沖擊碾壓和強夯法在濕陷性黃土路基中的應用

周廣利

1 概述

隨著交通基礎設施的大力建設，以前很少遇見的濕陷性黃土特殊路基現在也多了起來，為了更好地了解和知道濕陷性黃土路基的處理方法，本文通過對濕陷性黃土的特性、沖擊碾壓和強夯法的介紹，以使大家對濕陷性黃土路基的處理方法設計要點有所了解。

2 濕陷性黃土

1)濕陷性黃土的工程特性。濕陷性黃土顆粒中粉粒達55%以上，粘粒大部分被膠結成集粒或在砂粒及粗粉粒的表面。由于排列比較疏松、接觸連接點較少，構成一定數量的架空孔隙，并且接觸連接處沒有或只有少量固結物質，從而使其具有特殊的工程特性——濕陷。

由于濕陷性黃土具有大孔隙及垂直節理等特殊構造，故其垂直方向的滲透性較水平方向大，土體經壓實后大孔構造被破壞，其透水性也大大降低。此外，粘粒的含量會影響濕陷性黃土的滲透性，而對地基工程產生一定的影響。

2)濕陷性黃土的濕陷等級。應根據濕陷量的計算值和自重濕陷量的計算值等因素確定。濕陷性黃土地基的濕陷等級見表1。

表1 濕陷性黃土地基的濕陷等級 mm

濕陷性黃土路基的變形有壓縮變形和濕陷變形兩種。壓縮變形由公路路基及其構造物的荷載引起，隨時間增長而逐漸衰減，并很快趨于穩定。濕陷變形則是地基被水浸后所引起的一種附加變形，往往具有局部性和突發性，而且濕陷變形很不均勻，對公路路基及其構造物的危害較大。

3 沖擊碾壓和強夯法在濕陷性黃土處理中的適用性

1)沖擊碾壓。沖擊碾壓工藝就是采用多邊形沖擊式壓路機在沖擊荷載作用下，對地基進行壓實加固的工藝[3]。沖擊碾壓的突出特點是其沖擊碾壓處理速度快，沖擊壓實機行駛速度為12 km/h～15 km/h，壓實效果好。有效壓實深度為1.5 m，其影響深度可達4.0 m。對于濕陷性等級為Ⅰ級～Ⅱ級非自重濕陷性黃土和Ⅰ級自重濕陷性黃土，可采用沖擊碾壓處理。2)強夯法。強夯法:又稱動力固結法，是用起重機械將8 t～40 t夯錘起吊到6 m～25 m高度后，自由落下，給地基以強大的沖擊能量的夯擊，使土中出現沖擊波和沖擊應力，迫使土體孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點周圍產生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和氣體逸出，使土粒重新排列，經時效壓密達到固結，從而提高地基承載力，降低其壓縮性的一種有效地基加固方法[4]。強夯法的有效加固深度應根據現場試夯或當地經驗確定。一般情況下，對濕陷性等級為Ⅱ級以上自重濕陷性黃土，可采用強夯法進行處理。

4 沖擊碾壓和強夯法在處理濕陷性黃土中的設計要點

4.1 沖擊碾壓

1)根據擬建項目的工程地質勘察資料和水文資料，對濕陷性黃土進行濕陷等級劃分和影響深度劃分，從而確定沖擊碾壓的適宜性和設計處理或影響深度。沖擊碾壓有效壓實深度為1.5 m，影響深度可達4.0 m。2)機具的選取:沖擊壓實機械一般采用25 kJ沖擊式壓實機，其速度必須控制在10 km/h～15 km/h之間。3)沖擊碾壓范圍:根據地勘和路線走向確定要處理的濕陷性路基路段。4)沖擊碾壓夯坑和沖擊遍數:沖擊夯坑均按梅花形散布，縱橫向輪跡交錯，橫向輪跡重疊20 cm。沖擊遍數根據處理深度和強度確定，一般為10遍～20遍，具體遍數通過試驗段來確定。

