沖擊碾壓法在汾陽(yáng)

范厚良

【摘要】為了獲得沖擊碾壓處理濕陷性黃土路基技術(shù)參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行了沖擊碾壓試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)前后動(dòng)力觸探試驗(yàn)以及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用25KJ沖擊式壓路機(jī)沖擊60遍后，深度2.5m內(nèi)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了較大的改變，1.0m內(nèi)的濕陷性得到了消除，干密度和動(dòng)力觸探擊數(shù)可以作為沖擊碾壓法處治效果檢驗(yàn)的有效指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】黃土；沖擊碾壓法；濕陷性；路基處理お

Of impact rolling Law highway in Fenyang — PingyaoExperimental Study of collapsible loess roadbed

Fan Hou—liang

（Shanxi Third Geological Engineering Investigation InstituteYuciShanxi030620）

【Abstract】In order to obtain the impact rolling processing collapsible loess roadbed technical parameters of the test sections of impact compaction test. Dynamic penetration test before and after the test， as well as indicators of soil physical and mechanical properties of contrast， found 25KJ Impact Roller impact 60 times after the physical and mechanical properties of loess depth of 2.5m larger changes collapsible 1.0m within sex has been eliminated， dry density and dynamic penetrometer blow count can be used as a valid indicator of the impact rolling in Treatment effects test.

【Key words】The loess；Impact rolling Law；Collapsible；Roadbed treatmentお

1. 緒論

（1）隨著山西省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路的數(shù)量愈來(lái)愈多。汾陽(yáng)至邢臺(tái)高速公路汾陽(yáng)～平遙段，起點(diǎn)位于汾陽(yáng)市義豐北村西，終點(diǎn)位于平遙縣侯冀村村南。線路自西向東途經(jīng)山西省汾陽(yáng)市、介休市、平遙縣、孝義市。該段公路全長(zhǎng)41.7Km，近20%位于黃土狀粉質(zhì)粘土（后稱黃土）地區(qū)。該黃土厚度一般在3～8m，局部可達(dá)20m，分布于山前傾斜平原區(qū)中上部。該地區(qū)黃土垂直裂隙和大孔隙發(fā)育，且含有水平條帶狀碎石或礫石。據(jù)已有的勘察資料得到的黃土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)可知：該路段黃土的濕陷系數(shù)在0.010～0.108之間，濕陷性變化較大，自重濕陷系數(shù)平均為0.005。該路段黃土多具有Ⅰ—Ⅱ級(jí)非自重濕陷性，局部具自重濕陷性。顯然，黃土濕陷性的存在，對(duì)路基工程具有嚴(yán)重的影響。

表1AK7+300m～Ak7+500m段黃土的物理力學(xué)性質(zhì)

指標(biāo) 含水率W （%） 濕密度う眩╣/cm3） 濕密度

Ρ璬（g/cm3） 孔隙度n 飽和度Sr

（%） 孔隙比E 壓縮系數(shù)a﹙1—2

（MPa—1） 壓縮系數(shù)E㏒1—2

（MPa） 濕陷系數(shù)う膕 自重濕陷は凳δ 濕陷起始ぱ沽Ζ

最小值 13.3 1.54 1.29 47.0 38.5 0.894 0.203 5.7 0.010 0.006 55.1

最大值 23.3 1.65 1.43 52.1 57.2 1.092 0.436 10.4 0.100 0.047 138.7

平均值 17.8 1.59 1.35 49.9 47.8 1.002 0.310 8.0 0.042 0.024 93.0

表2場(chǎng)地濕陷量及自重濕陷量的計(jì)算表

土層埋深Z（m） 厚度

H（m） 濕陷系數(shù)う膕 自重濕陷は凳δzs 濕陷量うs（mm） 自重濕陷量うzs（mm） 土層埋深Z（m） 厚度

H（m） 濕陷系數(shù)う膕 自重濕陷は凳δzs 濕陷量うs（mm） 自重

濕陷量

Δzs（mm）

0.511.522.533.544.555.56ぷ薌0.50. 50.50.50.50.50.50.50.50..50.50.5お0.10.0690.0530.0460.0510.0650.0530.0530.0460.0430.0340.03お0.0060.0120.0120.0110.0140.0250.016

0.0230.0180.0360.0210.018おおおお3.45038.2548.7539.7539.7534.5032.2525.5024.75おおおおおお6.254.005.754.509.00

5.254.50お6.577.588.599.51010.51111..5おおお0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5おおお0.0490.038

