高速公路路堤填土壓實中的RIC工法試驗研究

董金玉，楊繼紅，孫文懷，伍法權

(1.華北水利水電學院，鄭州 450011;2.中國科學院地質與地球物理研究所 工程地質力學重點實驗室，北京 100029)

隨著我國經濟建設的發展，國家投入大量資金發展高速公路，并對建設工程質量提出了更高的要求。早期修建的高速公路，尤其是山區公路，路基填方高、地質條件變化大，由于建設周期短，路基完成后僅留有很短的自然沉降期，雖經重型振動壓路機碾壓，尚不能有效地解決路基的沉降過大和差異沉降，其工后沉降要經歷較長時間的通車運行方漸趨于穩定，因此路基沉降時有發生，導致路面過早損壞，嚴重時影響道路正常運行［1-4］。RIC(Rapid Impact Compaction)工法是用履帶式反鏟挖掘機為基礎車，在其臂架上安裝1臺夯實機具，通過夯實機具高頻連續地夯擊地面以加固地基，當用于高速公路建設時，可以較好地解決填土的壓實問題［5］。本文就鄭少(河南鄭州—少林寺)高速公路路堤填土壓實施工中采用RIC工法的試驗進行總結分析。

1 RIC工法簡介

1.1 RIC工法主要設備

RIC工法的主要設備有夯實設備和監測系統。

夯實設備是以較大重量的液壓錘為基礎開發的高速移動性設備(如圖1)，具有高達40～60次/min的夯擊頻率。錘重為50～90 kN，最小行程為0.3 m，最大行程為1.2 m;一次錘擊所產生的能量最小為15 kN·m，最大為108 kN·m，可根據路堤的部位和填土厚度進行設置，處理深度在2 m和10 m之間。夯實的能量通過專用的錘體直接傳入作業地面，保證了能量的有效傳播，施工過程中沒有碎片飛濺。

RIC工法的監測系統(如圖2)，進行施工過程中的作業記錄，便于質量控制和數據采集。所有作業可實現自動控制，可通過設置總夯實能量的大小、末錘沉降量、總沉降量、夯擊遍數等參數，實現實時自動控制。

圖1 RIC工法夯實機

圖2 RIC工法監控設備

1.2 RIC工法主要特點

1)高性能。原理先進、性能可靠，影響深度2～10 m，有效壓實深度4.0 m左右，壓實度可提高到95%以上。可減小地基土及路堤填土的工后沉降，提高地基整體強度。

2)高效益。施工效率高，一次壓實松鋪填實厚度4 m，較傳統壓實機械大大縮短施工期限，降低綜合工程造價，有良好的經濟效益和社會效益。

3)自檢性。有自帶的監測系統，通過分析記錄的數據，可達到檢測處理效果的目的，節省質量檢測方面的費用。

2 RIC工法在路堤填土中的試驗研究

鄭州至少林寺高速公路全長53 km，起自鄭州市西南繞城高等級公路馬寨南1 km處，沿西南方向，經新密市，止于登封中岳廟3 km處，與豫03線相接。地勢西北高，東南低，地形起伏較大，丘谷相間，沖溝發育，高填方路堤段較多，分離式立交橋15座，通道25道，橋、通道較多，橋臺背填土路堤也多為高填方。在鄭少高速公路第Ⅱ標段斷裂構造不發育，大多被第四系覆蓋，呈隱伏狀態。路線以填方通過，構造對工程影響較小。通過鉆探取樣，土層從下往上為砂巖、黏土和黃土狀粉質黏土，地下水位埋深約16 m，天然地層密實度較好，能夠達到路堤荷載要求，不需要作進一步處理。

高速公路建設中，對路堤填土的壓實度要求較嚴，為準確測定RIC工法在路堤填土中的作用效果，以鄭少(鄭州至少林寺)高速公路第Ⅱ標段董溝大橋南頭為試驗點分兩種工況進行了試驗。第一種工況為已壓實路堤填土(壓路機壓實)的RIC工法壓實試驗，第二種工況為未經壓實的路堤填土(松散填土)RIC工法壓實試驗。以下分情況進行說明。

2.1 已壓實路堤填土的RIC工法壓實試驗

1)試驗區的選擇

首先選擇鄭少高速公路第Ⅱ標段董溝大橋南側，已壓實好的路段為試驗區。圖3為夯擊現場。

圖3 夯擊現場

2)RIC工法試驗程序

在壓路機已壓實好的路堤填土區(壓實度為92%)進行了試驗，以總沉降變形量為500 mm進行了試夯，在不到1 h的時間內夯實面積達60 m2多。夯實完成后，進行了開挖取樣試驗，采用環刀法進行壓實度試驗檢測［6］，試驗結果見表1。

