濕陷性黃土地區高速公路路基處治技術分析

曹格濤

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

與其他路基填筑材料比較，黃土這種路基填筑材料的厚度較大，垂直節理較為豐富，是一種較為常見的非飽和欠壓密土，其在大荷載作用下極易被壓碎，進而引發結構重組的情況，若在此過程中遭到水的浸濕，其強度就會大大下降，并會發生較為嚴重的濕陷沉降。要想有效解決這一問題，就要對黃土路基實施高質量的壓實作業，以此來增強公路路基的穩定性與實際強度，從而有效消除黃土的濕陷性，大大提升濕陷性黃土地區高速公路的路基質量。

1 工程概況

此次研究以處于黃土丘陵地區的某高速公路段的路基處治施工項目為例。該工程整體海拔在800～880m，路段整體的地形起伏較大，且溝壑縱橫。其中，K4+000～K4+360 試驗段本身就是自重濕陷性場地，其路堤填方的整體高度約17m，地下水埋深度在25～28m。施工計劃初步擬定利用振動碾壓與重錘補夯相結合的綜合壓實方法進行施工。

2 濕陷性黃土地區路基處治技術

2.1 原材料性狀

一般情況下，黃土具體指的是長期遭受風力剝蝕與搬運而形成的一種原生的粉土堆積物，其厚度較大，大部分呈現出淡黃色與黃色，具體性狀如下：（1）濕陷性。黃土遭受水的浸濕后，其強度會明顯下降，因此就極易引起較為嚴重的路基沉降變形。（2）成分。與其他土質相比，黃土的成分組成相對較為單一，且大部分為粉土，粉土顆粒含量為50%～70%。其中，粗粉土顆粒占總重的40%。黃土的重要礦物成分主要有兩種：一種是碎屑礦物，另外一種是黏土礦物。這兩種物質均具備較強的收縮性、吸附性與膨脹性等特點，是導致黃土濕陷性的主要原因之一。（3）孔隙率。黃土具有較高的孔隙率，其大部分情況下可以達到33%以上，且管狀孔隙相對來說較為發達，可以達到0.5～1cm。這也是導致黃土濕陷性的另外一個重要原因。（4）節理。黃土具備較為豐富的垂直節理，卻沒有形成真正意義上的層理。黃土的垂直節理是在其自身孔隙與自身重力共同作用下形成的，因此其縱向剖面粒徑的變化并不突出，且不會自己形成較為明顯的分層。（5）含水量。對于黃土來說，其含水量的大小對于其自身的壓實特性有著十分明顯的影響，具體表現為干密度會隨著含水量的增加而呈現出先增大后減小的變化規律。此次研究中，通過試驗測定可知，試驗路段的黃土最大含濕量為Wop=12.994%，最大干密度為ρdmax=1.704g/cm3。

2.2 壓實原理

（1）振動壓實。黃土在受激振力的作用下，會在水平與豎直這兩個不同的方向上發生強烈的振動。在振動過程中，土顆粒間就會產生不同程度的擠壓與滑移，黃土孔隙中的水分與空氣就會被擠出，孔隙會明顯縮小。此時，顆粒就會重新進行排列，排列方式就會更加的緊湊。另外，在具體振動過程中，土顆粒表面會產生一種較薄的水膜，由于其可以明顯減少顆粒之間的摩擦，因此可以在短時間內增強土體的密實度。（2）重錘補夯。重錘補夯主要是利用高度自由降落對局部地面造成的強大沖擊力來壓實土體的。在這一過程中，沖擊能量可以通過波的形式在土體中快速的傳播，這會在一定程度上破壞夯點周圍土體原有的結構，從而導致土體的孔隙率快速下降，顆粒之間進一步靠攏，此時土體的強度、密度以及穩定性均可得到有效的增強。

