谷亮

韶關(guān)市城鄉(xiāng)規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院 廣東 韶關(guān) 512000

引言

我國于19世紀(jì)90年代引入沖擊碾壓技術(shù)，由于其效能高、工期快、造價(jià)低的技術(shù)特點(diǎn)，近年來已廣泛應(yīng)用于各種不良地質(zhì)的處理及壓實(shí)。沖擊碾壓作用機(jī)理是滾輪下落的重力勢(shì)能與抬升過程中輪部邊緣產(chǎn)生的擠壓作用結(jié)合，通過不斷的沖擊及擠壓達(dá)到加固效果。目前國際及國內(nèi)主流沖擊壓路機(jī)類型為三角形，沖擊能量為25KJ為主，其余還有四邊形及五邊形，沖擊能量以20KJ、15KJ為主。從近些年已實(shí)施工程實(shí)例來看，不同型號(hào)及類型的沖擊壓路機(jī)有其各自優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)沖擊量能最大，適合于路基沖壓及軟基處理，對(duì)路基承載力及壓實(shí)度提高作用十分明顯[1]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，25KJ三角形沖擊壓路機(jī)處理深度約為150cm。

1 工程概況

項(xiàng)目位于韶關(guān)市某工業(yè)園區(qū)外圍，是園區(qū)內(nèi)的主要通道，道路等級(jí)為次干路，紅線寬度25m，雙向四車道。項(xiàng)目緊鄰河畔，地下水位較高，距地表深度約1.2m。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和鉆探揭露，表層地基為粉質(zhì)砂土，厚度約3～5m，顆粒呈松散狀，分布不連續(xù)，該土層做標(biāo)貫試驗(yàn)6次：修正擊數(shù)范圍值N=7.1～9.3擊、平均值N=8.5擊、標(biāo)準(zhǔn)差0.797、變異系數(shù)0.094、統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)0.923、標(biāo)準(zhǔn)值N=7.8擊，土的承載力低，工程性能較差。未經(jīng)處理不能作為擬建道路基礎(chǔ)持力層，地基承載力特征值在80～100Kpa之間，該土層多易于開挖，自穩(wěn)性差；底層地基為圓礫，厚度約5～7m，顆粒呈密實(shí)狀，分布連續(xù)，圓礫層的重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)參與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)106個(gè)，修正擊數(shù)范圍值N63.5=2.6～12.7擊，平均值N63.5=6.2擊，標(biāo)準(zhǔn)差2.658，變異系數(shù)0.427，統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)0.929，標(biāo)準(zhǔn)值N63.5=5.8擊。土的承載力中等，壓縮性低，通?？梢灾苯幼鳛榈缆烦至樱鼗休d力特征值約200Kpa。

表1 地基土層物理力學(xué)指標(biāo)

為保證工程方案科學(xué)合理，應(yīng)從工程投資、處理效果、施工工期、對(duì)環(huán)境影響等方面進(jìn)行綜合考慮，擬定適宜的方案。目前地基處理常用方法主要有：換填墊層法、堆載預(yù)壓法、水泥攪拌樁、強(qiáng)夯法、沖擊碾壓等。各種地基處理方法優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見下表：

表2 地基處理方法比較表

本項(xiàng)目施工工期緊，不適宜采用堆載預(yù)壓法。加之項(xiàng)目周邊村落較多，強(qiáng)夯法對(duì)周邊建筑及居民均有影響，同時(shí)由于砂土地基深度超過3m，本著經(jīng)濟(jì)適用的原則，擬定采用經(jīng)濟(jì)性更好的沖擊碾壓法處理地基[2]。

2 工程方案

發(fā)展至今沖擊碾壓技術(shù)雖然已比較成熟，但不同地區(qū)的土質(zhì)，設(shè)備型號(hào)，外部環(huán)境、施工工藝及質(zhì)量控制等也不相同，為保證碾壓工藝具有針對(duì)性及適用性，正式施工前應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過分析研究，制定適宜的碾壓方案。

本項(xiàng)目試驗(yàn)段位于道路起點(diǎn)附近，具體樁號(hào)里程為DK0+20～DK0+220，長(zhǎng)200m，寬30m。實(shí)驗(yàn)段的目的是為了確定適合的沖擊碾壓設(shè)備型號(hào)、施工工藝、檢測(cè)方法及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)段內(nèi)容主要包括檢測(cè)項(xiàng)目及碾壓遍數(shù)，其中必做檢測(cè)項(xiàng)目包括沉降量、壓實(shí)度及貫入值，選做項(xiàng)目包括土的物理力學(xué)參數(shù)及承載力，本次項(xiàng)目土的物理力學(xué)參數(shù)參照勘察報(bào)告，并選做地基承載力實(shí)驗(yàn)，碾壓遍數(shù)則根據(jù)沉降量進(jìn)行控制。

2.1 降水系統(tǒng)

