趙劍

摘要：針對鐵路軟土地基施工中出現(xiàn)工后沉降的問題，結(jié)合京包鐵路集寧至包頭增建第二雙線工程實際，介紹了沖擊碾壓施工工藝，探討了沖擊碾壓處理松軟土地基的有效性以及對路基施工質(zhì)量的影響，處理中與壓實度、沉降量、含水量等相關(guān)參數(shù)的關(guān)系。施工實踐表明：沖擊碾壓工藝的施工具有效率高、過程便捷、受外界天氣影響小的特點?？商岣哕浲恋鼗穆坊鶋簩嵍群驼w的穩(wěn)定性，減少路基工后沉降，縮短了路基施工工期，提高了路基工程質(zhì)量，從而取得良好的經(jīng)濟和社會效益，確保鐵路的使用性能要求。為今后鐵路地基沖擊碾壓的方案選擇積累了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：地基處理；松軟；沖擊碾壓；彈簧土

0.引言

沖擊碾壓是地基處理的一項新施工工藝，已經(jīng)較廣泛地運用在高速公路的施工過程中，然而只是在近幾年才逐漸在鐵路施工建設(shè)過程中開始運用，與傳統(tǒng)壓實機械相比，其壓實效率高、費用低，特別是在處理淺層軟弱土地基時有明顯優(yōu)勢。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，筆者將以京包鐵路集寧至包頭增建第二雙線工程為例，結(jié)合現(xiàn)場實踐，探討沖擊碾壓法處置松軟土地基的有效性，并提出相應(yīng)的施工工藝。京包鐵路集包增建第二雙線工程路基部分施工段落為松軟土地基，淺層天然地基承載力不足120kPa，采取了沖擊碾壓法處理軟土地基承載力低的問題。

1.工程簡介

（1）工程概況

京包鐵路集寧至包頭增建第二雙線工程松軟土地基分布較為廣泛，線路行進(jìn)在大青山山前沖洪積傾斜平原，軟土主要分布于大青山山前傾斜平原低洼區(qū)，里程范圍DK677+300-DK769+300，該段地勢較低，沿線分布的第四系淺層黏性土、粉土地層，承載力較低，沉降變形較大，淺層天然地基承載力不足120kPa，不同的地形地貌單元其分布的厚度變化較大，軟土呈透鏡體狀分布，段落不長，一般埋深為0-5m，厚度1～3，5m，位于地下水位以上1-2m范圍內(nèi)。主要類型為承載力較低的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，其主要特點含有機質(zhì)，天然含水量大于液限，壓縮性高，在普通工程機械連續(xù)碾壓下，會造成路面翻漿、變形，個別路段分布有小范圍的彈簧土。結(jié)合地層和地下水的情況，根據(jù)地基承載力情況，采用沖擊碾壓對地基進(jìn)行處理，個別小范圍彈簧土地段采用換填結(jié)合沖碾處理。

（2）彈簧土現(xiàn)狀

集寧至包頭增建第二雙線工程松軟土地基分布較為廣泛，DK674+500-DK769+300里程段內(nèi)沿線不連續(xù)分布有小范圍的彈簧土路段，地下水位較高，含水量大，且超過最佳含水量7%左右。通過實地勘測取樣，彈簧土層的平均深度達(dá)到0.7m左右，為保證路基本體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)病害，必須對該段落的的彈簧土進(jìn)行開挖，填筑砂夾石處理。

（3）地基質(zhì)量的要求

設(shè)計文件說明中是對原地面進(jìn)行沖擊碾壓，沖擊壓實最后5遍的原地面沉降量不得大于1cm，壓實面下1m深度范圍內(nèi)的土的壓實度不低于90%，地基系數(shù)大于110MPa/m。工后沉降量執(zhí)行《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》（TBl0001-2005），一般地段不大于20cm，年沉降速率小于5mm/年。

