应针对：①病害类型（不同类型的病害采取不同的整治对策和相应的工程措施）；②湿陷机理（物理原因或化学原因）予以考虑。
4.1 针对病害类型的整治原则和工程措施
4.1.1 路堤下沉的整治
（1）严格掌握路堤压实标准（必须要有土的击实试验资料作依据），确保压实质量；
（2）加强地表排水措施，防止地表水下渗；
（3）采取预浸水或重锤夯击的方法，消除或减少地基的湿陷性，提高地基承载力；
（4）考虑地基的压缩下沉，预留工后下沉量及加宽值。黄土高路堤的工后下沉量与填土高度有直接关系。作者认为，对于压实质量较好的高路堤，可按填土高度的1～2%估计。
4.1.2 黄土陷穴的整治
（1）对于明陷穴，应用回填夯实办法处理；
（2）对于埋藏浅的暗穴，应采用明挖回填夯实办法；
（3）对于埋藏较深的暗穴，应采用支撑开挖回填夯实；
（4）对于小而直的暗穴，可采用灌沙法；
（5）对于大而深的暗穴，可采用灌浆或灌沙法。
陷穴处理范围的确定，在黄土陷穴处理中至关重要。
关于处理宽度：处理宽度应考虑陷穴的发展，不能单从路基的应力范围着眼。对发展方向指向路基基地的陷穴应及早处理。一般讲，对路堤或路堑边坡上侧30～50m，下侧10～20m以内的陷穴均需处理。
关于处理深度：陷穴的处理深度与黄土的一般力学指标有关，一般在6～25m间。
4.1.3 碟形湿陷坑的整治
在一般路段，预防自重湿陷性黄土所产生的路基湿陷病害，主要措施是防止表水下渗（防止路侧积水，防止积水下渗）。为防路侧积水，在路基坡脚外20～30m范围内要仔细整平地表不使积水，对积水洼地和地表裂缝要进行填平、夯实。为防止雨水下渗，路侧排水沟均须进行防渗加固。
对重要路段，除作相应排水措施外，还应对路堤基底及坡脚外3-10米范围内的湿陷性黄土地基加以处理。包括：预浸水法消除湿陷性，强夯法消除湿陷性，灰土桩挤密法消除湿陷性和灰土基础加强湿陷性地基等办法。
4.2 针对湿陷机理的整治
4.2.1 改变湿陷性黄土物理性质的处理措施
上文提到的针对病害类型的工程措施均是为改变黄土物理性质的处理措施，这些措施对于改善土体结构，改善土的孔隙比和干密度，提高土的承载力等均有显著效果。
据中铁西北研究院[1]的研究成果，利用压密注浆法可使湿陷性黄土地基承载力提高50%左右，压缩系数降低78%，压缩模量提高223%，无侧压抗压强度提高25倍，对消除湿陷性起到了明显、有效的作用。
4.2.2 改变湿陷性黄土化学性质的处理措施
中铁西北研究院[1]裴章勤、尚继红等研究成功利用气体稳定法、NHC法达到改变湿陷性黄土的化学性质的效果。这些方法对改善湿陷性黄土的物理力学性质的效果是十分明显的。但由于施工工艺较复杂、造价高等原因目前仅应用于对既有重要建筑物的加固，难以在公路工程中普遍推广应用。
5 结 论
湿陷性黄土分布地区，黄土的湿陷性对公路路基造成的危害相当严重，威胁着公路的正常使用，针对不同的湿陷病害采用物理的和化学的处治办法在实践中证明是十分有效的。
参考文献
[1]黄土地区铁路工程研究与实践.中铁西北科学研究院，2005年3月.
[2]冯连昌，郑晏武.中国湿陷性黄土.中国铁道出版社，1982年.
[3]徐文忠.甘肃省几个地区黄土性质的初步分析.《水文地质工程地质》第三期地质出版社，1960年.
[4]铁道部第一设计院《铁路设计手册·路基》.人民铁道出版社，1962年.
[5]张宗祜.西北陇东地区黄土形成问题.中国科学院第四纪学术会议论文集，1957年.
