朱曉斌 張陳晨

(1.山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006; 2.黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030006;3.廣東嘉應(yīng)學(xué)院，廣東 梅州 514000)

1 概述

中國公路自然區(qū)劃的Ⅲ1a區(qū)(雁北張宣副區(qū))以及大型河流的一級階地廣泛分布有含砂低液限黃土。此類土既不同于粉性土，又有別于砂土，其在礦物組成、顆粒分布以及壓實(shí)機(jī)理方面均不同于一般土，具有獨(dú)特的工程特性［1］。該土細(xì)砂和粉粒含量較多，粗粒和粘粒含量較少，由于顆粒級配均勻，保水性差，在運(yùn)輸、攤平、碾壓工程中水分損失嚴(yán)重，再加上黃土地區(qū)水資源極為稀缺，氣候干燥，如在施工過程中應(yīng)用常用的壓實(shí)方法、控制指標(biāo)及施工工藝，含砂低液限黃土路基壓實(shí)度無法達(dá)到要求，在公路建成通車后路基會產(chǎn)生過大的沉降變形，導(dǎo)致路面開裂［2，3］。

在建神河高速位于含砂低液限黃土地區(qū)，路基壓實(shí)度經(jīng)常無法達(dá)到規(guī)定要求。本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)以及理論分析，選取K65+950～K66+120路段作為研究對象，開展了含砂低液限黃土地區(qū)路基重錘滿面夯實(shí)的效果研究，獲得創(chuàng)新性的學(xué)術(shù)研究成果，直接為神河高速公路路基的設(shè)計(jì)、施工提供指導(dǎo)和建議，以期能夠達(dá)到控制和節(jié)省工程建設(shè)投資，提高施工效率，保證公路運(yùn)營期間的安全，提高耐久性和延長使用壽命等目的，同時本研究可為黃土地區(qū)其他交通工程建設(shè)中遇到的相關(guān)問題以及公路、鐵路工程規(guī)范的修編提供參考依據(jù)，研究成果可在黃土地區(qū)推廣。

2 工程概況

2.1 神河高速概況

神河高速(靈河高速神池—河曲段)是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十一橫十一環(huán)”第三橫的重要組成部分，項(xiàng)目起點(diǎn)位于神池縣東湖鄉(xiāng)，設(shè)東湖樞紐與擬建原平—神池高速公路及西縱高速公路十字相接，終點(diǎn)位于河曲縣文筆鎮(zhèn)科村，與規(guī)劃的晉蒙黃河公路大橋相接，路線全長99.13 km，概算總投資81.55億元。

全線設(shè)互通式立交6處，服務(wù)區(qū)2處、停車區(qū)1處、匝道收費(fèi)站5處，養(yǎng)護(hù)工區(qū)2處、管理監(jiān)控分中心1處。同步建設(shè)神池西互通連接線(一級公路)0.9 km、三岔互通連接線(二級公路)4.9 km、偏關(guān)互通連接線(二級公路)13.96 km、河曲互通連接線(一級公路)4.2 km。主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，其中，K0+300～K41+330段設(shè)計(jì)速度采用100 km/h，路基寬度為26.0 m;K41+330至終點(diǎn)段設(shè)計(jì)速度采用80 km/h，路基寬度為24.5 m;橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級采用公路—Ⅰ級。

2.2 K65+950～K66+120試驗(yàn)路段概況

試驗(yàn)路段選擇在K65+950～K66+120段，全線170 m，所處高填方段最大填高76 m，路基填方近30萬m3，所需填料均由K65+500～K65+688路基挖方段調(diào)入，對土的顆粒進(jìn)行分析后結(jié)果顯示土的不均勻系數(shù)Cu＜5，土的級配較差。試驗(yàn)段所在標(biāo)段范圍內(nèi)沖溝發(fā)育，地形起伏較大，路基填方均處于V形溝，填方高度均在50 m以上。試驗(yàn)段填土基本試驗(yàn)參數(shù)見表1。

表1 神河高速K65+950～K66+120路段填土基本試驗(yàn)參數(shù)