2.沖擊碾壓的原理及施工設(shè)備

（1）沖擊碾壓技術(shù)的原理

沖擊碾壓技術(shù)是通過沖擊式壓實機，壓實輪在牽引機拖動行駛滾動中產(chǎn)生集中的沖擊能，然后加以滾壓、揉壓的共同作用，土石顆粒相互之間位移、變形和剪切，隨著沖擊波的傳播從而達(dá)到壓實土體深層的目的，它是一項重大的技術(shù)性革新。其與振動壓路機相比而言具備了多重優(yōu)勢，譬如沖擊力極高（沖擊力前者是輪自重的33倍，激振力后者為輪自重的2-3倍）、有效壓實深度更深（前者深于1.5m，后者是0.4-0.7m）、速度行駛更快（前者是12-15km/h，后者是3-4km/h）、高效率、工程低造價、應(yīng)用范圍廣等等。上述優(yōu)點能夠有效地提高地基強度、增強穩(wěn)定性和均勻性、減少工后沉降、防止不均勻沉陷。

（2）沖擊壓路機的選擇

結(jié)合相似工程的施工經(jīng)驗，三邊形雙輪沖擊壓路機有效影響深度大，超過1.5m，能量大，達(dá)到25kJ；五邊形雙輪沖擊壓路機其有效影響深度小，不足1.0m，能量小，僅15kJ；四邊形單輪沖擊壓路機，主要用于破碎舊水泥混凝土路面，在我國數(shù)量不多。根據(jù)線路設(shè)計資料的顯示，地基土體2.0m以內(nèi)是粉質(zhì)粘土，將清理約0.2m厚的表層土后，需要加固的土體厚度多數(shù)也在1.5m以內(nèi)，因此只有采用圖1所示的三角形雙輪沖擊式壓路機在試驗，如表1所示3YCT32型沖擊壓路機的基本尺寸，不必使用其它多邊形沖擊壓路機。在施工之前，應(yīng)先對沖擊力進(jìn)行檢查，確保其外形尺寸和工作質(zhì)量滿足施工要求。

3.施工工藝流程

沖擊碾壓施工工序為：平整場地-測量-首次沖擊碾壓（5遍）-對高程進(jìn)行檢測-換填不合格土層-二次沖擊碾壓（至15遍后）-再對高程進(jìn)行檢測-換填不合格土層-再次沖擊碾壓（至30遍后）-最后檢測高程-振動碾壓機平整碾壓-進(jìn)行最終試驗檢測。

（1）準(zhǔn)備工作

根據(jù)測量放樣資料，在沖擊碾壓施工前對場地進(jìn)行整平、靜壓、振壓的處理，從而達(dá)到場地平整、密實的效果。采用推土機對施工現(xiàn)場土坎、溝槽等予以整平，使表面凹凸相差低于100mm，坡度小于4%，將較大石塊等硬質(zhì)突出物予以清除，并填平坑穴等，防止基底積水。

沖擊碾壓施工前，首先對原地面清表20cm，然后測量地面高程，進(jìn)行碾壓面以下1m處重型動力觸探試驗、地基系數(shù)K30及壓實系數(shù)K的檢測，完成后再進(jìn)行沖擊碾壓施工。為了便于沖擊碾壓設(shè)備碾壓行走，沖擊碾壓前應(yīng)采用光輪壓路機將施工區(qū)碾壓密實。通過灑水的方式，對土壤的低含水量進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最佳含水量±3%。

（2）沖擊碾壓施工工藝

沖擊壓路機采用來回錯輪的方式進(jìn)行沖擊碾壓，從經(jīng)濟角度考慮沿著固定的路線行駛最為合理。沖碾順序應(yīng)符合“先兩邊、后中間”的次序，每沖碾1遍，整個場地必須全部碾壓一次。每遍第1圈出發(fā)時外輪外邊與場地外邊線緊貼通過，回來時內(nèi)輪外邊與場地中心線緊貼通過：第2圈走行時，外輪中心線沿著第1圈兩輪內(nèi)邊距中央碾壓，即理論沖碾雙邊間隙各0.13m；第3圈走行時，外輪外邊沿著第2圈內(nèi)輪的外邊線通過，如此進(jìn)行錯位沖碾，直至第1遍完成。進(jìn)行第2遍時，按照第1遍碾壓的軌跡，滾輪向內(nèi)移動0.2m，這樣第1遍沖碾留下的輪跡空隙全部被覆蓋。第3遍與第1遍的輪跡相同，按照以上工藝碾壓直至完成最終遍數(shù)。機械行駛過程按順時針與逆時針方向各5遍進(jìn)行交換作業(yè)。