[6]高国瑞.兰州黄土显微结构和湿陷机理的探讨.兰州大学学报，1979年第二期.
[7]周镜.黄土的某些工程性质.铁道科学研究院，1957年.
黄土在我国西北、华北地区分布广泛。黄土作为一种特殊土以及它所具有的独特的工程性质尤其是湿陷性对公路建设和公路运营所造成的影响和危害相当严重。自上世纪五、六十年代随着我国大规模建设事业的迅速发展，各部门（公路、铁路、建筑等）相继开展了对黄土湿陷性形成机理和相应整治对策的研究，并取得了丰硕的研究成果[1～7]。
作者在近些年主持和参与的甘肃境内若干公路勘察、设计过程中，亦遇到了大量的黄土路基问题，深感黄土湿陷性对公路建设的危害十分严重，并在了解、研究黄土湿陷性机理的基础上采取了相应的处理对策，取得了成功的经验。
本文根据作者近些年的工程实践，在对前人工程经验和研究成果进行系统分析、研究和综合分析后，提出了适合于公路建设的公路路基处理措施，以供类似条件下的公路路基设计借鉴。
1 湿陷性黄土的基本特征和性质
湿陷性是指黄土当浸水后在外荷载或土的自重作用下发生下沉的现象。前者（在外荷载作用下发生下沉）称为非自重湿陷；后者（在土的自重作用下发生下沉）称为自重湿陷。
湿陷性黄土因其所具有的基本性质从而导致了湿陷的产生。
湿陷性黄土的基本性质包括物理性质、力学性质、水理性质等。
1.1 黄土的物质构成
黄土的物质构成，包括颗粒组成、矿物成分、化学成分。
（1）黄土的颗粒组成：据统计，湿陷性黄土的颗粒组成以粉粒为主，但不同成因、不同分布部位的粉粒含量亦多有区别：分布于山丘表部的原生黄土中的粉土含量比分布于河谷阶地表部的次生黄土的粉土含量要低，通常黄土中粉土含量越大，湿陷性亦大，这就是为什么山地表部的原生黄土的湿陷性明显高于阶地表部的次生黄土的湿陷性的主要原因。
（2）黄土的矿物成分：黄土的矿物成分以石英、长石和伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物为主的十余钟矿物。
（3）黄土的化学成分：黄土的化学成分是很复杂的，最具意义的是水溶盐含量。水溶盐包括CaCO3、MgCO3、CaSO4、Na2SO4、Nacl、Kcl等。这些水溶盐成分在黄土中几乎均有存在，对黄土湿陷性具有一定控制作用。它们的含量不同对黄土的湿陷性具不同的影响。一般情况下，碳酸盐（CaCO3、MgCO3）含量越高，湿陷性较小；属易溶盐的氯化物（Nacl、Kcl）和硫酸盐（CaSO4、NaSO4）含量愈高，湿陷性就愈大。土的酸碱度pH值愈大，湿陷性愈强。
1.2 黄土的物理性质
根据作者的工程实践及所取得的实验资料，认为甘肃湿陷性黄土的几项主要物理性质指标一般为：
容重：13.8～18.1kPa（多数为14～16kPa）
干容重：12.4～15.2kPa（多数为12.5～13.3kPa）
天然含水量：7～23%（多数为12.0～20.0%）
孔隙比：0.78～1.50（多数为0.8～1.2）
液限：21.7～32.5%（多数为25～31%）
塑限指数：6.7～13.1（多数为8～12）
土的物理性质及指标随着其沉积环境和沉积条件显示出区域性和随深度的增加而出现的变化以及随时间而出现的变化（例如雨季和干旱季节），同时还会随着工程实施及竣工时间长短而发生变化。因此黄土物理力学性质的各项指标即使在同一地区、同一工程位置亦会出现差异和变化。
1.3 黄土的力学性质