2.3 路基處治技術

（1）施工準備。首先，在設計路線上明確確定出相關位置樁，例如路基中線樁、邊溝、路堤坡腳以及護坡道棄土堆等；其次，應用全站儀與水準儀來對其具體的位置進行復測，并準確制定出路基的填筑輪廓；最后，在正式施工作業前，施工人員要科學測算地基的承載力與路基的穩定性，進行驗算，驗算合格后再實施相應的路基填筑作業。（2）地基處理。針對地基表面0.3m 以內的積水、淤泥以及樹根要進行徹底清理，翻松土體。同時要超挖2m，利用重錘來對超挖后的地基表面實施夯實，將夯擊能嚴格控制在500kN·m，明確具體的處理深度≥1.0m。另外，地基表面夯實后，要在其上面鋪筑一層厚度為1.0m 的6%灰土，再利用靜力壓路機實施壓實作業，以此來徹底消除黃土地基的濕陷性。（3）填料填筑。將填料運送到施工現場之前，現場施工人員要對其含水量進行整體的監測，確保含水量可以達到±2%左右。在這一環節當中，若含水量太低就要加入適量的水進行潤濕，若太高則要實施相應的翻曬處理。在填料進場過程中，要從地基的最低處開始，并應用分層填筑以及平行攤鋪的方式來對黃土路基實施填筑施工。此外，攤鋪的寬度要適當寬于設計路堤的寬度，松鋪厚度也應該要合理控制在100～300mm。在填筑期間，每一層均要實施振動壓實，待壓實后，土體的壓實度＞96%才可以填筑上一層。填筑完畢后，現場施工人員要通過機械與人工相結合的方法來整平。（4）填料壓實。此次研究應用型號為YZ18 的振動壓路機對濕陷性黃土路基實施分層的壓實作業。在壓實作業期間，工作人員要合理控制振動壓路機的碾壓速度，最佳速度應該為4km/h 左右[1]。每壓實3.0m 就要重新利用重錘補夯一次，一次要分成三次來完成。研究中夯點的布置與次序具體如圖1 所示。

圖1 重錘補夯夯點布置圖

3 質量檢測

3.1 壓實度檢測

為了探究不同壓實方式的壓實效果，文章分別對K4+000～K4+360 試驗段路基，經不同壓實方法的壓實度進行了全面的檢測，具體檢測數值如表1 所示。

表1 壓實度檢測結果 單位：%

通過分析與對比表1 中的相關數據可知，重錘補夯可以有效提高濕陷性黃土路基的壓實度。經振動壓實后濕陷性黃土路基，其壓實度為92.2%，并沒有達到濕陷性黃土壓實度96%的這一硬性要求[2]。應用重錘補夯后的濕陷性黃土路基，各個檢測點的壓實度均已經超過了97%左右，且均值達到了97.6%，十分符合濕陷性黃土路基施工的要求。由此可以進一步證明，使用單一的振動壓實是無法達到濕陷性黃土填筑路基的相關施工要求的，因此要選擇振動壓實與重錘補夯相結合的綜合壓實方法來有效提升路基整體的壓實度，滿足濕陷性黃土路基施工的相關要求。

3.2 沉降觀測

本次研究中對實施黃土填筑路基一年后的沉降進行了詳細的觀測與數據分析，并在此基礎上精準的繪制了曲線圖，如圖2 所示。

根據圖2 可知，路基沉降的程度會隨著時間的推移而不斷增大，且沉降速率呈現出先增后減的規律趨勢。在120d 后，由于與公路相關的多種配套設施的建設基本完成，且車流量在持續的增加，因此公路路基的沉降速度也顯示出較為明顯的加快趨勢。在240d 后，公路路基相對來說已經達到了較為穩定的狀態，此時再進行振動壓實與重錘補夯這一種綜合壓實作業，就可以進一步提高路基的穩定性，促使公路路基早日達到穩定狀態。

圖2 沉降量S 隨時間T 變化曲線

3.3 濕陷系數

此次研究主要是利用濕陷系數來對試驗段4m 深處的路基土的濕陷性進行評價，同時也要準確的測定出其在50kPa 壓力作用下具體的變形系數，并將其準確的換算成濕陷系數，具體數值如表2 所示。

表2 路基土濕陷系數

根據圖2 數據顯示，利用單一的振動壓實方法，路基土的濕陷系數在0.0020 左右，其系數無法滿足我國《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025—2004）中的相關規定，即濕陷系數δs ＜0.0015[3]。由此可證，采用單一的單振動壓實無法消除黃土的濕陷性。但應用重錘補夯方法進行壓實的路基土，其濕陷系數均＜0.0015。綜上所述，采用綜合性的壓實方法可以有效消除黃土的濕陷性。

4 結束語

我國社會經濟發展的新階段，人們對于交通運輸的高效性與日常出行的安全性要求也越來越高。在這一背景下，公路施工單位就要充分重視濕陷性黃土地區高速公路路基處治技術的應用，并根據濕陷性黃土工程的整體特點，結合綜合壓實施工的機理，通過多種壓實方法的結合應用來不斷提高路基壓實的壓實度，有效縮短黃土路基的穩定時間，從而大大增強濕陷性黃土地區高速公路路基的穩定性，進一步提高路基的整體質量。