樊 宇 ，鄭占利 ，譚 鵬

(1.北京市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100068；2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

1 概述

文昌市東郊至龍樓公路長約17 km，全線大部分地基均為粉細(xì)砂地基。天然的粉細(xì)砂地基承載力低，在一定的上部荷載作用下極易產(chǎn)生過大的變形或不均勻沉降。所以，粉細(xì)砂地基處理的主要目的是加固淺層地基。目前，針對(duì)公路地基處理的方法主要包括振動(dòng)碾壓法、換填法、強(qiáng)夯法、振沖擠密砂樁、無填料振沖、強(qiáng)夯水泥攪拌樁、堆載預(yù)壓法等。不同的方法在造價(jià)、工期和處理效果等方面各有不同。因此，考慮粉細(xì)砂地基的實(shí)際情況，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)研究成果，合理選擇一種或幾種組合的地基處理方法，充分發(fā)揮自身的優(yōu)點(diǎn)，從而起到良好的加固作用，顯得格外重要。

沖擊碾壓法于20世紀(jì)80年代在國外開始投入生產(chǎn)使用，我國于1995年由南非引入。沖擊碾壓法是采用沖擊壓路機(jī)對(duì)地基或路基進(jìn)行加固的一種新方法。在沖壓過程中，利用位能落差和行駛動(dòng)能對(duì)工作面進(jìn)行靜壓、搓揉、沖擊，使得工作面及其以下土層不斷加固的方法。與其他地基處理方法相比，沖擊碾壓法不僅施工快，造價(jià)低，而且在提高淺層地基(2 m深度)承載力等方面效果顯著。目前，沖擊碾壓法已廣泛用于地基處理、路基壓實(shí)和路面破碎等領(lǐng)域。因此，筆者所在單位提出了采用沖擊碾壓處理粉細(xì)砂地基，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用和檢測(cè)。

2 沖擊碾壓法加固地基的工作原理

沖擊碾壓法是采用沖擊壓路機(jī)對(duì)地基土進(jìn)行沖擊碾壓，利用沖擊輪的沖擊和揉搓作用相結(jié)合的地基土壓實(shí)方法。沖擊壓路機(jī)由大馬力牽引機(jī)和沖壓輪組成，沖壓輪有正三邊、正四邊、正五邊等形狀。沖擊壓路機(jī)以一種的行駛速度進(jìn)行沖碾作業(yè)，每秒沖擊工作面2次，相當(dāng)于低頻率大振幅、周期性地沖擊工作面。對(duì)于正三邊形沖擊壓路機(jī)，其沖擊力一般為3×103～4×103kN，沖擊波向深層土體傳播，使得土體顆粒之間發(fā)生位移、變形和剪切，從而達(dá)到壓實(shí)土體、完成地基土層的沉降、減小工后沉降和提高地基承載力的目的。沖擊壓路機(jī)的沖擊能是由壓實(shí)輪的輪軸組件的質(zhì)量和壓實(shí)輪質(zhì)量半徑之差所產(chǎn)生的。其計(jì)算公式為：

式中：E為沖擊壓路機(jī)的沖擊能，kJ；m為沖擊壓路機(jī)輪軸組件的質(zhì)量，kg；g為重力加速度，9.8m/s2；h為壓實(shí)輪內(nèi)外半徑之差，m。

沖擊壓路機(jī)對(duì)工作面所產(chǎn)生的沖擊力與壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度有關(guān)，根據(jù)沖量計(jì)算公式得到其沖擊力N的計(jì)算公式：

式中：ν'為沖擊初線速度，m/s；ν為沖擊末線速度，m/s；t為沖擊作用時(shí)間，s。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝參數(shù)

為配合沖擊碾壓施工，粉細(xì)砂地基進(jìn)行了30 cm的清表工作，并在兩側(cè)挖了1 m深的臨時(shí)排水溝進(jìn)行排水和降水工作。地基清表后，采用20 t振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行穩(wěn)壓，首先靜壓2遍，速度控制在3 km/h，后用小振，振幅為0.9 mm，激振力為282 kN，碾壓2遍，速度為2～2.5 km/h，保證基底表面土質(zhì)壓實(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)施工的具體施工工藝及有關(guān)參數(shù)如下：

(1)工作面：粉細(xì)砂地基過于松散，承載力低，若沖擊壓路機(jī)直接在粉細(xì)砂地基上沖碾，極易導(dǎo)致地表破壞，以及施工機(jī)械沉陷，因此，沖碾前在粉細(xì)砂地基上鋪筑了40 cm的碎石土，為施工機(jī)械提供必要的工作面。為保證層面不積水，施工作業(yè)面設(shè)置了4%的排水橫坡。

(2)施工機(jī)械：沖擊碾壓處理粉細(xì)砂地基涉及的具體施工機(jī)械如表1所列。

表1 施工機(jī)械一覽表

(3)施工工序：施工準(zhǔn)備→路基清表→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓→鋪筑碎石土→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓→沖擊壓路機(jī)碾壓→整平場(chǎng)地→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓成型→按規(guī)范要求檢測(cè)彎沉值、壓實(shí)度。

