某公路項目濕陷性黃土地基沖擊壓實處理技術分析

摘要 為解決濕陷性黃土地基壓實難度大、工后易沉降等問題，改善濕陷性黃土地基的處治效果，提高公路工程整體建設質量，文章以某高速公路項目為背景，針對場區(qū)內濕陷性黃土地基加固，提出了沖擊壓實處治方案，選取試驗段進行現場實踐，并通過試驗對濕陷性黃土地基沖擊壓實效果實施了測試分析。研究表明，在沖擊壓實15次的條件下，濕陷性黃土地基沉降量顯著增大，土體密實度、干容重大幅度增加，后續(xù)隨著壓實次數的增加，地基沉降、土體密實度及干容重變化均不大，且深度90cm范圍內土體的力學性能提升幅度較大，因此濕陷性黃土地基沖擊壓實次數以15次為宜，有效加固深度為90cm。

關鍵詞 公路工程項目；濕陷性黃土地基；不均勻沉降；沖擊壓實技術

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0144-04

0 引言

我國華北、西北地區(qū)，分布大量的濕陷性黃土帶，此類土體受其自身特性影響，在干燥或含水量較低的水平狀態(tài)下，具有較高的強度和結構穩(wěn)定性，但其工程特性受環(huán)境水影響較大，遇水極易發(fā)生結構破壞，易引發(fā)土體失穩(wěn)、沉陷等問題，嚴重影響上部建筑的結構安全[1-3]。

目前，國內外對黃土濕陷程度的判斷多采用現場浸水試驗和室內浸水壓縮試驗。由于現場試驗操作步驟繁瑣、費時，普遍使用的是室內浸水壓縮試驗，但該檢測方法需要在野外采樣。因此，如何在誤差容許范圍內，快速、準確、簡便地檢測出黃土的濕陷程度，一直是學術研究、工程實踐中亟待解決的關鍵科學問題[4-6]。其中，朱鳳基等[1]對甘肅省慶陽地區(qū)黃土濕陷系數、各種土壤性質指數進行了多變量的線性回歸分析，得出了相應的回歸方程；舒志樂等[2]利用太原地區(qū)的黃土地質取樣，建立了以初始飽和度和初始孔隙比為基礎的二元線性回歸方程，并對其進行了分析；張瑜[3]對隴西黃土丘陵區(qū)不同土層中未受擾動的黃土濕陷特性進行了研究，提出了一種多變量的線性回歸模型；李金秋等[4]采用偏相關性分析方法，選擇獨立的指標，利用人工神經網絡對其進行了預測，其結果與實際結果相差不超過15%；郭倩怡等采用因素分析方法，結合偏最小二乘原理，建立了基于PLS的黃土濕陷系數預報模型，并對其進行了可靠性試驗，同時該文章結合某高速公路濕陷性黃土地基的處治案例，提出了沖擊壓實處治技術，通過試驗段的施工實踐，確定了最佳工藝參數，對提升濕陷性黃土地基的處治效果，保證公路建設質量具有重要意義。

1 試驗段概況

山西省地形地貌復雜多樣，主要包括山地、丘陵、高原、盆地和臺地等地貌類型。該省某高速公路項目，沿線途經黃土區(qū)域，表層土體以黃土為主，下部分布砂質泥巖、頁巖等，黃土層深度不一，且存在較強的濕陷性。經實地調查，公路K23+850～K26+600段為典型的Ⅱ級非自重型濕陷性黃土，其中黃土、濕陷性土體的厚度依次為1.6～6.8 m和0～1.3 m。為保證濕陷性黃土路段的地基加固效果，選取K25+500～K25+600段為試驗段，路基填高為5.0～6.5 m，通過沖擊壓實處治技術實施補強加固，以確定最佳的工藝參數，為后續(xù)施工提供依據。

2 試驗段濕陷性黃土沖擊壓實處治方案

受濕陷性黃土自身特性的影響，若采取傳統碾壓施工技術，無法有效保證其壓實度，工后受長期車載、環(huán)境水害等因素作用，極易發(fā)生路基沉陷、不均勻沉降等問題，誘發(fā)公路結構破壞、開裂等病害，嚴重影響道路的服役壽命[5-7]。在公路工程建設中，對于濕陷性黃土路段應采取科學措施進行加固處理，以改善土體力學性能，增強路基整體穩(wěn)定性，從而有效確保公路運營安全[8-9]。近年來，沖擊壓實技術作為一項新型的路基加固工藝，開始廣泛應用于建筑、道路等建設領域，其通過高強度沖擊加固土體，可有效提升土體顆粒之間結構的緊密性、穩(wěn)定性，消除黃土濕陷性，顯著提升土體強度，增強地基承載能力，且具有加固效果好、操作簡便、成本低廉、施工效率高等優(yōu)勢。基于此，針對試驗段K25+500～K25+600路段，擬采用沖擊壓實技術對濕陷性黃土地基實施處治[10-12]，詳細處治方案如下：

