Page 56 - 水利学报2021年第52卷第1期

湿陷性黄土地区海绵城市建设中存在路面透水性和黄土路基湿陷性之间的矛盾，是湿陷性黄土
地区海绵城市建设中的关键技术难题。现有的湿陷性黄土路基处理方法一般会阻断水分下渗，使雨
水资源得不到存储和利用，且工程量较大、工期长、资金投入多，尚缺乏一种简单易行、允许雨水
下渗的自重湿陷性黄土路基处理方法。
本文基于黄土湿陷只有在浸水和上覆压力共同作用才能产生，二者缺一不可的原理，以咸阳周
陵自重湿陷性黄土为对象，在作者团队前期研制的透水性与素土基本相当，密度在 0.9 ~ 1.2 g/cm 之
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间，接近水的密度，强度较天然黄土高的轻量土 ［10］ 的基础上，提出了利用轻量土减重换填消减黄土
路基湿陷量，特别是消减自重湿陷量的方法，并通过离心模型试验进行了验证。该方法不考虑道路
荷载，利用轻量土自重轻的特点，大大减小路基的自重应力从而可以在不阻断水分入渗的情况下减
小黄土湿陷量，且可使路基的透水性与天然黄土基本相当，具有“渗水、滞水、蓄水”的能力。在一
定条件下可以满足湿陷性黄土地区海绵城市建设的人行道与非机动车道透水道路建设的需要。

2 基于轻量土减重原理的湿陷性黄土路基处理方法

2.1 轻量土概况 轻量土是 1950 年到 1970 年之间日本、欧美等国家开发的一种新型填筑材料。一般
分为水泥发泡轻量土和素土加轻质材料混合轻量土。前者所用材料为水泥和发泡剂，形成的是含有
封闭空泡的水泥凝固体，重量轻，最轻可以达到 0.5 g/cm ，透水性较差。本文所用的轻量土属于后
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者，是以 EPS 颗粒为轻质材料，与素土、水、棉秆纤维、砂及水泥混合而成。前期研究得出各掺入
材料所占原料土的重量百分比范围为：棉秆纤维 0.4% ~ 0.8%、水泥 2% ~ 4%、砂 6% ~ 12%、EPS 颗
［10］
粒 1% ~ 1.5%及水 30% ~ 50% 。
（1）本次轻量土配合比。以陕西省咸阳市周陵镇的自重湿陷性黄土为原料土，采用正交试验设
计，以棉杆纤维、水泥、EPS 颗粒、砂的含量为影响因素，每个因素设置 5 个水平，进行了密度试
验、渗透试验和无侧限抗压强度试验，测定轻量土的密度、渗透系数和抗压强度。试验结果得到同
时满足轻质、承载力和透水性的最优配合比为：棉杆纤维 4 g/kg，水泥 25 g/kg，EPS 颗粒 12 g/kg，砂
120 g/kg，其余为土。最优配合比下无侧限抗压强度为 115 kPa 左右，渗透系数为 6.8×10 cm/s，密度
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为 1.114 g/cm 。
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（2）轻量土特性。室内试验测定了最优配比下轻量土的龄期、材料含量对工程特性的影响。结果
表明：（1）适当的养护条件下，轻量土的密度不受龄期的影响，受材料含量影响的主次顺序表现为
EPS 颗粒＞砂＞棉杆纤维＞水泥。（2）轻量土的抗压强度随着龄期的延长呈增大的趋势，受材料含量
影响的主次顺序表现为水泥＞EPS 颗粒＞砂＞棉杆纤维。（3）轻量土的渗透系数随着龄期的延长呈减
小的趋势，受材料含量影响的主次顺序表现为水泥＞砂＞EPS 颗粒＞棉杆纤维。（4）持水性随着养护
时间延长而减小，在养护初期迅速下降，龄期到 7 天后逐渐趋于稳定。
（3）轻量土工程造价。棉杆纤维取自农业废弃的棉秆，价格低廉且有利于节约资源和保护环境，
水泥、EPS 颗粒为普通材料，经测算，使用轻量土进行湿陷性黄土路基换填所产生的综合费用约为
127.15 元/m（按照陕西水利定额计算），较灰土稍高而大大低于灰土挤密桩，而灰土透水性极差，基
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本起到防渗的作用，不能满足海绵城市建设透水、保水的要求。
2.2 轻量土减重换填方法描述
（1）减重换填原理。《湿陷性黄土地区建筑规范》中，自重湿陷量计算公式如下所示：
n
Δ = β 0å δ h i （1）
zs
zsi
i = 1
式中： Δ 为自重湿陷量计算值，mm；δ 为第 i 层土的自重湿陷系数；h 为第 i 层土的厚度，mm；β 0
zsi
i
zs
为因地区土质而异的修正系数。
场地自重湿陷等级的判定依据为自重湿陷量Δ ，当Δ >70 mm时，场地为自重湿陷性，当Δ ≤70 mm
zs
zs
zs
时，场地为非自重湿陷性。其中自重湿陷系数δ 随着自重压力的减小而减小，因此Δ 也随自重压力
zsi
zs
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