表1 RIC工法壓實度試驗結果

3)結果分析

從試驗結果(表1)中看出，原經壓路機壓實后的壓實度為92%的區域，經 RIC工法夯實后壓實度＞95%，最大達98%，壓實度明顯提高。

2.2 未經壓實的路堤填土的RIC工法試驗

試驗區選擇在鄭少高速公路第Ⅱ標段董溝大橋南頭。試驗時，填土厚度設計為 1.0 m，1.5 m，2.0 m，3.0 m和4.0 m，試驗填土設計見圖4。

圖4 填土厚度設計示意(單位:m)

2.2.1 路堤填土高度為4 m

1)RIC工法試驗的實施與控制

填土高度為4 m試驗區，通過夯擊過程中末錘沉降量進行控制，以確定 RIC工法夯擊的有效影響深度。末錘沉降量的控制標準分別為:5 mm(B區、F區)，10 mm(A 區、G 區)，15 mm(C 區、E 區)，20 mm(Dn區、Ds區)。試驗點施工圖見圖5。

圖5 夯擊點布置平面(單位:m)

夯擊之前對填土做了擊實試驗，測得其最大干密度為1.94 g/cm3，最佳含水量為11.9%。

2)取樣試驗

填土夯實完成后，填土測其高為3 m，分別在0.2、1.0、1.8 m和2.6 m處環刀取樣，測夯實完成后的壓實度。

3)試驗結果整理與分析

試驗完成后，對不同夯擊區域、深度和水平位置的壓實度進行整理，得出其關系曲線如圖6所示。

圖6 壓實度隨深度的分布曲線(不同末錘沉降量)

通過施工現場觀察和對比分析圖6，可以得到如下規律:

①表層20 cm由于夯點之間的相互擠壓，土層較為松散，壓實度較小;在0.2～1.0 m深度范圍內隨著深度的增加壓實度逐漸增加;1.0 m以下隨著深度的增加，壓實度逐漸減少，在2.6 m深度范圍內壓實度全部滿足設計施工要求(Dr＞91%)。

②兩錘中心壓實度較小，經過補夯后壓實度明顯提高。

③末錘沉降量控制不一樣壓實度效果不同，最后一錘沉降量越小，壓實度越大。

2.2.2 路堤填土高度為 1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m

路堤填土厚為1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m時，用總沉降量控制夯實效果，經多種方案試驗后，得到當最終沉降量為250、400、500、800 mm時效果較好。進行人工開挖在其底部隨機做試驗測其壓實度，可得表2。

表2 壓實度檢測

表2為填土厚為1.0 m、1.5 m、2.0 m、3.0 m時的試驗結果，在以后的施工中對于填土厚度＜3 m的情況可作為參考。

3 結論

通過RIC工法夯擊試驗，在壓實填土方面得出如下結論:

1)RIC工法夯實路堤松散填土和已壓實填土后，壓實度可以達到95%以上，壓實效果好，且效率高。與其它壓實方法相比較，具有明顯的優勢，其它壓實設備很難達到此壓實效果。更重要的是可根據末錘沉降量、總沉降量等參數的設置實現不同壓實度要求的控制。

2)在已經壓實的路堤填土之上進行 RIC工法夯擊，一是可達到增加壓實度，二是將深層夾有軟弱層等缺陷的填方地段暴露出來，及時采取補救措施。

3)一般的振動壓路機填土厚度為25～30 cm，而使用RIC工法進行填土夯實時，一次性填土厚度可達到3.0 m，可大大縮短施工工期，保證工程質量，節約資金，并使高速公路提前竣工投入使用。

4)RIC工法夯實填土自身攜帶的監測系統可實時自動記錄夯實總能量、夯點總沉降量、末錘夯擊的沉降量、錘擊遍數等參數來評判與檢測填土地基的壓實度。

5)RIC工法是一種先進的、自動化程度高的、快速有效地夯擊已壓實路基填土、松散填土及橋臺背填土的方法，可以廣泛地在高速公路工程中推廣應用。

［1］陳斌.道路壓實的有效辦法［J］.南京市政，2003(1):22-24.

［2］蔡業青.山區高速公路高填方路堤壓實工藝探討［J］.廣東公路交通，2007(2):13-18.

［3］趙貴欣，潘欣虹.高路堤壓實工藝的研究［J］.黑龍江交通科技，2009(10):14.

［4］孫紅林，李丹.京滬高速鐵路路基工程主要技術標準研究［J］.鐵道建筑，2009(7):5-10.

［5］孫文懷，崔國喜，董金玉.高速公路橋臺背填土壓實的 RIC工法試驗研究［J］.巖土工程學報，2004，26(5):702-705.

［6］中華人民共和國建設部.GB50007—2002 土工試驗方法［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.