黄土的力学性质包括压缩系数、压缩模量、内摩擦角、凝聚力和无侧压抗压强度等。诚然，不同地区，不同时代，不同成因的黄土均具有各自固有的力学性质及其力学强度指标，但作者从诸多指标分析后认为黄土力学性质指标较少具有地区规律性，更何况还受到试验方法的影响，同一试样所取得的试验指标亦存在较大的差异。因此，至今尚未得出黄土湿陷性与黄土力学性质及其指标之间明确肯定的关系。
2 湿陷性黄土的湿陷机理
如同任何事物的变化均有其内部原因和外部条件一样，引起黄土产生湿陷必有其内部原因和外部条件。
引起黄土湿陷的内部原因，即产生黄土湿陷的决定性因素，包括黄土的特殊组成成分，某些影响显著的物理性质以及黄土的特殊结构等。
引起黄土湿陷的外部条件，是指除黄土本身的一些性质以外的能够造成和影响湿陷的一些因素，例如浸水、加压等。“水”和“压”是引起湿陷变形的两个最主要条件，没有“水”这个条件，就不可能有“湿”陷；同样，没有“压力”这个条件，也不可能有“陷”。
由于黄土是在干旱和半干旱地区形成的，这里气候干燥，降水稀少，蒸发量大，由于土层中水分不断减少、盐类析出、胶体凝固，产生加固粘聚力，在土层厚度不大的情况下，上覆土层的重量不足以克服下面土层的加固粘聚力，从而保持着较松散的状态，即土层处于次压密状态。一旦浸水，土中含水量急剧增大、盐类溶解，粘土颗粒的胶结作用减弱，使得加固凝聚力减弱或消失，从而产生湿陷。这就是湿陷性黄土产生湿陷的机理。
关于加固凝聚力的减弱或消失：湿陷性黄土作为一种粘性土，其土体强度主要受凝聚力控制。凝聚力分为原始凝聚力和加固凝聚力两类。前者主要是颗粒之间的分子引力所造成，土体越密，颗粒越接近，原始凝聚力越大，反之亦然。而加固凝聚力则由土颗粒周围的盐类结晶胶结作用引起的。由于湿陷性黄土的化学成分显示，黄土颗粒是由碳酸钙、石膏和其他水溶盐类胶结的，而不是由硅化物，铁化物胶结的，因此，在受到水的作用后，土的加固凝聚力就会降低甚至消失。
3 湿陷性黄土地区公路路基病害的主要表现
湿陷性黄土地区公路路基病害主要有：
（1）路堤下沉：路堤的工后下沉现象甚为普遍、严重，是黄土路堤，尤其是高路堤的主要病害类型。
从国内一些工程实例的工后沉降观测，对于路堤高度越过30m的高路堤，其工后沉降量一般均可达到十至二十余厘米的沉降量（见下表）： （2）黄土陷穴在湿陷性黄土分布区，黄土经水的冲蚀、溶蚀等作用后，在黄土体内形成暗沟、暗洞、暗穴等统称为黄土陷穴。在地形起伏多变、地表径流容易汇集的地段，在土质松散、垂直节理较多的新黄土中，陷穴最易形成。黄土陷穴一般可分为漏斗状、竖井状、串珠状陷穴及暗穴等。黄土陷穴是湿陷性黄土地区又一最为常见、危害严重的病害类型。单个陷穴的面积常可达数平方米-数十平方米甚至更大。陷穴的深度亦可达数米甚至更深。
（3）碟形湿陷坑在自重湿陷性黄土分布区，由于降雨或灌溉（在甘肃等干旱地区，灌溉的作用尤为突出）在路侧形成积水，使湿陷土发生湿陷，在地表形成平面上呈园形或椭圆形的碟形湿陷坑。其直径多在15～30m，甚至可达50～60m，中心沉陷深一般在数十厘米。这种湿陷坑在自重湿陷性黄土分布的黄土塬、梁地区以及高阶地上常可见到。在湿陷坑范围内的路基、路面、桥涵乃至挡墙等均可发生沉陷、变形、开裂等。
4 湿陷性黄土地区路基病害的治理
由于湿陷性黄土分布地区因湿陷引起的路基病害危害严重，严重影响公路的正常使用，故必须对各类病害进行有效整治。湿陷性黄土地区的路基病害整治应针对：①病害类型（不同类型的病害采取不同的整治对策和相应的工程措施）；②湿陷机理（物理原因或化学原因）予以考虑。