0.0470.0250.0310.0360.0250.0310.0140.010.011お.おお033

0.027

0.04

0.03

0.032

0.042

0.028

0.047

0.014おお36.75

19.00

23.50

12.50

15.50

18.00

12.50

15.50おおおお471.258.25

6.75

10.00

7.50

8.00

10.50

7.00

11.75おおおお109.00

（2）沖擊碾壓法是濕陷性黃土地基的一種有效的處理方法，在我國(guó)黃土主要分布地區(qū)已廣泛使用，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[1～4]。其原理是采用三邊或五邊形“輪子”來(lái)產(chǎn)生集中的沖擊能量達(dá)到壓實(shí)土石填料的目的。沖擊壓實(shí)機(jī)在重型工業(yè)拖車的牽引下以9～12Km/h的速度向前碾壓，當(dāng)其一角立于地面，向前碾壓時(shí)，另一側(cè)輪短半徑產(chǎn)生重力加速度落至地面，產(chǎn)生巨大的沖擊波，導(dǎo)致土的孔隙比發(fā)生變化，使土體均勻密實(shí)，從而降低土的滲透性。沖擊碾壓每秒種沖擊地面兩次，相當(dāng)于低頻大振幅沖擊壓實(shí)土體，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的傳播特性[5，6]，其壓實(shí)深度隨碾壓遍數(shù)遞增。

（3）為了獲取在該地區(qū)利用該方法處理濕陷性黃土的經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，選擇了AK7+300～AK7+500m段濕陷性黃土路基進(jìn)行了沖擊碾壓法的地基處理試驗(yàn)研究。

2. 試驗(yàn)段場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)鉆探的結(jié)果，AK7+300～AK7+500m段場(chǎng)地地貌為傾斜平原區(qū)，場(chǎng)地內(nèi)地形平坦。自地表向下，第一層為Q3粉土，厚度10.8～12.5m，第二層為Q3礫石、粉細(xì)砂，厚度4.2～4.8m，第三層為Q2黃、黃褐色粉質(zhì)粘土、粘土，與灰褐、灰色粘土互層，厚度55～168 m，未揭穿（圖1）。表1為深度1～12m的黃土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。可見(jiàn)，該段黃土孔隙比較大，為中等壓縮性土。該段黃土的平均濕陷系數(shù)δ璼=0.042，為中等濕陷性[7]，平均自重濕陷系數(shù)δ﹝s=0.024，濕陷起始?jí)毫﹕h=93.0KPa.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探坑取樣試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)文獻(xiàn)[9]，濕陷量計(jì)算時(shí)從地表下1.5m起算，土層深1.5～6.5m，修正系數(shù)β=1.5；6.5～10m，β=1.0。在計(jì)算自重濕陷量時(shí)，β0=0.5。計(jì)算場(chǎng)地的濕陷量列于表2，由表2可見(jiàn)，地基濕陷量Δ璼=471.25mm，自重濕陷量Δ㈱S=109.00mm，地基屬于Ⅱ級(jí)濕陷等級(jí)。

3. 沖擊碾壓施工方案

試驗(yàn)場(chǎng)地長(zhǎng)140m，寬28m。每20m作為一測(cè)量斷面，每斷面布設(shè)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，間距8m，分左、右兩點(diǎn)。對(duì)試驗(yàn)路段采用履帶式25KJ三邊形沖擊式壓路機(jī)碾壓，以12Km/h沖碾速度按10遍、20遍、30遍、40遍、50遍、60遍進(jìn)行沖擊碾壓；每10遍用水準(zhǔn)儀測(cè)定不同沖擊碾壓遍數(shù)的地基下沉量及壓實(shí)度。

為了研究處理后的效果，進(jìn)行了以下的工作：

圖1試驗(yàn)場(chǎng)地工程地質(zhì)剖面示意圖

圖2黃土路基沖擊碾壓遍數(shù)與沉降量之間的變化曲線

3.1施工前試驗(yàn)檢測(cè)：（1）在試驗(yàn)區(qū)布設(shè)至少4個(gè)探井，深度大于預(yù)期加固深度2～3m，深度1.5m以上分別在20cm、60cm、100cm、140cm處取一原狀土樣，深度1.5m以下按每間隔0.5m取一原狀土樣，進(jìn)行土的常規(guī)試驗(yàn)和濕陷性試驗(yàn)；（2）進(jìn)行場(chǎng)地土的擊實(shí)試驗(yàn)，求得土的最佳含水率和最大干密度；（3）采用核子密度儀測(cè)定地面下20cm土的天然干密度，按每20m路段長(zhǎng)，碾壓寬度左、中、右位置進(jìn)行測(cè)試。