4.2 強夯法

1)根據項目的工程地質勘察資料和水文資料，對濕陷性黃土進行濕陷等級劃分和影響深度劃分，從而確定強夯法的適宜性和設計夯實厚度。2)強夯能級就是滿足強夯處理厚度，其值的選取主要與強夯地基處理厚度或強夯有效加固深度有關。強夯能級的選取可以參考《強夯法處理濕陷性黃土地基規程》中根據工程經驗給出的夯實厚度與強夯能級的關系。3)夯擊點位置可根據基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三邊形或正方形布置。4)單點夯擊次數一般根據以下確定:夯點的夯擊數(最佳夯擊能)應根據現場的試夯確定，一般情況應滿足的條件是:最后兩擊或三擊的平均夯沉量不大于50 mm～100 mm。5)強夯遍數根據地基土類別而定，對于細粒土強夯遍數要求多些，濕陷性黃土主要由粉質黏土和粉土組成，具有大孔隙，排氣性好，易壓縮的特點，強夯遍數可選2遍～4遍，土含水量大時宜多遍強夯。

5 沖擊碾壓和強夯法處理濕陷性黃土的施工工藝

1)沖擊碾壓。準備工作:包括沖擊壓實機械及試驗檢測設備到場與調試、勞動力和材料保證、管理組織分工等，并事前標出進行沖擊壓實的范圍，通過試驗路段檢測數據制定具體的壓實方法和控制標準，確保在規定范圍內能夠有效壓實，不造成漏壓和過壓現象。

施工工藝流程:準備工作→確定沖擊段落→沖擊碾壓→中間檢查→繼續沖擊碾壓并觀測→整平整形→振動碾壓密實→檢查驗收。

2)強夯法。施工工藝流程見圖1。

6 施工質量控制

6.1 沖擊碾壓

沖擊壓實地段，應在施工前和施工后對高程、壓實度各檢測一遍，用前后數據進行對比判斷沖擊壓實的質量，并及時調整壓實遍數。

檢測頻率:壓實度，每 100 m布設一個檢測點;高程，每 20 m測一橫斷面，每斷面按左、中、右測3個點。動力觸探等檢驗按相關檢測規范進行。

檢測范圍:壓實度，對地表以下2.0 m范圍內每50 cm一層，分層檢測。

判斷標準:加固范圍內的壓實度必須滿足一般路基及高填土路堤的壓實標準。

碾壓遍數及碾壓速度必須符合設計及規范要求。碾壓時含水量必須控制在最佳含水量±3%以內;沖擊完成后經整平壓實后表面必須平整密實、無輪跡、無松散、邊線圓滑直順;施工原始記錄及檢測資料齊全。

6.2 強夯法

1)采用強夯法時，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%或液限含水量的0.6倍;當土的天然含水量低于10%時，應對其增濕至接近最佳含水量;當土的天然含水量大于塑限含水量3%以上時，應晾干降低其含水量。2)消除黃土層濕陷性的有效深度，應根據試夯結果確定在設計要求消除濕陷性的深度內，土的濕陷系數s均應小于 0.01。3)嚴格按要求進行逐點夯擊，每擊1次，觀測1次高程并記錄，用同樣方法完成1個夯點的夯擊，并觀測此夯點的總沉降量和高程并記錄。若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應及時將坑底整平。強夯施工中主要是檢查夯錘落距、夯擊次數和夯沉量以及強夯施工記錄等。強夯施工結束后，強夯路基質量檢驗主要是在已夯實的場地內挖探井取土樣進行室內試驗，檢測土的干密度、壓縮系數、濕限系數等指標。

7 結語

沖擊碾壓和強夯法的施工工藝、質量判定方法已比較成熟地在高速公路特殊路基及路塹地基，路堤頂面的深層次處理上廣泛應用，對難以滿足設計要求的壓實度提高非常明顯，效果較為理想，是濕陷性黃土地基處治的有效方法，前景十分廣泛，值得推廣應用。

[1] 陜西省計劃委員會.濕陷性黃土地區建筑規范[M].北京:中國建筑工業出版社，2004.

[2] 《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社，2000.

[3] 鄭俊杰.地基處理技術[M].武漢:華中科技大學出版社，2004.

[4] 吳宏海，姜 龍.鐵朝高速公路朝陽段黃土濕陷敏感性分析[J].山西建筑 ，2008 ，34(1):159-160.

[5] 朱小衛.強夯法處理濕陷性黃土的探討[J].河北勘察，1998(2):38-40.