軟土地基經(jīng)沖擊壓實(shí)后的沉降分析

宋憲國(guó)

(內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市公路管理局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008)

沖擊壓實(shí)技術(shù)是將當(dāng)前振動(dòng)壓路機(jī)的高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率，在壓實(shí)作用中增加了對(duì)土石方的沖擊、振動(dòng)功能;影響深度深、壓實(shí)厚度大是沖擊壓實(shí)技術(shù)的重要特點(diǎn)之一。沖擊壓實(shí)機(jī)械最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，于1995年在我國(guó)機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)道建設(shè)中得到應(yīng)用，之后該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)內(nèi)地的公路等工程建設(shè)中得到推廣。如沖擊壓實(shí)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(bǔ)強(qiáng)以及在機(jī)場(chǎng)中用于處理淺層軟粘土地基等。然而在對(duì)沖擊壓實(shí)技術(shù)處治公路地基效果的評(píng)價(jià)方面，多是通過(guò)表層(約20cm～30cm)壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)、或者用動(dòng)態(tài)彎沉儀檢測(cè)、或者用貫入儀等方法對(duì)地基處治效果進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)[1-3]。其檢測(cè)深度較小，難以綜合評(píng)價(jià)沖擊壓實(shí)技術(shù)在深厚度范圍內(nèi)對(duì)公路地基的影響，其檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果用來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工指導(dǎo)時(shí)會(huì)存在一定的盲目性。因此，為了綜合評(píng)價(jià)沖擊壓實(shí)技術(shù)對(duì)公路地基的處治效果，有必要對(duì)沖擊壓實(shí)后的公路地基的工期沉降進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)分析其總沉降和工后沉降來(lái)表征沖擊壓實(shí)技術(shù)的處治效果，以指導(dǎo)公路地基處治設(shè)計(jì)和施工。

本文在總結(jié)沖擊壓實(shí)技術(shù)在改善軟弱地基條件及填土碾壓密實(shí)方面的機(jī)理、特點(diǎn)的基礎(chǔ)上將其應(yīng)用于綏滿國(guó)道主干線內(nèi)蒙古阿榮旗至博克圖高速公路的工程實(shí)踐，分析了公路地基總沉降和工后沉降，據(jù)此對(duì)沖擊壓實(shí)處治軟土地基的施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

綏滿國(guó)道主干線內(nèi)蒙古阿榮旗至博克圖高速公路全線長(zhǎng)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(gòu)造地形和堆積地形，地質(zhì)情況比較復(fù)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(zhì)土，稍濕，層底深度為0.8m～1.1m，中密狀態(tài)，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(zhì)狀況較差，因此需選取合適的處理方案對(duì)淺層地基進(jìn)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(duì)地基存在的工程地質(zhì)問(wèn)題，結(jié)合沖擊壓實(shí)法在其他地區(qū)處理軟基的工程經(jīng)驗(yàn)，首先挖除軟基換填砂礫，軟土平均換填厚度為1.0m，再進(jìn)行沖擊壓實(shí)。采用3YCT3型三邊形沖擊壓實(shí)機(jī)對(duì)換填砂礫分兩層碾壓，每層壓實(shí)厚度為50cm。沖擊壓實(shí)后，采用灌砂法分層檢測(cè)了地基壓實(shí)度，每個(gè)段落每個(gè)壓實(shí)層取12個(gè)點(diǎn)。壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

JTG F80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[4]規(guī)定:高速公路處理地基位于路床頂面以下3m～5m處，壓實(shí)度設(shè)計(jì)值為93%。經(jīng)處治以后，該路段兩層壓實(shí)度變異系數(shù)1.15%，均小于2.0%，表明地基壓實(shí)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(shí)后換填砂礫層的壓實(shí)度 %

2 沉降觀測(cè)及分析

2.1 實(shí)測(cè)沉降

為了觀察沖擊壓實(shí)后地基的變形情況，在經(jīng)沖擊壓實(shí)的砂礫層路中線位置埋設(shè)了沉降板，每填筑一層觀測(cè)一次沉降變形;填筑結(jié)束后，每15d觀測(cè)一次沉降變形。沉降觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沉降值mm

2.2 泊松曲線預(yù)測(cè)沉降

根據(jù)工期沉降觀測(cè)結(jié)果，可以采用泊松曲線模型預(yù)測(cè)工后沉降量，泊松曲線預(yù)測(cè)模型如下式其中，y 為預(yù)測(cè)工后沉降，mm;t為工期，d;a，b，k均為模型的回歸參數(shù)。當(dāng)t→+∞時(shí)，y→a，即為路基總沉降量。

以表2中沉降觀測(cè)結(jié)果為樣本，通過(guò)Origin8.0軟件進(jìn)行回歸分析，得到模型參數(shù)見(jiàn)表3，預(yù)測(cè)沉降量變化規(guī)律見(jiàn)圖1。

預(yù)測(cè)總沉降量減去實(shí)測(cè)累計(jì)沉降量，即為剩余沉降量(見(jiàn)表4)。計(jì)算結(jié)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(duì)值為2.8mm ～4.0mm，滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)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(shí)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(wěn)定性。

表3 預(yù)測(cè)模型的回歸參數(shù)

表4 預(yù)測(cè)地基總沉降與剩余沉降mm

3 分層總和法計(jì)算地基沉降

原地基為軟弱地基，直接填筑路基可能會(huì)引起地基過(guò)大的沉降，因而需要計(jì)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(wěn)定性，一般采用分層總和法計(jì)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(shù);σz(i)為第i層土平均附加應(yīng)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(cè)的測(cè)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，采用分層總和法計(jì)算假設(shè)未對(duì)地基進(jìn)行處理時(shí)原地基總沉降量，路基各結(jié)構(gòu)層參數(shù)見(jiàn)圖2和表5，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(duì)比分析結(jié)果mm

結(jié)果表明，軟土地基經(jīng)過(guò)以沖擊壓實(shí)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(shí)為主的地基處理方式有效減小了地基的沉降量。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)沖擊壓實(shí)處理，軟土地基的壓實(shí)度滿足相應(yīng)技術(shù)要求，能夠有效保證地基施工質(zhì)量。為綜合評(píng)價(jià)處治效果，本文對(duì)沖擊壓實(shí)后的公路地基的工期沉降進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，主要結(jié)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(duì)值為2.5mm～4.0mm，工后沉降小，具有較高的變形穩(wěn)定性。2)采用分層總和法計(jì)算施以等量路基填筑荷載后原地基的沉降量，結(jié)果表明地基沉降量減少約36%，即以沖擊壓實(shí)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(shí)法處理黃土地基的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2005(5):755-758.

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

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

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