按以上步驟連續(xù)沖擊碾壓直至最后5遍，其沉降量不大于1cm時，對設(shè)計要求的項目進(jìn)行檢測。

（3）彈簧土地段處理

經(jīng)過沖擊壓路機對試驗區(qū)進(jìn)行5遍沖擊碾壓后，若出現(xiàn)多處“彈簧土”現(xiàn)象，部分地段有淤泥擠出，用砂夾石將表層30-100 cm深“彈簧土”進(jìn)行換填，繼續(xù)沖擊碾壓至15遍后產(chǎn)生多處“彈簧土”現(xiàn)象，同樣的方法進(jìn)行處理，繼續(xù)沖壓至30遍，彈簧土分布區(qū)整體固實，不再發(fā)現(xiàn)“彈簧土”和淤泥擠出現(xiàn)象。

（4）施工注意事項

施工過程中，通過灑水的方式，對土壤的低含水量進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最佳含水量±3%。若壓實機的行進(jìn)速度受到輪跡過深而影響，采用推土機平整后再繼續(xù)沖碾。

在碾壓施工中，所產(chǎn)生的沖擊力較大，因此沿線的構(gòu)造物和房屋等應(yīng)滿足水平安全距離的要求，如果條件受限無法滿足距離要求時，應(yīng)在施工路段內(nèi)設(shè)置隔震溝，其寬度為0.5m，深度為1.5m。

壓路機的操作機手應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)之后方可上機操作。在施工過程中，應(yīng)安排專人進(jìn)行指揮，并詳細(xì)的記錄施工相關(guān)的數(shù)據(jù)。

4.施工過程質(zhì)量控制

（一）進(jìn)行試驗檢測

地基沉降變形會直接導(dǎo)致路基沉降變形，要想減少路基沉降必須做好地基處理，該施工區(qū)段通過試驗檢測地基壓實度、沉降量以及地基承載力，來檢驗沖擊碾壓處置軟土地基的效果?，F(xiàn)在該施工區(qū)段取其中150m抽樣檢測路基基底施工質(zhì)量，結(jié)果詳見表2。

（二）總結(jié)

（1）土體的含水率

因地基表面一下50cm范圍內(nèi)的土體含水率對沖擊碾壓的效果具有較大影響。為保證施工質(zhì)量及工作效率，根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果沖碾施工前必須控制土體的含水率控制在4%左右。

（2）碾壓的遍數(shù)

依據(jù)設(shè)計要求沖擊碾壓最后5遍的沉降量不得大于1cm及測量數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，沖擊碾壓完成30遍后，表面1m以下深度范圍內(nèi)地基的壓實系數(shù)及地基系數(shù)均滿足基床以下路堤填料的壓實標(biāo)準(zhǔn)，所以此種軟土地基最佳碾壓遍數(shù)為30遍。

（3）碾壓的方式

施工本著先兩邊、后中間的順序，從路基的一側(cè)向另一側(cè)順時針走行，每走行一遍輪跡搭接但不重疊整個路基表面，依此循環(huán)作業(yè)。

（4）碾壓的速度

施工過程中想要達(dá)到達(dá)到最佳的工作效率，根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果分析，碾壓速度控制在12km/h左右時沖擊碾壓效果最好。

5.結(jié)語

根據(jù)京包鐵路集包第二雙線工程路基沖擊碾壓的施工實踐及淺層松軟土地基的特殊性，沖擊碾壓30遍后，地基能夠滿足施工壓實度要求，地基的最后碾壓成形沉降量較小，局部換填結(jié)合沖擊碾壓加固深度30-100 cm深范圍內(nèi)粉質(zhì)粘土及彈簧土地基承載力滿足設(shè)計要求，保證了地基的穩(wěn)定性。沖擊碾壓地基處理技術(shù)能夠有效的提高地基的整體強度及承載力，有利于降低工后沉降。

沖擊碾壓是一種有效的不均勻軟弱地基處理方法，也具有效率高、過程便捷、受外界天氣影響小、成本經(jīng)濟等優(yōu)點。在集包增建第二雙線工程淺層黏性土、粉土地層松軟土地基處理的應(yīng)用及總結(jié)的相關(guān)經(jīng)驗，對類似松軟地基處理過程，具有一定的指導(dǎo)意義。