沖擊碾壓在濕陷性黃土路基施工中的應(yīng)用

邱興華

摘要：我國(guó)的西北地區(qū)是黃土分布較廣泛的地區(qū)，特別是濕陷性黃土所占的比例較大，面積分布比較廣。這種土的特點(diǎn)是遇水后在一定的壓力作用下，被水浸濕后土的結(jié)構(gòu)受到破壞而迅速變化，發(fā)生的自然下沉，稱為濕陷性黃土。沖擊碾壓最初應(yīng)用于軟弱土地基的加固，經(jīng)過多年發(fā)展及應(yīng)用，在加固濕陷性黃土地基方面得到較為廣泛的應(yīng)用，具有效果顯著、施工簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單及經(jīng)濟(jì)節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：沖擊碾壓；濕陷性黃土；路基施工

我國(guó)的西北地區(qū)是黃土分布較廣泛的地區(qū)，特別是濕陷性黃土所占的比例較大，面積分布比較廣。這種土的特點(diǎn)是遇水后在一定的壓力作用下，被水浸濕后土的結(jié)構(gòu)受到破壞而迅速變化，發(fā)生的自然下沉，稱為濕陷性黃土。這種土的特點(diǎn)是液限低，粉砂含量大，這種地域性的土質(zhì)特性給公路建設(shè)施工造成許多的困難。近年來(lái)，雨量較多，公路水毀比較嚴(yán)重，所以對(duì)黃土地基的施工，首先要求黃土填料的CBR值滿足施工技術(shù)規(guī)范，另一方面就是要對(duì)濕陷性黃土的地基進(jìn)行強(qiáng)夯或沖擊碾壓，消除施工后的下沉量。本文僅以沖擊碾壓為試驗(yàn)對(duì)象。研究沖擊碾壓對(duì)濕陷性黃土的地基的處理效果，以期評(píng)估沖擊碾壓對(duì)濕陷性黃土施工的可行性和適用性。

1.工程概況

濕陷性黃土具有土體多垂直大孔、結(jié)構(gòu)松散和土顆粒間的聯(lián)結(jié)凝聚力在遇水即降低或消失等特性，是黃土產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在因素。承受外部壓力及遇水是產(chǎn)生濕陷性的外部條件。針對(duì)濕陷性黃土的以上特征進(jìn)行處理加固，改善土體特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增大密實(shí)度及承載力，減少壓縮性及滲水性，達(dá)到消除及控制其濕陷性的發(fā)生。路線全長(zhǎng)26.62公里。路線所經(jīng)區(qū)域?qū)訇兾麝P(guān)中平原中部，地勢(shì)平坦、開闊、海拔355--400米，屬渭河及其支流的漫灘和陸地，區(qū)內(nèi)人工溝、渠縱橫分布，屬平原丘陵地帶。

2.工程地質(zhì)

根據(jù)勘測(cè)資料提供的工程地質(zhì)，沿線以粉質(zhì)（中）低液限粘土為主，沖洪積成因，層次清楚，土質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)致密，粉沙含量較大。其工程地質(zhì)條件為輕微非自重濕陷性黃土，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及工程實(shí)際情況，擬采用沖擊碾壓對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行處理。

3.沖擊碾壓

3.1沖壓路機(jī)

沖擊壓路機(jī)，其英文名為Impack Rotter，最早于1995年由南非藍(lán)派公司引入我國(guó)，其類型有：?jiǎn)屋啗_擊壓路機(jī)，雙輪沖擊壓路機(jī)，自行式?jīng)_擊壓路機(jī)，拖式?jīng)_擊壓路機(jī)等。目前我國(guó)沖擊壓路機(jī)型式多，技術(shù)多數(shù)有所不同，整機(jī)定型、數(shù)量最好的是雙輪沖擊壓路機(jī)，兩輪之間的外部寬度為296cm，輪寬90cm，輪橫寬度116cm。

