公路濕陷性地基處理中的沖擊壓實技術分析

■鄭偉宏（福建君達建設有限公司，漳州363000）

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公路濕陷性地基處理中的沖擊壓實技術分析

■鄭偉宏
（福建君達建設有限公司，漳州363000）

通過公路地基處理中的沖擊壓實技術實例，對濕陷性、孔隙比、干密度、影響深度、壓縮模量以及路基的沉降變形等進行系統地研究。研究結果表明，沖擊壓實技術在濕陷性地區道路施工中應用，不但可以有效改善地基質量，而且有效降低了路基施工后沉降。

濕陷性地基處理沖擊壓實

關于黃土地基的研究，國內外的研究數量已經很多了，但是系統、完整性還不夠，很多問題還需要深入探討。隨著我國公路基礎設施建設地快速發展，黃土路基中出現了更多的問題，針對處理方法的設計、施工以及處理的效果是否理想，經濟效益是否合理，新技術和新工藝的開發和利用等問題都需要深入進行研究。

1沖擊壓實技術概述

沖擊式壓實機在我國近幾年的發展中逐漸成為了一種新型的筑路機械，與一般的壓實機對比，沖擊式壓實機在路基的壓實中很好地發揮了自身重量作用，碾壓輪前進過程中，一部分勢能將會有效轉化為勢能，對路基產生強烈沖擊，對壓實厚度和壓實體積都有所增加，減少了壓實次數，提升路基壓實效果［1］。對比強夯，加固的深度較小，但沖擊壓實際上沖擊能不大，很好的避免了對土體結構的破壞，并發生連續性沖擊，此外機械行走的速度比較快，壓實成本比較低等優勢。

沖擊式壓實機的沖擊能可以通過以下公式（1）進行計算。

E=mgh

（1）

（1）式中的E表示沖擊式壓實機的沖擊能；m是壓實機中輪軸的組件質量；g為重力加速度，取值是9.81m/s2；h壓實輪的外半徑和內半徑的差。

實踐表明，壓實輪對地面所造成的沖擊量和壓實輪轉動的線速存在聯系，依據沖量定理公式（2）對沖擊量N進行計算：

（2）

（2）式中的v′代表沖擊初速度（m/s），v指的是沖擊末速度，t是沖擊作用時間。

三角邊的沖擊式壓實機的沖擊力在3×103～4×103kN區間。該振幅的沖擊力作用在土體上，將會出現強大沖擊波向深層土體傳播，造成土體顆粒間的相互位移、變形和剪切，壓實深層土體結構。消除地基土濕陷性，減小路基施工后沉降，達到提升路基穩定性的目的。

2地基土沖擊壓實參數分析

本次研究中的工程為某施工公路，該公路需要經過濕陷性黃土地區，依據線路巖土工程的勘察資料，該地區為第四系風積黃土狀砂土，其中有支離破碎狀黃土溝梁地形，土體結構松散，土質存不均一，且有孔隙和蟲孔，含水量低。該地區的濕陷等級為II類，程度中等。在路堤施工之前需要對濕陷性實行處理，反之，將出現路基的大面積變形和干裂，引起交通安全隱患［2］。

實施沖擊壓實之前，要將地基表面的植物根系等進行清除，隨后整平，沖擊壓實設備為25T3-25KJ型三邊形碾壓輪沖擊式壓實機。為了了解處理沖擊壓實之后的濕陷性地基質量，在施工過程中以及后期，要測試不同物理力學參數數值和地基沉降變形情況。

2.1地基土濕陷性測試分析

為了檢驗濕陷性地基的處理效果，需要測試施工前后不同深度的地基土含水、孔隙比和濕陷性系數等，結果如圖1至圖3。

圖1　干密度與沖擊壓實遍數的關系

圖1中，不同沖壓遍數下，地基土干密度會在不同深度上出現相應的改變，沖擊壓實后，地基土的密實度提升，在0～0.6m范圍沖擊20和40次后，地基土干密度所提升的百分比分別是10%～20%和15%～27%，由此可知沖擊壓實能夠明顯改善地基土密度，在整體上提升地基強度。

圖2　孔隙比與沖擊壓實遍數的關系

圖2顯示的是不同沖擊遍數對地基孔隙比在深度上的變化。從現場試驗結果得知，沖擊壓實前后地基土含水量未出現過大的改變，間接證明沖擊壓可以改善地基土結構，土顆粒會錯動或重新排列，對顆粒之間的空隙進行有效減少，保證土顆粒之間更為緊密。

圖3　濕陷性系數與沖擊壓實遍數的關系

圖3代表的是不同沖擊壓遍數下的地基土實現系數的變化。從試驗結果中得知，在沖壓后，地基土的濕陷性系數接近或是小于0.015。依據相關規范，當≤0.015情況下，該地區為非濕陷性黃土。因此，采用沖擊式壓實機沖擊濕陷性地基的過程中可以消除或改善濕陷性土地，顯著降低濕陷性地基土的系數［3～4］。

3.2地基土壓縮模量測試分析

在沖擊壓實機在實際過程中的振動、沖擊、壓實等措施的結果顯示，地基土壓縮模量出現了明顯升高。從圖4中可知，在0～0.6m情況下的提升幅度最大，地面1m內地基土壓縮模量提高在15MPa以上。