(4)沖擊碾壓施工工藝流程：沖擊碾壓處理粉細(xì)砂地基的施工工藝流程如圖1所示。

圖1 沖碾施工流程圖

(5)沖擊碾壓速度：交通部發(fā)布的《公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南》中規(guī)定沖擊碾壓的行駛速度一般為8～12 km/h。為防止行駛速度過大，導(dǎo)致砂土振動(dòng)液化問題的產(chǎn)生，同時(shí)考慮工程進(jìn)度因素，現(xiàn)場(chǎng)采用10～12 km/h的沖擊碾壓速度。

(6)壓實(shí)區(qū)域：壓實(shí)區(qū)域應(yīng)覆蓋整個(gè)作業(yè)面。圖1中所謂的壓實(shí)1遍是指壓實(shí)輪輪跡依次排列并將整個(gè)作業(yè)區(qū)域基本覆蓋1遍且輪跡無需重疊。

(7)“彈簧土”現(xiàn)象：在沖擊碾壓處理粉細(xì)砂地基中，局部路段出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立刻停止施工。

(8)沖碾后工作：達(dá)到?jīng)_擊碾壓要求時(shí)，停止沖擊碾壓，將沖擊碾壓表面松散層，采用平地機(jī)平整場(chǎng)地，碾壓成型，形成4%路拱橫坡，向外側(cè)傾斜。碾壓根據(jù)先輕后重，然后再輕的原則進(jìn)行。碾壓分為初壓、終壓兩部分。初壓：用1臺(tái)20 t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓兩遍，靜壓，碾壓速度1.0～1.5 km/h。終壓：用1臺(tái)20 t振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，碾壓用小振，振幅為0.9 mm，激振力為282 kN，碾壓速度為2～2.5 km/h。若用大振，激振力為400 kN，碾壓完成后測(cè)量壓實(shí)度及彎沉值。

4 檢測(cè)內(nèi)容及結(jié)果

4.1 檢測(cè)內(nèi)容

為了準(zhǔn)確掌握沖擊碾壓處理粉細(xì)砂地基的效果，沖碾結(jié)束后，對(duì)地表沉降量、彎沉和壓實(shí)度進(jìn)行了檢測(cè)工作。沖碾結(jié)束的判定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)沖碾15遍后觀測(cè)地表總沉降量，再?zèng)_碾5遍后觀測(cè)地表沉降量，如16～20遍的沉降量不小于0.5 cm，則以5遍為一個(gè)檢測(cè)單元繼續(xù)沖碾直至達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)某個(gè)檢測(cè)單元沉降量不大于0.5 cm時(shí)，則對(duì)地基土進(jìn)行壓實(shí)度、彎沉、回彈模量等試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求或所施工的工程實(shí)際控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 檢測(cè)結(jié)果

4.2.1 地表沉降量

沖碾前、沖碾15遍后、沖碾20遍后的地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)如表2所列。

由表2可知，現(xiàn)場(chǎng)沖擊碾壓15遍后平均累計(jì)沉降量11.6 cm，20遍后平均累計(jì)沉降量12.02 cm，最后5遍沉降量為0.43 cm，滿足《公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南》和該項(xiàng)工程實(shí)際控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.2.2 彎沉測(cè)量值

現(xiàn)場(chǎng)采用5.4m貝克曼梁彎沉儀測(cè)試路基彎沉值，總測(cè)點(diǎn)48個(gè)，經(jīng)計(jì)算彎沉代表值為231.83(0.01 mm)，對(duì)應(yīng)路基回彈模量約為40 MPa，可以滿足基底承載力要求。

4.2.3 壓實(shí)度測(cè)量值

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，碎石土壓實(shí)度達(dá)到98%，滿足基底壓實(shí)度96%的要求。

5 結(jié)語

施工現(xiàn)場(chǎng)偶有“彈簧土”現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度，有待科研人員對(duì)此加以研究解決?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示，沖擊碾壓處理20遍后，粉細(xì)砂地基沉降量基本穩(wěn)定；基底的回彈模量和壓實(shí)度滿足規(guī)范的相關(guān)要求。沖擊碾壓處理粉細(xì)砂地基達(dá)到了預(yù)期效果。

表2 地表沉降觀測(cè)值一覽表

[1]交通部公路科學(xué)研究院.公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]JTG D30—2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

[3]宋憲國.沖擊碾壓技術(shù)處治軟土地基的應(yīng)用研究［J］.黑龍江交通科技，2012，(2).

[4]徐超，等.沖擊碾壓法處理粉土地基試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2011，(2).

[5]鄭仲深，丁建.沖擊式壓路機(jī)及其應(yīng)用［J］.鐵道建筑技術(shù)，2000，(4).