3.2施工中試驗(yàn)檢測(cè)：（1）檢測(cè)和記錄每遍沖碾速度；（2）每碾壓10遍在測(cè)點(diǎn)處分別測(cè)定不同遍數(shù)的地基下沉量和壓實(shí)度。

3.3施工后試驗(yàn)檢測(cè)：（1）測(cè)量地表高程；（2）同上述（1）（1）步驟進(jìn)行取樣試驗(yàn)，獲取處理后土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和濕陷性指標(biāo)。

4. 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)及處治效果分析

（1）圖2為黃土地基沖擊碾壓過(guò)程中根據(jù)不同測(cè)點(diǎn)獲得的沉降量與碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系。由圖2可見(jiàn)隨著沖擊碾壓的遍數(shù)增多，地基沉降量逐漸減小。總體上，在碾壓20遍以后，沉降量變化明顯小，30遍后的沉降差異已很小。但30遍以后，觀測(cè)到的沉降有波動(dòng)現(xiàn)象，除測(cè)點(diǎn)8和10外，沉降的變化都有波動(dòng)，可以認(rèn)為地基不再被壓密。圖3為沖擊碾壓過(guò)程中測(cè)得的地基密實(shí)度的變化。由圖3可見(jiàn)，沖擊碾壓30遍后的密實(shí)度有較明顯的提高，左右兩幅的平均密實(shí)度已經(jīng)達(dá)到94.72%。

圖3路基沖擊碾壓過(guò)程中壓實(shí)度變化

圖4路基沖擊碾壓前后連續(xù)動(dòng)力觸探對(duì)比曲線

圖5沖擊碾壓前后黃土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的比較

（2）沖擊碾壓60遍以后對(duì)黃土進(jìn)行取樣，做土工試驗(yàn)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)，以檢驗(yàn)黃土沖擊碾壓后的物理力學(xué)性質(zhì)的改變和濕陷性消除情況。圖4為試驗(yàn)前后動(dòng)力觸探曲線，由圖4可見(jiàn)，深度1.0m以內(nèi)觸探擊數(shù)有較明顯的提高。圖5為試驗(yàn)前后土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的對(duì)比。由圖5可見(jiàn)，在深度2.5m以內(nèi)，

黃土的干密度、孔隙比、壓縮系數(shù)、濕陷系數(shù)有了明顯的變化，干密度明顯提高，孔隙比明顯減小，壓縮性減小，濕陷系數(shù)在深度2.5m以內(nèi)也明顯減小，尤其是1.0m以內(nèi)，濕陷系數(shù)已小于0.015，消除了濕陷性。

5. 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

根據(jù)AK7+300m～AK7+500m段以12Km/h沖碾速度碾

壓60遍后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和物理力學(xué)指標(biāo)的對(duì)比，可以得出以下認(rèn)識(shí)。

（1）沖擊30遍之后，路基沉降量呈明顯減小的趨勢(shì)，說(shuō)明壓實(shí)作用明顯，沖碾至35～40遍地基壓實(shí)度達(dá)到最高值。

（2）沖擊碾壓前后的連續(xù)動(dòng)力觸探擊數(shù)的對(duì)比表明，至深度0.9m內(nèi)，動(dòng)力觸探擊數(shù)增加較為明顯。

（3）由沖擊碾壓前后地基上的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)后濕陷性黃土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)均發(fā)生了較大變化，在深度2.5m內(nèi)干密度值明顯提高，孔隙比減小，壓縮系數(shù)明顯降低，壓縮模量顯著提高，濕陷系數(shù)明顯降低。在1.0m深度內(nèi)黃土的濕陷性已經(jīng)得到了消除。深度2.0m內(nèi)黃土的干密度均大于1.5g/cm3。

（4）干密度或動(dòng)力觸探擊數(shù)可以作為沖擊碾壓法處治濕陷性黃土地基效果檢驗(yàn)的有效指標(biāo)。

（5）綜合認(rèn)為，采用履帶式25KJ三邊形沖擊式壓路機(jī)沖擊碾壓60遍后，可以消除1.0m深度內(nèi)的黃土濕陷性，沖擊碾壓法的處理深度為1.0m。

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