摘要:根據(jù)阜朝高速公路工程中采用強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的具體實(shí)踐，對沖擊碾壓處理前后的效果進(jìn)行了對比分析，指出了沖擊碾壓法應(yīng)用于高速公路的地基處理具有可靠性和適用性。

關(guān)鍵詞: 沖擊碾壓 濕陷性黃土

一、沖擊碾壓處理阜朝高速公路濕陷性黃土路基的試驗(yàn)及觀測

沖擊碾壓法通常采用的設(shè)備按沖擊能的不同可劃分為25KJ和32KJ兩種，按沖擊碾壓設(shè)備分膠輪式和履帶式兩種。市場上比較常見的沖擊碾壓設(shè)備是沖擊能為25KJ的履帶式?jīng)_擊壓實(shí)機(jī)。

沖擊碾壓法一般用于機(jī)場工程的路基壓實(shí)與地基處理，2000年在河北宣大高速公路首次采用南非藍(lán)派公司生產(chǎn)的沖擊碾壓設(shè)備處理濕陷性黃土，后來又先后在山西長晉高速公路、陜西禹閻高速公路、青海馬平高速公路等多項(xiàng)工程中采用，均取得較好的處治效果與良好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、沖擊碾壓法處治濕陷性黃土的機(jī)理

如圖1所示，沖擊碾壓法處治濕陷性黃土是采用三邊或五邊形“輪子”來產(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，另一側(cè)輪短半徑發(fā)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。沖擊碾每秒鐘沖擊地面兩次，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，其壓實(shí)深度隨碾壓遍數(shù)遞增。

三、沖擊碾壓法處治的施工的方案設(shè)計

沖擊碾壓最初根據(jù)市場的設(shè)備調(diào)研情況選用履帶式25KJ三邊形沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行，后來根據(jù)施工進(jìn)場設(shè)備情況又增加膠輪式32KJ三邊形沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

(1)設(shè)計

黃土路基填前碾壓采用25KJ三邊形沖擊式壓路機(jī)，以12km/h沖碾速度碾壓;按10、20、30、40、50、60遍進(jìn)行沖擊碾壓;每10遍在直線段測點(diǎn)處測定不同遍數(shù)的下沉量、壓實(shí)度;測定方法用水準(zhǔn)儀直接在車道上量測下沉量，得到不同碾壓遍數(shù)的平均下沉量。

(2)施工設(shè)備:25KJ三邊形沖擊式壓路機(jī)。

(3)施工工藝:

① 測量放樣，清理并平整施工場地;② 用白線劃出碾壓路線;③ 沖擊碾壓。④ 每10遍在直線段測點(diǎn)處測定不同遍數(shù)的下沉量、壓實(shí)度。

(4)試驗(yàn)檢測:

1)施工前試驗(yàn)檢測

① 在試樁區(qū)布設(shè)至少4個人工探井，深度大于預(yù)期加固深度2~3米，深度1.5米以上20cm、60cm，100cm、140cm取一原狀土樣，深度1.5米以下按每間隔0.5米取一原狀土樣，進(jìn)行土的常規(guī)試驗(yàn)和濕陷性試驗(yàn)，求得土的含水量、干濕密度、孔隙比、塑液限及濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)和起始濕陷壓力。② 場地土的擊實(shí)試驗(yàn):求得土的最佳含水量，最大干密度③ 沖碾前測定地面(凍層)下20cm的天然干密度，按每20米路段長碾壓寬度左、中、右位置測試。主要采用核子密度儀，用灌砂法核對。

2)施工中試驗(yàn)檢測

① 檢測和記錄每遍沖碾速度;② 每10遍在直線段測點(diǎn)處測定不同遍數(shù)的下沉量、壓實(shí)度。下沉量測定方法用水準(zhǔn)儀直接在車道上量測下沉量，壓實(shí)度主要采用核子密度儀，用灌砂法核對。

3)施工后試驗(yàn)檢測

① 測量地表高程。② 在試樁區(qū)布設(shè)至少4個人工探井，深度大于加固深度2~3米，深度1.5米以上20cm、60cm，100cm、140cm取一原狀土樣，深度1.5米以下按每間隔0.5米取一原狀土樣，進(jìn)行土的常規(guī)試驗(yàn)和濕陷性試驗(yàn)，求得土的含水量、干濕密度、孔隙比、塑液限及濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)和起始濕陷壓力。

四、沖擊碾壓處治試驗(yàn)與試驗(yàn)效果分析

根據(jù)課題工作的場地安排，沖擊碾壓處治安排在K397+400～K397+600段和K497+670～K497+730段進(jìn)行25KJ三邊形沖擊碾壓試驗(yàn)。