3.2沖擊碾壓沖擊壓實(shí)原理

沖擊壓路機(jī)是一種高振幅低頻率的沖擊壓實(shí)設(shè)備，其主要工作機(jī)構(gòu)是由三條凸輪邊組成的沖擊輪。在一定速度的運(yùn)動(dòng)過程中，沖擊輪的高位勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，對(duì)地面產(chǎn)生沖擊，對(duì)土體產(chǎn)生較大的沖擊能量。從而對(duì)地基產(chǎn)生較大的沖擊波和較大的沖擊應(yīng)力，使土體產(chǎn)生一系列的物理變化：土層空隙壓縮，沖擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂痕，空隙水由地基內(nèi)的氣體逸出、土顆粒重新排列以及觸變恢復(fù)，經(jīng)過時(shí)效壓實(shí)達(dá)到固結(jié)，從而增加土體的均勻程度，改善土體的抗液化條件。

4.沖擊碾壓試驗(yàn)實(shí)例

4.1選擇試驗(yàn)段

選擇K11+200～K11+700段作為試驗(yàn)段，施工前清除表層15～30cm腐殖表土，測(cè)定不同深度的天然含水量及天然密度。

0-30cm 含水量 16 天然密實(shí)度 80

30-50cm 含水量 17 天然密實(shí)度 84

50-80cm 含水量 16.6 天然密實(shí)度 86

4.2選擇沖擊碾壓機(jī)型

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)規(guī)定，采用28KJ的三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)，該機(jī)沖擊壓實(shí)力300-500噸，自重16噸，有效影響深度大，沖擊效果好，適合于提高路基的壓實(shí)度。牽引采用覆帶式機(jī)坦克牽引。

4.3施工方法

在試驗(yàn)段施工區(qū)段內(nèi)標(biāo)出沖擊碾壓施工的邊線和端線，按照斷面位置并布好點(diǎn)位，測(cè)量原地基地面高程，并保證沖擊壓路機(jī)有足夠的失效段距離，約50米，壓路機(jī)從失效段內(nèi)啟動(dòng)、加速（包括轉(zhuǎn)彎、掉頭）達(dá)到規(guī)定的速度后，牽引坦克不低于12公里米小時(shí)的速度，進(jìn)入施工段進(jìn)行沖擊碾壓。沖擊時(shí)采用錯(cuò)輪而不重疊輪跡的沖擊方法，并沿著固定的線路行使，確保沖擊時(shí)的科學(xué)合理性和經(jīng)濟(jì)有效性。每遍在橫向上錯(cuò)一個(gè)輪寬（90cm），在縱向上錯(cuò)開16碾輪周長(zhǎng)。這樣每次沖擊橫向排列錯(cuò)位碾壓不留空隙，縱向每次沖擊工作面波峰，有利于沖擊點(diǎn)的滿布，均勻，增強(qiáng)沖擊碾壓整體效果。計(jì)算時(shí)，沖擊碾壓一次的計(jì)算壓實(shí)度寬度為2米，經(jīng)錯(cuò)一個(gè)輪寬沖擊一個(gè)來(lái)回后，計(jì)算沖壓寬度為4米，按此方法計(jì)算，整個(gè)場(chǎng)地全部壓實(shí)一次為碾壓一遍，本試驗(yàn)段，沖擊碾壓壓實(shí)遍數(shù)控制為40遍。

4.4試驗(yàn)結(jié)果分析

采用環(huán)刀法分別對(duì)沖擊碾壓25遍、30遍、35遍、40遍時(shí)的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)：確定K11+200、K11+300、K11+400、K11+500、K11+600、K11+700六個(gè)斷面為檢測(cè)斷面，每個(gè)斷面上分別確定三個(gè)點(diǎn)（中點(diǎn)、左端點(diǎn)、右端點(diǎn)）為檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)確定0～30cm、30～50cm、50～80cm三個(gè)層次為取樣檢測(cè)層次。通過不同碾壓遍數(shù)時(shí)的取得的壓實(shí)度結(jié)果，建立表1：“壓實(shí)度成果分析表”如下：