3 路基重錘滿面夯實(shí)試驗(yàn)過程

3.1 試驗(yàn)原理

重錘夯實(shí)法利用重錘從高空自由下落時產(chǎn)生的沖擊能，使地面下一定深度內(nèi)土層達(dá)到密實(shí)狀態(tài)的地基處理方法，在黃土地區(qū)公路工程中使用較多［4］。有效夯實(shí)深度取決于錘重、錘底直徑、落距和土類，可分為表層夯實(shí)法和強(qiáng)力夯實(shí)法兩種。重錘夯實(shí)法可以提高地基承載力、消除濕陷性地基的濕陷現(xiàn)象［5］。

本文采用的夯實(shí)方法為表層夯實(shí)法。表層夯實(shí)法錘重與錘底面積的關(guān)系應(yīng)符合錘底面上的靜壓力為15 kPa～20 kPa的要求，適用于夯實(shí)厚度小于3 m、地下水位以上0.8 m左右的稍濕雜填土、粘性土、砂性土、濕陷性黃土地基［6］。由于錘體較輕、錘底直徑和落距較小，產(chǎn)生的沖擊能也較小，故有效夯實(shí)深度不大，一般為錘底直徑的一倍左右。夯實(shí)應(yīng)在最佳含水量條件下進(jìn)行，最佳含水量由室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)求得。當(dāng)土的天然含水量小于最佳含水量的2%以上時，應(yīng)向基坑加水至最佳含水量，基坑浸水一晝夜后方可夯實(shí)。當(dāng)含水量過大時，可在其上鋪設(shè)順?biāo)牧先绺赏?、生石灰、碎磚等或換土［7］。

3.2 試驗(yàn)?zāi)康呐c方法

本試驗(yàn)對神河高速K65+950～K66+120段填高為3 m的含砂低液限黃土路基填方進(jìn)行重錘滿面夯實(shí)，夯后測量填層下沉量及該3 m范圍內(nèi)的土體壓實(shí)度，通過對下沉量和壓實(shí)度變化的分析，確定重錘滿面夯實(shí)對該地區(qū)高填方減少工后沉降和保證質(zhì)量的有效度。試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，確定重錘滿面夯實(shí)對填方的擠密效果，并預(yù)測能否有效的減少工后沉降的風(fēng)險和保證工程質(zhì)量。

3.3 試驗(yàn)步驟

該試驗(yàn)開始日期為2012年5月10日，完工日期為2012年5月15日，共計(jì)6 d。具體工序安排如下:1)對填料進(jìn)行土工試驗(yàn)，確定填料的各項(xiàng)指標(biāo)，按確定的工藝參數(shù)和機(jī)械組合進(jìn)行路基填筑、壓實(shí)施工，以最后兩擊平均夯沉量小于20 mm控制，確保壓實(shí)度不小于93%，滿足設(shè)計(jì)要求。2)因該填方段目前施工作業(yè)面較小，每層填筑壓實(shí)完畢，隨機(jī)選取2個點(diǎn)采用灌砂法檢測其壓實(shí)度，壓實(shí)度不合格予以返工處理［8］。3)逐層施工至填高3 m，路基頂面應(yīng)平整，各點(diǎn)高差不大于2 cm，測量路基頂面12個點(diǎn)高程，其平均高程即為該段路基頂面標(biāo)高。4)采用單點(diǎn)夯擊能600 kN·m將該段路基頂面重錘滿面夯實(shí)，重錘滿面夯實(shí)采用帶自動脫鉤落錘裝置的35 t的液壓履帶式起重機(jī)，錘重15 t，其底面形狀為圓形，直徑2.3 m，按設(shè)計(jì)要求夯點(diǎn)搭接(1/4)D，見圖1。5)滿面夯擊完成，及時將夯坑推平平整，各點(diǎn)高差不大于2 cm，灑水碾壓至壓實(shí)度不小于93%，測量路基頂面12個點(diǎn)高程，其平均高程即為該段路基滿面夯擊后的頂面標(biāo)高，見圖2。6)選取4個點(diǎn)，采用灌砂法分別檢測原地面及原地面以下0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m 的壓實(shí)度。