（1）施工機具配備。根據現場實際情況，結合具體施工要求，配置三一重工研發(fā)的SY25沖擊型壓實機械1輛、SY375H型履帶式反鏟挖掘機1輛、徐工XG1OOL-3型鏟車1輛、中聯重科SSR220C-8H型普通壓路機1輛、大型灑水車1輛、渣土車6輛、其他必備工器具若干。

（2）沖擊壓實方案。1）根據道路具體情況，以道路中心線為基準，在左、右側依次布設沖擊壓實車道，寬度均為3.5 m，沖壓次數為10～20次；2）正式沖壓前，通過水準測量測取車道的頂面標高，每10 m設一個測點，并現場提取土樣測取其干容重；3）在沖壓施工過程中，待沖壓次數為10次、15次、20次時，通過振動壓路機壓實路基，分別測取各點標高及土樣干容重，并與沖壓前檢測結果進行比較，從而獲得最佳的沖壓次數；4）對沖壓前后的地基標高進行比較，獲得各點沉降量，并通過比較土樣干容重的變化，對沖壓效果實施評價。

3 濕陷性黃土地基沖擊壓實效果分析

3.1 壓實沉降觀測結果分析

為探究沖壓次數對地基壓實效果的影響，分別選取K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600等典型斷面，并在其左右兩側10m位置處布設測點，依次測取沖壓次數為10次、15次、20次條件下各斷面路基的頂部標高，通過計算求得沖壓前后路基的頂部高差，從而獲得3種沖壓次數下各測點的沉降量，其詳細檢測結果如圖1～2所示。

從圖1～2可知：1）隨著沖擊次數增加，濕陷性黃土地基頂部沉降量隨之增大，但其沉降量增幅呈現出明顯的階段性變化特征。其中，沖擊次數由10次增至15次的工況條件下，隨著沖擊次數的增加，各測點沉降量增幅顯著；當沖擊次數超過15次后，隨著沖擊次數進一步增加，各測點沉降量仍有增加，但提升幅度顯著減小。

2）在沖擊次數為10次的試驗工況下，道路中心線左側路基各沉降測點的沉降值介于5.8～6.9 cm的范圍內，經計算該側路基總沉降量約為6.45 cm；當試驗沖擊次數依次增至15次、20次時，該側在對應沖擊次數下的平均沉降量分別為9.63 cm和10.57 cm，與沖擊次數10次條件相比，平均沉降量的增幅分別為50.12%、63.92%；中心線右側的各路基沉降測點，在沖擊次數為10次條件下，平均沉降量為7.58 cm，試驗沖擊次數依次增至15次、20次，對應的平均沉降量分別為11.89 cm和12.54 cm，平均沉降量增幅分別為56.34%、65.44%。通過比較發(fā)現，沖壓次數由10次增至15次的條件下，中心線左、右兩側的路基沉降均顯著增大，增幅依次為50.12%與56.34%；而當沖壓次數由15次增至20次的條件下，左右兩側路基的沉降增幅顯著降低，依次為11.86%、6.42%。所以，綜合考慮施工成本、工期等各方面因素，建議沖壓次數以15次為宜。

3.2 干容重檢測結果分析

為了解沖壓階段土體干容重的變化規(guī)律，當沖壓次數為10次、15次、20次條件下，依次在K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600典型斷面處提取土樣，并測取土樣干容重。土樣提取深度依次為

15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm，比較三種沖壓次數下的土樣干容重，詳細測試數據見圖3如下：

通過圖3對比可以看出：1）在取樣深度不超過

90 cm的條件下，隨著沖擊次數的增加，土體干容重呈先增加后降低的變化趨勢，具體而言，當沖擊次數不超過15次時，隨著沖擊次數增加，土體干容重顯著增大；當沖擊次數由15次增至20次時，土體干容重隨之呈降低趨勢。2）在取樣深度為120 cm的條件下，當沖壓次數由10次增至20次時，土體干容重基本未發(fā)生變化。

3）在沖壓次數由10次增至15次的條件下，取樣深度為15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm時的土體干容重均呈現增大趨勢，增幅依次為13.85%、26.22%、21.57%、14.54%、1.13%，但當沖壓次數由15次增至20次時，各取樣深度的土體干容重均呈現降低趨勢。由此可見，采用沖擊壓實技術處置濕陷性黃土時，有效加固深度約為90 cm，而沖擊次數以15次為宜。