表1 壓實(shí)度成果分析表

碾壓遍數(shù) 取樣深度（cm）取樣總數(shù) 平均壓實(shí)度（%）天然密實(shí)度（%）壓實(shí)度提高百分率（%）

沖擊碾壓25遍

30 17 90.4 80.5 12.3

50 16 86.5 84.0 2.98

80 16 82.4 86.0 -4.18

沖擊碾壓30遍

30 18 91.2 80.5 13.3

50 18 89.2 84.0 6.19

80 18 83.7 86.0 -2.67

沖擊碾壓35遍

30 18 93.9 80.5 16.6

50 18 89.2 84.0 6.19

80 18 85.4 86.0 -6.98

沖擊碾壓40遍

30 15 95.3 80.5 18.4

50 15 90.7 84.0 7.98

80 14 86.6 86.0 0

由以上壓實(shí)度成果分析表可以看出，濕陷性黃土地基用25KJ沖擊壓路機(jī)碾壓，通過試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)表明，隨著沖擊碾壓遍數(shù)的增加，濕陷性黃土地基的壓實(shí)度也隨著增加，碾壓影響的深度（壓實(shí)厚度）隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加而逐漸增加，對(duì)30cm和50cm的壓實(shí)度有明顯的提高，而且碾壓遍數(shù)的增加壓實(shí)度提高。但對(duì)80cm以下壓實(shí)度幾乎不起作用。

實(shí)驗(yàn)段還檢測(cè)了通過沖擊碾壓25遍、3 0遍、40遍時(shí)的標(biāo)高與沖擊碾壓前地面標(biāo)高的高差，確定不同碾壓遍數(shù)時(shí)的路基沉降量。沖擊碾壓的遍數(shù)與沉降量的關(guān)系如下表2所示：

表2沖擊碾壓的遍數(shù)與沉降量的關(guān)系

碾壓遍數(shù) 檢測(cè)點(diǎn)數(shù) 累計(jì)平均沉降量（cm）沉降幅度（cm）

25 17 9.2 9.2

30 16 10.7 1.5

35 16 11.5 0.8

40 16 11.8 0.3

通過試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，最初碾壓時(shí)的沉降量最大，隨著碾壓遍數(shù)的增加，但對(duì)80cm以下密實(shí)度不起作用，甚至還有破壞作用。濕陷性黃土地基的沉降量也隨著增加，但沉降的幅度在逐步減小。壓實(shí)遍數(shù)應(yīng)控制在35～40遍為最佳。

5.二次固結(jié)作用

實(shí)際施工中，由于沖擊碾壓對(duì)地基產(chǎn)生較大的沖擊波和較大的沖擊壓力，使得土體在較深層次30～80cm范圍類，發(fā)生一系列物理變化：土層空隙壓縮，沖擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂痕，空隙水由地基內(nèi)的氣體逸出、土顆粒重新排列以及觸變恢復(fù)，經(jīng)過時(shí)效壓實(shí)，土壤分子顆粒的重新分布，及毛細(xì)水的滲透，在一定的時(shí)效后，達(dá)到土基的二次固結(jié)。從而增加土體的均勻程度，改善土體的抗液化條件。

6.結(jié)束語(yǔ)

通過試驗(yàn)表明，對(duì)于濕陷性黃土采用25KJ沖擊壓路機(jī)沖壓，有效影響深度為50cm，下沉量為12cm左右，路基壓實(shí)度提高，整體穩(wěn)定性增加。（而一般的拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)有效影響影響深度僅為20cm，下沉量?jī)H為4cm左右。）所以沖擊碾壓是處理濕陷性黃土地基的一種較好的施工方法，它施工速度快，適合大面積、長(zhǎng)區(qū)段施工，沖擊效果好，土層空隙壓縮，沖擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂痕，空隙水由地基內(nèi)的氣體逸出、土顆粒重新排列以及觸變恢復(fù)，經(jīng)過時(shí)效壓實(shí)達(dá)到二次固結(jié)，從而增加土體的均勻程，改善了土體的物理特性，避免了工后沉降，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)黃土地區(qū)是一種比較理想可以大面積推廣的壓實(shí)施工方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梅源.濕陷性黃土高填方地基處理技術(shù)及其邊坡穩(wěn)定性[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013，8.

[2] 羅宇生.濕陷性黃土地基處理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011，4.

[3] 張義勝.強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土路基工程應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2011，8.

[4] 程飛.關(guān)于濕陷性黃土路基處理方法的探討[J].山西交通科技，2012（04）.