圖1 重錘滿面夯實(shí)施工

圖2 重錘滿面夯實(shí)效果

3.4 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

1)施工過程中應(yīng)對填土方壓實(shí)度、平整度、橫坡、縱坡、寬度、中線偏位、縱斷高程、邊坡等各項(xiàng)參數(shù)及施工過程進(jìn)行詳細(xì)記錄并及時簽認(rèn)［9］;2)填筑完成標(biāo)高測量時，必須采用人工整平，保證路基頂面的平整，保證各點(diǎn)高差控制在2 cm之內(nèi);3)夯坑整平時不得另行上土，亦不能將浮土推至邊坡外，保證前后土方量的一致性，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和指導(dǎo)性;4)為了保證夯擊質(zhì)量，邊坡側(cè)需加寬1 m并同步壓實(shí);5)夯擊完畢整平碾壓后，檢測壓實(shí)度時，采用挖掘機(jī)配合人工開挖的方式進(jìn)行分層檢測，對檢測層不得擾動，確保檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

4 路基重錘滿面夯實(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1.1 試驗(yàn)前后路基下沉量

夯擊前后填層頂面標(biāo)高的變化為本次夯實(shí)路基的下沉量:

1)試驗(yàn)段分層填筑3 m后，頂面找平，12個點(diǎn)實(shí)測標(biāo)高分別為:1 258.078，1 258.098，1 258.222，1 258.318，1 258.286，1 258.288，1 258.292，1 258.314，1 258.253，1 258.237，1 258.164，1 258.112，平均高程為1 258.222;2)滿面夯擊完畢后，將夯坑推平，壓實(shí)整平后12 個點(diǎn)實(shí)測標(biāo)高分別為:1 258.028，1 258.093，1 258.243，1 258.301，1 258.275，1 258.186，1 258.211，1 258.301，1 258.121，1 258.201，1 258.031，1 257.990，平均高程為 1 258.165;3)增加滿面夯擊后路基本體夯沉量:1 258.222 －1 258.165=0.057 m，填高 3 m，夯沉率為 0.057/3*100%=1.9%。

4.1.2 試驗(yàn)前后擠密效果

取夯擊后不同深度壓實(shí)度的平均值的變化，分析夯擊對路基填層的擠密效果:1)分層填筑時，在原地面及原地面以下0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m 各選取 2 個點(diǎn)測得壓實(shí)度平均值分別為93.2%，93.3%，93.4%，93.3%，93.4%;2)滿面夯擊完成后，在原地面及原地面以下0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m 各選取4 個點(diǎn)測得壓實(shí)度平均值分別為 97.8%，97.2%，95.5%，95.3%，95.3%;3)增加滿面夯擊后壓實(shí)度增加值分別為:4.6%，3.9%，2.1%，2.0%，1.9%，平均值為 2.9%。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過對滿面夯擊前后路基頂面標(biāo)高的對比，在該地形及填料條件下滿面夯實(shí)對減小高填方路基工后沉降有顯著的效果，尤其是在工期緊，不能預(yù)留足夠的工后沉降的情況下，增加滿面夯擊效果明顯也非常有必要;通過對滿面夯擊前后相同高度處的壓實(shí)度檢測結(jié)果的對比，增加滿面夯擊不會影響已填筑的路基質(zhì)量，相反對路基壓實(shí)有一定的擠密效果，更能保證路基質(zhì)量。通過該試驗(yàn)，在該地形及填料條件下路基填筑每填高3 m增加滿面夯擊能有效減小路基工后沉降，對路基下層的擠密壓實(shí)也有一定的積極作用。

5 結(jié)語

1)闡述了含砂低液限黃土路基重錘滿面夯實(shí)試驗(yàn)的原理、試驗(yàn)?zāi)康呐c方法，并根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，論述了試驗(yàn)步驟和在試驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題;2)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:重錘滿面夯實(shí)可以有效減小含砂低液限黃土高填方路基工后沉降，還可以有效提高路基壓實(shí)度。

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