1)場地的工程地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場地質(zhì)鉆探的結(jié)果，K397+400～K397+600段場地地貌為Q3大三家河二級階地，場地內(nèi)地形平坦。主要地層表層10.8～12.5米為黃土狀亞粘土，其下4.2米為Q3卵礫石，再其下地層為磚紅色的白堊系粉砂巖。根據(jù)現(xiàn)場挖探取樣試驗(yàn)結(jié)果，表層黃土狀亞粘土的物理力學(xué)性質(zhì)見表1，沖擊試驗(yàn)前后的動力觸探數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)對該段試驗(yàn)前取樣試驗(yàn)的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計，該段濕陷系數(shù)δs=0.042，自重濕陷系數(shù)δzs=0.024，濕陷起始壓力Psh=93.0kPa，濕陷量△s=233.4mm，濕陷程度中等，濕陷等級Ⅱ級。根據(jù)試驗(yàn)測定，該場地黃土狀亞粘土的最大干密度為1.89g/cm3，最佳含水量14%。2)沖擊碾壓的施工設(shè)備與施工工藝

施工采用設(shè)備為履帶式25KJ三邊形沖擊壓路機(jī)。

沖擊碾壓施工于2005年12月28日進(jìn)行，具體施工工藝流程如下:① 挖掘機(jī)開挖表層凍土80cm，開挖長度140米，寬度20米。② 施工測量放樣，每20米作為一測量斷面，每斷面測量兩點(diǎn)，間距8米，分左、右兩點(diǎn)。③ 用白線劃出碾壓路線。④ 以12km/h沖碾速度碾壓。⑤ 分別在沖擊10遍、20遍、30遍、40遍、50遍、60遍后，測量施測點(diǎn)的壓實(shí)度及沉降量，壓實(shí)度采用灌砂法及核子密度儀檢測，沉降采用水準(zhǔn)儀測量。見表1

3)沖擊碾壓的處治效果分析見表2

根據(jù)沖擊碾壓60遍以后地層的取樣試驗(yàn)，地層各深度內(nèi)黃土狀亞粘土的物理力學(xué)性質(zhì)見表3，試驗(yàn)過程中沖擊遍數(shù)與地層沉降量統(tǒng)計表見表4，沖擊遍數(shù)與地層壓實(shí)度統(tǒng)計見表5。

五、結(jié)論

① 通過對比表3和表5可以看出，采用履帶式25KJ三邊形沖擊壓路機(jī)以12km/h沖碾速度碾壓60遍，至少可以消除1.0米深度內(nèi)地層的黃土濕陷性。

② 從表4可以看出，無論按單點(diǎn)數(shù)據(jù)或平均數(shù)值去分析沖擊碾壓的數(shù)據(jù)，隨沖擊遍數(shù)的增加，路基沉降量逐步減小的趨勢，沖擊40遍左右，地層沉降量開始有異常數(shù)據(jù)現(xiàn)象，具體來說，沉降量有負(fù)值或突然增大的現(xiàn)象。說明沖擊碾壓40遍以后，再增加沖擊碾壓遍數(shù)不增加處理深度。

③ 從表5可以看出，隨沖擊碾壓遍數(shù)的增加，濕陷性黃土路基的壓實(shí)度逐漸增加，至35～40遍左右達(dá)到最高值，再次沖擊路基壓實(shí)度降低，說明沖擊碾壓40遍的地基土的壓實(shí)效果最好。

④ 從表2可以看出，沖擊碾壓處治后，地層的連續(xù)動力觸探擊數(shù)增加，至地層埋深0.9米左右，試驗(yàn)前后動力觸探擊數(shù)接近逐漸重合。

⑤從表3和表1中可以看出，沖擊碾壓處理對濕陷性黃土的主要物性指標(biāo)都有變化，含水量處理后較處理前增大，含水量隨深度變化沒有規(guī)律;濕密度、干密度值處理后較處理前明顯提高;孔隙度、孔隙比試驗(yàn)后較試驗(yàn)前減小，處理前后孔隙度、孔隙比隨深度變化逐漸接近，至2.5米重合;壓縮系數(shù)處理后較處理前明顯降低，壓縮模量處理后較處理前明顯提高;濕陷系數(shù)處理后較處理前明顯降低，隨深度變化逐漸接近，至2.5米重合。綜合上述所有物性指標(biāo)變化規(guī)律，可以判定本段試驗(yàn)的影響深度為2.5米。

綜合以上數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為:K397+400～K397+600段的沖擊碾壓試驗(yàn)，采用履帶式25KJ三邊形沖擊壓路機(jī)以12km/h沖碾速度碾壓，沖擊遍數(shù)為40遍時處理效果最好，處理的有效深度最大，路基壓實(shí)度最高，可以消除濕陷性黃土的濕陷性，路基下沉量為0.107～0.120米，沖擊碾壓的有效影響深度為0.90米。

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