圖4　壓縮模量與沖擊壓實遍數的關系

3.3沖擊壓實影響地基土深度分析

被沖擊壓實范圍內，地基土隨著壓實遍數的增多被均勻壓實，檢測沖擊壓實前后干密度，結果顯示隨著沖擊壓實次數的增加，處理會將上層土體壓實，下層土體也會受到相應的影響被追密，進而提升地基土干密度。沖擊壓實的次數與其影響的深度之間存在聯系，且該關系在一定范圍內是正比關系［5］。

3.4地基沉降的檢測與分析

了解和分析沖擊壓實后濕陷性地基的沉降，在沖擊壓實技術施工中，選擇3個有著代表性橫斷面。且選擇不同位置為觀測點，實行一定的沖擊壓實次數后，觀測同一點的沉降觀測試驗結果，觀測結果如表1。依據表中數據可知，沖擊式壓實機的強大作用下沉降變形增大。沖擊式壓實機在地基表面的沖擊壓實中，沖擊波傳播向深層土壤，孔隙水得到消散，土顆粒重新排列，實現了地基土的孔隙比的有效降低，使土顆粒更緊密。

表1　沖擊壓實中的地基沉降觀測結果

4試驗段工程測試結果

試驗段長度取280m，寬40m，路段內沖擊壓實試驗道的寬度是4m，在路段平面的兩側部位縱向兩側各取24m寬度，兩端為半徑20m的半圓。10遍沖擊壓實作為一個壓實單元，共實行60遍的壓實。4.1試驗結果

沖擊壓實路基0～10遍，主要沿著雙邊長240m兩端半圓形車道進行，沖擊壓實速度為12km/h，最終形成了10、20、30、40、50、60遍數，寬度為4m的沖擊壓實車道，在直線段的測點位置測定幾種不同遍數的下沉量，測定方式為采用水平儀直接測量，最終結果見表2。

表2　不同壓實遍數的平均下沉量

4.2沖擊壓實前后的干重差異

沖擊碾壓前對地面的15cm處的干重進行測定，最終得到在不同的沖擊遍數以后，測定各點的沖擊壓地面15cm干重度，選取一測點挖試坑，對地面以下30cm、60cm、80cm、120cm等位置的干重度進行測定。土重型擊實最大的干重度是18.23kN/m3，最佳含水量是11.7%。在沖壓試驗前后的干重度差異可知，沖壓40遍后的60cm深度內K=98%，80cm內的K=91%，50遍的和60遍的增長程度不大。從干重度隨著沖壓遍數的增加同時增加的情況來觀察，填充前的沖壓變數最好采取40遍。

4.3濕陷系數隨著深度發生的變化

為了實現沖擊壓實對天然狀態下的黃土濕陷性造成的影響展開研究，在沖擊壓實后不同深度的取樣可以對干重度以及濕陷系數進行測定。

天然的狀態下的土性指標為：ω=8.0%～14.6%，δs= 0.0006～0.0961，γd=12.54kN/m3～13.13kN/m3，Ip=6.0～10.0。

依據試驗結果，10cm深度的δs全部小于0.015，濕陷性完全消失，60cm深處存在1個土樣沒有消除濕陷性，在80cm出，存在3個土樣沒有消除濕陷性，120cm處濕陷性基本上都在，只是比天然狀態下的0.0961這一值稍低一些。

4.4靜力觸探結果分析

為了對沖擊壓實的效果進行進一步檢驗，分別在沖擊壓實區域中以及沒有經過沖擊壓實的區域中進行靜力觸探，從靜力觸探的曲線圖可以看出沖擊壓實后的地表深度在1.0m深度范圍內的地基土的貫入阻力存在較大程度的提升，最大值可以達到105×102kPa，平均值是81×102kPa。但是在1m深度以下幾乎不存在任何的影響。4.5沉降理論值和實際值的比較

此次的試驗段中一共埋入了6個沉降杯，其中每隔斷面的左、右車道的中線部位分別埋設了一個，埋設時的路基填高為1.5m。在后期的施工階段內，沉降杯被破壞而失去效果，不能對實際的測量沉降量進行觀測，在路況的調查中可知，該試驗段的路基情況較為穩定，路況十分良好。實際的沉降值同理論值對比會稍小一些，造成這一情況的主要原因是實測沉降值使用只是沉降量中的一小部分，并不能全面反映完整的沉降量。并且相同斷面的3個觀測點存在的誤差較小。

5小結

綜上可知，沖擊壓實是處理濕陷性黃土地基的良好手段，該技術有施工效率高，處理后路基性能穩定的優勢。

［1］黃浩川.沖擊碾壓技術在濕陷性黃土地基處理中的應用［J］.福建交通科技，2015（5）：4-5.

［2］侯忠非，范曉燕.沖擊碾壓在處理濕陷性黃土中的應用效果［J］.山西建筑，2014，40（8）：156-157.

［3］王璦琳.沖擊碾壓處理濕陷性黃土地基技術探討［J］.科技創新與生產力，2015（7）：62-65.

［4］梁博文.對高速公路路基基底碾壓施工技術分析［J］.華東公路，2014（4）：90-91.

［5］徐奕舟.淺析公路工程濕陷性黃土路基施工的措施［J］.民營科技，2016（1）：185-185.