4.1 针对病害类型的整治原则和工程措施
4.1.1 路堤下沉的整治
（1）严格掌握路堤压实标准（必须要有土的击实试验资料作依据），确保压实质量；
（2）加强地表排水措施，防止地表水下渗；
（3）采取预浸水或重锤夯击的方法，消除或减少地基的湿陷性，提高地基承载力；
（4）考虑地基的压缩下沉，预留工后下沉量及加宽值。黄土高路堤的工后下沉量与填土高度有直接关系。作者认为，对于压实质量较好的高路堤，可按填土高度的1～2%估计。
4.1.2 黄土陷穴的整治
（1）对于明陷穴，应用回填夯实办法处理；
（2）对于埋藏浅的暗穴，应采用明挖回填夯实办法；
（3）对于埋藏较深的暗穴，应采用支撑开挖回填夯实；
（4）对于小而直的暗穴，可采用灌沙法；
（5）对于大而深的暗穴，可采用灌浆或灌沙法。
陷穴处理范围的确定，在黄土陷穴处理中至关重要。
关于处理宽度：处理宽度应考虑陷穴的发展，不能单从路基的应力范围着眼。对发展方向指向路基基地的陷穴应及早处理。一般讲，对路堤或路堑边坡上侧30～50m，下侧10～20m以内的陷穴均需处理。
关于处理深度：陷穴的处理深度与黄土的一般力学指标有关，一般在6～25m间。
4.1.3 碟形湿陷坑的整治
在一般路段，预防自重湿陷性黄土所产生的路基湿陷病害，主要措施是防止表水下渗（防止路侧积水，防止积水下渗）。为防路侧积水，在路基坡脚外20～30m范围内要仔细整平地表不使积水，对积水洼地和地表裂缝要进行填平、夯实。为防止雨水下渗，路侧排水沟均须进行防渗加固。
对重要路段，除作相应排水措施外，还应对路堤基底及坡脚外3-10米范围内的湿陷性黄土地基加以处理。包括：预浸水法消除湿陷性，强夯法消除湿陷性，灰土桩挤密法消除湿陷性和灰土基础加强湿陷性地基等办法。
4.2 针对湿陷机理的整治
4.2.1 改变湿陷性黄土物理性质的处理措施
上文提到的针对病害类型的工程措施均是为改变黄土物理性质的处理措施，这些措施对于改善土体结构，改善土的孔隙比和干密度，提高土的承载力等均有显著效果。
据中铁西北研究院[1]的研究成果，利用压密注浆法可使湿陷性黄土地基承载力提高50%左右，压缩系数降低78%，压缩模量提高223%，无侧压抗压强度提高25倍，对消除湿陷性起到了明显、有效的作用。
4.2.2 改变湿陷性黄土化学性质的处理措施
中铁西北研究院[1]裴章勤、尚继红等研究成功利用气体稳定法、NHC法达到改变湿陷性黄土的化学性质的效果。这些方法对改善湿陷性黄土的物理力学性质的效果是十分明显的。但由于施工工艺较复杂、造价高等原因目前仅应用于对既有重要建筑物的加固，难以在公路工程中普遍推广应用。
5 结 论
湿陷性黄土分布地区，黄土的湿陷性对公路路基造成的危害相当严重，威胁着公路的正常使用，针对不同的湿陷病害采用物理的和化学的处治办法在实践中证明是十分有效的。
参考文献
[1]黄土地区铁路工程研究与实践.中铁西北科学研究院，2005年3月.
[2]冯连昌，郑晏武.中国湿陷性黄土.中国铁道出版社，1982年.
[3]徐文忠.甘肃省几个地区黄土性质的初步分析.《水文地质工程地质》第三期地质出版社，1960年.
[4]铁道部第一设计院《铁路设计手册·路基》.人民铁道出版社，1962年.
[5]张宗祜.西北陇东地区黄土形成问题.中国科学院第四纪学术会议论文集，1957年.
[6]高国瑞.兰州黄土显微结构和湿陷机理的探讨.兰州大学学报，1979年第二期.
[7]周镜.黄土的某些工程性质.铁道科学研究院，1957年.