軟土地基經沖擊壓實后的沉降分析

宋憲國

(內蒙古自治區呼倫貝爾市公路管理局，內蒙古呼倫貝爾 021008)

沖擊壓實技術是將當前振動壓路機的高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率，在壓實作用中增加了對土石方的沖擊、振動功能;影響深度深、壓實厚度大是沖擊壓實技術的重要特點之一。沖擊壓實機械最早出現在20世紀50年代，于1995年在我國機場的場道建設中得到應用，之后該項技術在我國內地的公路等工程建設中得到推廣。如沖擊壓實法被用于處理濕陷性黃土地基、含砂低液限粉土路基、粗粒土路基，還被用于路基補強以及在機場中用于處理淺層軟粘土地基等。然而在對沖擊壓實技術處治公路地基效果的評價方面，多是通過表層(約20cm～30cm)壓實度進行檢測、或者用動態彎沉儀檢測、或者用貫入儀等方法對地基處治效果進行檢測試驗[1-3]。其檢測深度較小，難以綜合評價沖擊壓實技術在深厚度范圍內對公路地基的影響，其檢測試驗結果用來進行設計和施工指導時會存在一定的盲目性。因此，為了綜合評價沖擊壓實技術對公路地基的處治效果，有必要對沖擊壓實后的公路地基的工期沉降進行觀測，通過分析其總沉降和工后沉降來表征沖擊壓實技術的處治效果，以指導公路地基處治設計和施工。

本文在總結沖擊壓實技術在改善軟弱地基條件及填土碾壓密實方面的機理、特點的基礎上將其應用于綏滿國道主干線內蒙古阿榮旗至博克圖高速公路的工程實踐，分析了公路地基總沉降和工后沉降，據此對沖擊壓實處治軟土地基的施工質量進行評價。

1 工程概況

綏滿國道主干線內蒙古阿榮旗至博克圖高速公路全線長161.36 km，屬中低山、丘陵漫崗地貌，地貌形成的方式主要是侵蝕構造地形和堆積地形，地質情況比較復雜。其中，K113+400～K113+600路段路基填土高度為2.0m～5.0m，表層為粉土，多為弱泥炭質土，稍濕，層底深度為0.8m～1.1m，中密狀態，水位0.7m ～1.5m，高壓縮性;下層為圓礫土，層底深度5m，中密，礫石粒徑大小不一，充填物多為砂類土，壓縮性大。該段工程地質狀況較差，因此需選取合適的處理方案對淺層地基進行處理，以提高地基的承載力，改善地基的不均勻性，減小地基變形。

針對地基存在的工程地質問題，結合沖擊壓實法在其他地區處理軟基的工程經驗，首先挖除軟基換填砂礫，軟土平均換填厚度為1.0m，再進行沖擊壓實。采用3YCT3型三邊形沖擊壓實機對換填砂礫分兩層碾壓，每層壓實厚度為50cm。沖擊壓實后，采用灌砂法分層檢測了地基壓實度，每個段落每個壓實層取12個點。壓實度檢測結果見表1。

JTG F80/1-2004公路工程質量檢驗評定標準[4]規定:高速公路處理地基位于路床頂面以下3m～5m處，壓實度設計值為93%。經處治以后，該路段兩層壓實度變異系數1.15%，均小于2.0%，表明地基壓實的整體均勻性較高，有助于減小路基差異沉降。

表1 沖擊壓實后換填砂礫層的壓實度 %

2 沉降觀測及分析

2.1 實測沉降

為了觀察沖擊壓實后地基的變形情況，在經沖擊壓實的砂礫層路中線位置埋設了沉降板，每填筑一層觀測一次沉降變形;填筑結束后，每15d觀測一次沉降變形。沉降觀測結果見表2。

表2 現場實測沉降值mm

2.2 泊松曲線預測沉降

根據工期沉降觀測結果，可以采用泊松曲線模型預測工后沉降量，泊松曲線預測模型如下式其中，y 為預測工后沉降，mm;t為工期，d;a，b，k均為模型的回歸參數。當t→+∞時，y→a，即為路基總沉降量。

以表2中沉降觀測結果為樣本，通過Origin8.0軟件進行回歸分析，得到模型參數見表3，預測沉降量變化規律見圖1。

預測總沉降量減去實測累計沉降量，即為剩余沉降量(見表4)。計算結果表明，軟基處理后，地基剩余沉降量占總沉降量的7.9%～11.6%。剩余沉降絕對值為2.8mm ～4.0mm，滿足《公路路基設計規范》中一般路段路基容許工后沉降值為100mm的要求。這表明以沖擊壓實為主的軟基處理方法處理后的地基，工后沉降小，具有較高的變形穩定性。

表3 預測模型的回歸參數

表4 預測地基總沉降與剩余沉降mm

3 分層總和法計算地基沉降

原地基為軟弱地基，直接填筑路基可能會引起地基過大的沉降，因而需要計算施以等量路基填筑荷載后原地基的沉降量，以分析地基穩定性，一般采用分層總和法計算地基土壓縮變形，如下式:

其中，S為土基的變形量;n為壓縮層厚度分層數;σz(i)為第i層土平均附加應力;hi為第i層土厚度;Esi為第i層土壓縮模量。

本文研究以沉降觀測的測點為計算點，采用分層總和法計算假設未對地基進行處理時原地基總沉降量，路基各結構層參數見圖2和表5，計算結果見表6。

表5 不同路段的路基填土高度 m

表6 地基處理前后總沉降量對比分析結果mm

結果表明，軟土地基經過以沖擊壓實為主的綜合處理措施處理后，地基沉降量減少約36%，即以沖擊壓實為主的地基處理方式有效減小了地基的沉降量。

4 結語

經沖擊壓實處理，軟土地基的壓實度滿足相應技術要求，能夠有效保證地基施工質量。為綜合評價處治效果，本文對沖擊壓實后的公路地基的工期沉降進行長期觀測，主要結論如下:

1)軟基處理后，地基剩余沉降量占總沉降量的7.9%～11.6%，剩余沉降絕對值為2.5mm～4.0mm，工后沉降小，具有較高的變形穩定性。2)采用分層總和法計算施以等量路基填筑荷載后原地基的沉降量，結果表明地基沉降量減少約36%，即以沖擊壓實處理方式有效減小了地基的沉降量。

[1]王吉利，劉怡林，沈興付.沖擊壓實法處理黃土地基的試驗研究[J].巖土力學，2005(5):755-758.

[2]徐 超，陳忠清.沖擊壓實法處理粉土地基試驗研究[J].巖土力學，2011，32(2):389-392.

[3]邢玉東.沖擊壓實法處理遼西濕陷性黃土路基的試驗研究[J].工程勘察，2008(3):17-20.

[4]JTG F80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].