3.3 地基土物理力學指標取樣分析

選取典型斷面K25+550處，經沖壓15次后，現場提取土樣對其力學性能指標實施測試，并和沖壓處治前的測試數據進行比較，詳細結果見表1所示：

從表1可以看出：1）相較于處治前，經沖壓處治后不同深度的土體力學性能均有所提升，其中90 cm深度范圍內的土體力學性能提升幅度較大，深度超過90 cm后提升效果不明顯；與沖擊壓實處治前的原狀濕陷性黃土相比，處治后不同土層深度的土體力學性能均有所提升，但不同深度范圍內土層力學性能的提升幅度存在差異，其中深度不超過90 cm的濕陷性黃土力學性能提升明顯，深度超過90 cm后，沖壓處治的加固效果明顯減弱。2）從土體孔隙率來看，在不同深度條件下，土體孔隙率均呈下降趨勢，其中深度不超過90 cm范圍內，經沖壓加固后，不同深度的土層孔隙率均明顯下降；深度超過90 cm后，下降趨勢明顯減弱，當深度達到

120 cm時，加固前后的土層孔隙率分別為0.979和0.973，僅下降0.006。3）沖壓加固前后，土體壓縮系數的變化規(guī)律與孔隙率變化基本一致，深度90 cm范圍內的減小幅度比較明顯，而深度超過90 cm后，減幅顯著變小，在深度120 cm的條件下，沖壓前后的壓縮系數相差僅為

0.11 MPa-1。4）經沖壓加固后，各種深度條件下的土體壓縮模型顯著增大，且90 cm范圍內的增幅較大。5）土體濕陷性系數顯著減小，其中深度90 cm范圍內的土體濕陷性系數全部小于0.015，改善效果顯著；而在深度

120 cm條件下，土體濕陷性系數為0.025＞0.015，土體仍舊呈現濕陷性特征，表明深度在90 cm范圍內的沖壓加固效果較好。

3.4 壓實度檢測結果分析

為探究沖壓次數對地基壓實度的影響，分別在K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600處選擇測點，利用環(huán)刀提取土樣并測取其壓實度，土樣提取深度依次為30 cm、60 cm、90 cm，并對沖壓加固前后的路基壓實度進行比較，詳細測試結果見圖4所示：

從圖4看出：（1）與沖擊壓實處治前的原狀濕陷性黃土相比，處治后不同土層深度的壓實度均有顯著提升，但壓實度增加趨勢隨土層深度的增加而減小。（2）隨著沖擊次數的增加，各土層深度的土體壓實度增加顯著，當沖壓次數不超過15次時，壓實度隨沖擊次數的增幅較大；當沖擊次數超過15次后，沖擊壓實效果明顯減弱，由此可見以沖擊壓實次數為15次時，濕陷性黃土地基的加固效果最優(yōu)。

4 結語

綜上所述，針對濕陷性黃土區(qū)路基壓實的施工難度大、工后易沉降等問題，該文以某高速公路項目為依托，提出了沖擊壓實的處治加固方案，并通過觀測不同沖擊壓實次數、不同土層深度的加固效果，確定了濕陷性黃土的最佳沖擊次數，主要內容及結論如下：

（1）壓實沉降觀測結果顯示，隨著沖擊壓實次數增加，濕陷性黃土地基頂部的沉降量隨之增大，當沖擊壓實次數不超過15次時，隨著沖擊壓實次數的增加，各觀測點沉降量均隨之顯著增加；當沖擊壓實次數大于15次時，隨著沖擊壓實次數的進一步增加，各觀測點沉降量的增幅明顯減小，表明沖壓超過15次后，沖擊壓實對濕陷性黃土層的加固效果開始減弱，故確定沖壓次數以15次為宜。

（2）干容重檢測結果顯示，濕陷性黃土層深度不超過90 cm的條件下，隨著沖擊壓實次數的增加，土體干容重呈先增加后減小的變化趨勢，當沖擊次數由10次增至15次時，土體干容重隨沖擊次數的增加而顯著增大，隨著沖擊次數進一步增加至20次，土體干容重出現下降趨勢，表明沖擊次數為15次時濕陷性黃土的加固效果最優(yōu)。

（3）通過分析濕陷性黃土路基加固前后的物理力學指標變化發(fā)現，沖擊壓實處治技術對不同深度的土層加固效果存在差異，其中土層深度不超過90 cm范圍時，加固后的土層力學性能明顯提升；土層深度超過90 cm

后，沖壓處置對土體的力學性能提升效果明顯減弱，表明沖擊壓實技術的有效加固深度約為90 cm。

（4）壓實度檢測結果顯示，沖壓次數越多，各種深度土體壓實度越大。當沖壓次數為15次時，壓實度增幅較大，而當沖壓次數超過15次后，壓實度基本不再發(fā)生變化，綜合考慮施工成本、工期等各方面因素，建議沖壓次數為15次。

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