沖擊碾壓在阜朝高速公路上消除濕陷性黃土的應用研究

摘要:根據阜朝高速公路工程中采用強夯法處理濕陷性黃土地基的具體實踐，對沖擊碾壓處理前后的效果進行了對比分析，指出了沖擊碾壓法應用于高速公路的地基處理具有可靠性和適用性。

關鍵詞: 沖擊碾壓 濕陷性黃土

一、沖擊碾壓處理阜朝高速公路濕陷性黃土路基的試驗及觀測

沖擊碾壓法通常采用的設備按沖擊能的不同可劃分為25KJ和32KJ兩種，按沖擊碾壓設備分膠輪式和履帶式兩種。市場上比較常見的沖擊碾壓設備是沖擊能為25KJ的履帶式沖擊壓實機。

沖擊碾壓法一般用于機場工程的路基壓實與地基處理，2000年在河北宣大高速公路首次采用南非藍派公司生產的沖擊碾壓設備處理濕陷性黃土，后來又先后在山西長晉高速公路、陜西禹閻高速公路、青海馬平高速公路等多項工程中采用，均取得較好的處治效果與良好的經濟效益。

二、沖擊碾壓法處治濕陷性黃土的機理

如圖1所示，沖擊碾壓法處治濕陷性黃土是采用三邊或五邊形“輪子”來產生集中的沖擊能量達到壓實土石填料的目的。沖擊壓實機在重型工業拖車的牽引下以9～12km/h的速度向前碾壓，當其一角立于地面，向前碾壓時，另一側輪短半徑發重力加速度落至地面，產生巨大的沖擊波，導致土的孔隙比發生變化，使土體均勻密實，從而降低土的滲透性。沖擊碾每秒鐘沖擊地面兩次，相當于低頻大振幅沖擊壓實土體，產生強烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的傳播特性，其壓實深度隨碾壓遍數遞增。

三、沖擊碾壓法處治的施工的方案設計

沖擊碾壓最初根據市場的設備調研情況選用履帶式25KJ三邊形沖擊式壓路機進行，后來根據施工進場設備情況又增加膠輪式32KJ三邊形沖擊式壓路機進行試驗。

(1)設計

黃土路基填前碾壓采用25KJ三邊形沖擊式壓路機，以12km/h沖碾速度碾壓;按10、20、30、40、50、60遍進行沖擊碾壓;每10遍在直線段測點處測定不同遍數的下沉量、壓實度;測定方法用水準儀直接在車道上量測下沉量，得到不同碾壓遍數的平均下沉量。

(2)施工設備:25KJ三邊形沖擊式壓路機。

(3)施工工藝:

① 測量放樣，清理并平整施工場地;② 用白線劃出碾壓路線;③ 沖擊碾壓。④ 每10遍在直線段測點處測定不同遍數的下沉量、壓實度。

(4)試驗檢測:

1)施工前試驗檢測

① 在試樁區布設至少4個人工探井，深度大于預期加固深度2~3米，深度1.5米以上20cm、60cm，100cm、140cm取一原狀土樣，深度1.5米以下按每間隔0.5米取一原狀土樣，進行土的常規試驗和濕陷性試驗，求得土的含水量、干濕密度、孔隙比、塑液限及濕陷系數、自重濕陷系數和起始濕陷壓力。② 場地土的擊實試驗:求得土的最佳含水量，最大干密度③ 沖碾前測定地面(凍層)下20cm的天然干密度，按每20米路段長碾壓寬度左、中、右位置測試。主要采用核子密度儀，用灌砂法核對。

2)施工中試驗檢測

① 檢測和記錄每遍沖碾速度;② 每10遍在直線段測點處測定不同遍數的下沉量、壓實度。下沉量測定方法用水準儀直接在車道上量測下沉量，壓實度主要采用核子密度儀，用灌砂法核對。

3)施工后試驗檢測

① 測量地表高程。② 在試樁區布設至少4個人工探井，深度大于加固深度2~3米，深度1.5米以上20cm、60cm，100cm、140cm取一原狀土樣，深度1.5米以下按每間隔0.5米取一原狀土樣，進行土的常規試驗和濕陷性試驗，求得土的含水量、干濕密度、孔隙比、塑液限及濕陷系數、自重濕陷系數和起始濕陷壓力。