由于項(xiàng)目區(qū)域毗鄰水域，地下水位較高，根據(jù)地質(zhì)情況及現(xiàn)狀地貌，擬定采用井點(diǎn)降水法進(jìn)行降水，降水系統(tǒng)由管井、潛水泵、出水管、排水總管、地面排水系統(tǒng)等組成，通過降低地下水位高度，減少孔隙水壓力，提升沖擊碾壓效果。降水井點(diǎn)布置在碾壓區(qū)域兩側(cè)，間距15m，深度為6.5m，同時(shí)在兩側(cè)布置水位觀測(cè)井，用于監(jiān)測(cè)地下水位的變化情況，間距50m，深度5m。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

沉降量是確定碾壓效果的主要指標(biāo)，清表后鋪筑30cm厚碎石層，并在表面間隔30m埋設(shè)用于監(jiān)測(cè)地表沉降的沉降釘，為方便觀察沉降釘可系上彩色布條進(jìn)行標(biāo)示，檢測(cè)點(diǎn)樣本個(gè)數(shù)不小于20個(gè)[3]。

圖1 降水及檢測(cè)系統(tǒng)布置圖

2.3 碾壓方案

砂土在振動(dòng)荷載作用下會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，主要是因?yàn)樵谕饬ψ饔孟峦令w粒被擠密壓實(shí)，顆粒間孔隙減小，存在與土體內(nèi)部的孔隙水來不及消散，孔隙水壓力急劇升高，土體抗剪能力降低甚至消失，土體由固體向液態(tài)轉(zhuǎn)換，地基承載力大幅下降。因此，碾壓過程中的關(guān)鍵是控制孔隙水壓力，通過降低土體含水量來降低孔隙水壓力。

設(shè)計(jì)采用三角形沖擊壓路機(jī)，沖擊能量為25KJ，處理范圍路堤段為坡腳外1m，路塹段為坡腳，沖擊碾壓速度控制在10～12km/h。沖擊碾壓前應(yīng)調(diào)查清楚施工范圍內(nèi)的地下管線及構(gòu)造物，如無法遷移應(yīng)根據(jù)構(gòu)造物特點(diǎn)控制適宜的保護(hù)距離和制定相應(yīng)的保護(hù)方案，對(duì)特殊困難路段可通過降低行駛速率并增加碾壓遍數(shù)的進(jìn)行處理。為降低土體含水率，首先開啟管井降水系統(tǒng)，將地下水抽至兩側(cè)排水溝引入現(xiàn)狀水系，通過水位監(jiān)測(cè)井觀察水位，待地下水位降至地表以下4m時(shí)，方可進(jìn)行沖擊碾壓，碾壓過程中隨著沖擊荷載的作用，地下水位會(huì)逐漸上升，應(yīng)注意觀測(cè)地下水位高度。當(dāng)?shù)叵滤痪嚯x地表高度接近1.5m時(shí)，暫停沖擊碾壓，待地下水位降低，孔隙水壓力消散后再恢復(fù)沖擊碾壓。

碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地表沉降量來控制，通常不少于20遍，沖擊碾壓前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高、貫入值及壓實(shí)度測(cè)量，其后每5次碾壓進(jìn)行一次標(biāo)高測(cè)量，每10次碾壓進(jìn)行一次貫入值及壓實(shí)度測(cè)量。最后5遍沉降量10mm方可結(jié)束碾壓。沖擊碾壓達(dá)到設(shè)計(jì)碾壓遍數(shù)后應(yīng)檢測(cè)地基承載力及壓實(shí)度檢測(cè)，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及相關(guān)規(guī)范要求，處理后地基承力應(yīng)不小于120Kpa，1.2m深度范圍內(nèi)砂土的壓實(shí)度不低于92%，如不滿足要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)壓補(bǔ)測(cè)，直至檢測(cè)結(jié)果合格[4]。

2.4 檢測(cè)結(jié)果

地表沉降量應(yīng)按要求及時(shí)記錄，測(cè)量?jī)x器可采用水準(zhǔn)儀測(cè)定，測(cè)量精度≤1mm，測(cè)量結(jié)果如下圖所示：

圖2 沉降量與碾壓次數(shù)對(duì)應(yīng)圖

地基承載力檢驗(yàn)通過靜載荷試驗(yàn)并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合判定。貫入值采用動(dòng)力圓錐貫入儀（DCP）進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于6個(gè)。壓實(shí)度采用挖坑灌砂法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于4個(gè)，檢測(cè)結(jié)果見下表：

表3 沖擊碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系表

表4 沖擊碾壓遍數(shù)與貫入值（DN）關(guān)系表

表5 地基土承載力處理前后對(duì)比表

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，沖擊碾壓法處理砂土地基效果顯著，在最后5遍沖擊碾壓完成后，地表沉降已不足1cm，達(dá)到了地基土加固目的。實(shí)驗(yàn)段經(jīng)過沖擊碾壓后，地基承載力大于120Kpa，壓實(shí)度大于92%，相關(guān)參數(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求[5]。

3 結(jié)束語

目前項(xiàng)目已竣工通過，運(yùn)營(yíng)期間道路沉降滿足規(guī)范及使用要求。因此，采用合理的沖擊碾壓施工工藝處理砂土地基是可行的，可以顯著提高路基承載力及壓實(shí)度。其中控制地下水位高度及孔隙水壓力是關(guān)鍵，井點(diǎn)降水法能夠有效降低土層含水量，消散空隙水壓力，保證沖擊碾壓處理效果。