沖擊碾壓在濕陷性黃土路基基底處理中的應(yīng)用

馮新生 李存良 賈 明

1 工程概況

省道臺運線運(城)稷(山)一級公路路基第三合同段，起訖樁號為:K47+500～K59+160，全長 11.66 km，沿線大多地段路基屬Ⅲ級自重及非自重濕陷性黃土，根據(jù)勘察設(shè)計部門提供的工程地質(zhì)勘察報告，濕陷性黃土厚0.6m～3.4 m，天然含水量ω=10.2%。由于地質(zhì)條件差，要保證工程質(zhì)量，經(jīng)與設(shè)計單位商榷，決定采用沖擊碾壓、強夯、換填相結(jié)合的方法進(jìn)行路基基底處理。其中采用沖擊碾壓處理面積為142 746 m2，要求原地面80 cm內(nèi)的土壓實度大于85%，消除淺層厚度地基土的濕陷性。

2 沖擊碾壓原理簡介及特點

沖擊碾壓是采用沖擊式壓實機(jī)(一種新型壓實設(shè)備)，沖擊式壓路機(jī)以三邊形輪沿地面對土石材料進(jìn)行靜壓、搓揉、周期性沖擊的連續(xù)作業(yè)，產(chǎn)生強烈的沖擊荷載，使土石顆粒之間發(fā)生位移、變形和剪切，對碾壓面具有動荷的作用，使土體深層得到壓實。沖擊碾壓技術(shù)的突出特點是影響深，有效壓實厚度可達(dá)1.4 m，速度快，10 km/h～12 km/h，壓實效果好。

3 施工參數(shù)的確定

3.1 沖擊碾壓試驗區(qū)

沖擊碾壓法處理濕陷性黃土路基基底，要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件和工程的使用要求，正確選用施工參數(shù)，才能達(dá)到有效而經(jīng)濟(jì)的目的。本次試驗段取里程為K52+160～K52+400，即長340 m、寬32 m的范圍為試驗區(qū)。

3.2 沖擊碾壓試驗

通常濕陷性黃土地基較多采取強夯法處理，本標(biāo)段路基的濕陷性黃土地基采用CYZ25KJ沖擊壓實機(jī)在地表面沖碾40遍。沖擊式壓路機(jī)為高振幅低頻率，對深層產(chǎn)生較強的沖擊能量，隨著土體密實度增加，其影響深度也逐漸增加。

試驗段共布設(shè)5個測試橫斷面(40 m一個測試斷面)，每斷面3個測點(左、中、右)，分10遍、20遍、30遍、40遍進(jìn)行測試。沖擊碾壓10遍、20遍、30遍、40遍后，采用水準(zhǔn)儀檢測沉降量法、灌砂法、輕型觸探儀、三軸固結(jié)儀等檢測手段對該段路基基底進(jìn)行檢測。檢測數(shù)據(jù)如下:

1)沉降量與沖擊遍數(shù)關(guān)系見圖1。

2)壓實度檢測。采用灌砂法測定地面以下20 cm，40 cm，60 cm，80 cm深度處的壓實度及相應(yīng)的曲線見圖 2。

3)承載力檢測。沖擊碾壓后，分別測定地面以下20 cm，40 cm，60 cm，80 cm深度處的承載力，相應(yīng)的曲線見圖3。

4)濕陷性檢測。a.沖擊碾壓40遍后，采用三軸固結(jié)儀測定地面以下干密度對應(yīng)處的濕陷系數(shù)，數(shù)據(jù)見表 1。b.沖擊碾壓40遍后，采用灌砂法測定地面以下20 cm，70 cm，90 cm，120 cm深度處的壓實度、干密度、含水量，數(shù)據(jù)見表2。