四、沖擊碾壓處治試驗與試驗效果分析

根據課題工作的場地安排，沖擊碾壓處治安排在K397+400～K397+600段和K497+670～K497+730段進行25KJ三邊形沖擊碾壓試驗。

1)場地的工程地質條件

根據區域工程地質調查和現場地質鉆探的結果，K397+400～K397+600段場地地貌為Q3大三家河二級階地，場地內地形平坦。主要地層表層10.8～12.5米為黃土狀亞粘土，其下4.2米為Q3卵礫石，再其下地層為磚紅色的白堊系粉砂巖。根據現場挖探取樣試驗結果，表層黃土狀亞粘土的物理力學性質見表1，沖擊試驗前后的動力觸探數據見表2。根據對該段試驗前取樣試驗的物理力學指標進行統計，該段濕陷系數δs=0.042，自重濕陷系數δzs=0.024，濕陷起始壓力Psh=93.0kPa，濕陷量△s=233.4mm，濕陷程度中等，濕陷等級Ⅱ級。根據試驗測定，該場地黃土狀亞粘土的最大干密度為1.89g/cm3，最佳含水量14%。2)沖擊碾壓的施工設備與施工工藝

施工采用設備為履帶式25KJ三邊形沖擊壓路機。

沖擊碾壓施工于2005年12月28日進行，具體施工工藝流程如下:① 挖掘機開挖表層凍土80cm，開挖長度140米，寬度20米。② 施工測量放樣，每20米作為一測量斷面，每斷面測量兩點，間距8米，分左、右兩點。③ 用白線劃出碾壓路線。④ 以12km/h沖碾速度碾壓。⑤ 分別在沖擊10遍、20遍、30遍、40遍、50遍、60遍后，測量施測點的壓實度及沉降量，壓實度采用灌砂法及核子密度儀檢測，沉降采用水準儀測量。見表1

3)沖擊碾壓的處治效果分析見表2

根據沖擊碾壓60遍以后地層的取樣試驗，地層各深度內黃土狀亞粘土的物理力學性質見表3，試驗過程中沖擊遍數與地層沉降量統計表見表4，沖擊遍數與地層壓實度統計見表5。

五、結論

① 通過對比表3和表5可以看出，采用履帶式25KJ三邊形沖擊壓路機以12km/h沖碾速度碾壓60遍，至少可以消除1.0米深度內地層的黃土濕陷性。

② 從表4可以看出，無論按單點數據或平均數值去分析沖擊碾壓的數據，隨沖擊遍數的增加，路基沉降量逐步減小的趨勢，沖擊40遍左右，地層沉降量開始有異常數據現象，具體來說，沉降量有負值或突然增大的現象。說明沖擊碾壓40遍以后，再增加沖擊碾壓遍數不增加處理深度。

③ 從表5可以看出，隨沖擊碾壓遍數的增加，濕陷性黃土路基的壓實度逐漸增加，至35～40遍左右達到最高值，再次沖擊路基壓實度降低，說明沖擊碾壓40遍的地基土的壓實效果最好。

④ 從表2可以看出，沖擊碾壓處治后，地層的連續動力觸探擊數增加，至地層埋深0.9米左右，試驗前后動力觸探擊數接近逐漸重合。

⑤從表3和表1中可以看出，沖擊碾壓處理對濕陷性黃土的主要物性指標都有變化，含水量處理后較處理前增大，含水量隨深度變化沒有規律;濕密度、干密度值處理后較處理前明顯提高;孔隙度、孔隙比試驗后較試驗前減小，處理前后孔隙度、孔隙比隨深度變化逐漸接近，至2.5米重合;壓縮系數處理后較處理前明顯降低，壓縮模量處理后較處理前明顯提高;濕陷系數處理后較處理前明顯降低，隨深度變化逐漸接近，至2.5米重合。綜合上述所有物性指標變化規律，可以判定本段試驗的影響深度為2.5米。

綜合以上數據，我們認為:K397+400～K397+600段的沖擊碾壓試驗，采用履帶式25KJ三邊形沖擊壓路機以12km/h沖碾速度碾壓，沖擊遍數為40遍時處理效果最好，處理的有效深度最大，路基壓實度最高，可以消除濕陷性黃土的濕陷性，路基下沉量為0.107～0.120米，沖擊碾壓的有效影響深度為0.90米。

參考文獻:

[1]謝定義.討論我國黃土力學研究中的若干新趨向.巖土工程學報，2001，23(1):1~13

[2]裴章勤，劉衛東，《濕陷性黃土地基處理》，中國建筑工業出版社，1992

[3]汪國烈，李新懷，大厚度濕陷性黃土的工程處置，西部開發中的巖土工程問題(巖土工程系列學術研討會之九論文集)，上海:同濟大學出版社，2005: 12~15.

[4]龔曉南，《地基處理手冊》(第二版)，中國建筑工業出版社，1999

[5]GB50025-2004，濕陷性黃土地區建筑規范，北京，中國建筑工業出版社，2004