表1 三軸固結(jié)儀測定結(jié)果

表2 灌砂法測定結(jié)果

3.3 試驗結(jié)論

1)土體沖碾40遍后，土的沉降量基本穩(wěn)定;原地面80 cm內(nèi)的土壓實度不小于85%，滿足要求，壓實度變化基本穩(wěn)定;土基承載力變化趨于穩(wěn)定，濕陷系數(shù)由0.043 8降為0.002 2，消除了濕陷性。說明地表下土基已經(jīng)形成連續(xù)、均勻、密實的加固硬層，其技術(shù)指標(biāo)已完全符合黃土地基加固的質(zhì)量要求。2)確定施工參數(shù)為:機(jī)械型號CYZ25三邊形沖擊壓路機(jī);沖擊碾壓遍數(shù)為40遍;行駛速度為10 km/h～12 km/h。

4 沖擊碾壓的施工

4.1 施工工序

場地放樣→場地清理→場地周邊防護(hù)→碾壓前密實度、高程測量、記錄→灑水車灑水、平地機(jī)刮平、壓路機(jī)靜壓(場地長度不小于200 m)→沖擊碾壓5遍(時速大于12 km/h)→平地機(jī)刮平，灑水均勻，壓路機(jī)靜壓→沖擊碾壓5遍～8遍(時速大于12 km/h)→平地機(jī)刮平，壓路機(jī)靜壓→沖擊碾壓累計至40遍→平地機(jī)刮平、壓路機(jī)靜壓處理→20 cm，70 cm，90 cm，120 cm深度密實度檢測及高程測量→符合設(shè)計值進(jìn)入下道工序。

4.2 施工工藝

沖擊碾壓施工工藝框圖見圖4。

4.3 施工注意事項

1)該段路基屬填方地段，地勢平緩，沖擊碾壓施工前要做好清表工作。2)為防止振動及土體側(cè)向變形對構(gòu)筑物的擠壓破壞，沖擊壓實時沖壓機(jī)距涵洞邊緣保持2 m的凈距，與明涵臺保持5m的凈距，本路段兩側(cè)30 m內(nèi)均有民房數(shù)處，所以在施工段兩側(cè)開挖溝槽保護(hù)，槽深1 m，寬30 cm。3)沖擊碾壓若干遍后，地面呈波浪狀，嚴(yán)重時會產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，繼而影響車速和沖擊效果，應(yīng)及時進(jìn)行整平處理，根據(jù)土質(zhì)含水量和揚塵狀態(tài)適時灑水。4)碾壓20遍后，考慮到地面下有15 cm的擾動層，因此及時進(jìn)行整平、靜壓處理。

5 沖擊碾壓施工的幾點體會

1)施工中平地機(jī)、灑水車要配合到位，一次性處理長度要盡可能大，確保機(jī)車行駛速度，從而保證處理深度。2)碾壓施工完成后，要用光輪壓路機(jī)再次碾壓、精平，進(jìn)一步提高表層土的壓實度。3)沖擊碾壓，極大地提高工作效率，降低勞動強度，縮短工期，降低成本，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，沖擊壓實機(jī)速度快、沖擊力強、影響深度大、可適當(dāng)放寬對含水量的要求、成本低、工后沉降小。4)沖擊碾壓處理的效果是否理想，與沖擊碾壓的設(shè)備有很大關(guān)系。依本工程施工來看采用藍(lán)派(Lanpad)沖擊碾機(jī)(南非產(chǎn))效果較好。5)沖擊碾壓的效果與表層的(30 cm)平整度和含水量也有較大關(guān)系。平整度好，表層的含水量接近最佳含水量則效果顯著。6)在路基底面下2 m內(nèi)經(jīng)沖碾壓實影響，形成一定的密實加固硬層，其技術(shù)指標(biāo)已接近路基上路床指標(biāo)，完全符合黃土地基加固質(zhì)量要求。

6 結(jié)語

目前國內(nèi)沖擊壓路機(jī)施工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高等級公路土石高路堤的分層沖碾壓實，路堤、路床的檢驗性補壓，以及地基加固處理等工程效果較明顯的領(lǐng)域。此外，沖擊碾壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)境工程等方面也有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] JTG F80/1-2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JTG E40-2007，公路土工試驗規(guī)程[S].

[3] GBJ 25-90，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[4] JTJ 013-95，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[5] 王吉利.沖擊碾壓法處理黃土地基的試驗研究[J].巖土力學(xué)，2005，26(5):67-68.