李宇佳
摘要:為研究濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)處治效果,文章依據(jù)實(shí)際工程,在濕陷性黃土地基處治前后開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析,通過(guò)分析沉降差和壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果,得出試驗(yàn)段沖擊壓實(shí)最佳碾壓遍數(shù)為30遍。通過(guò)分析動(dòng)力觸探試驗(yàn)和土工試驗(yàn)結(jié)果可知,沖擊壓實(shí)后地基土密實(shí)度提高、壓縮性下降,消除了濕陷性,整體穩(wěn)定性得到明顯提升。
關(guān)鍵詞:濕陷性黃土地基;沖擊壓實(shí);沉降;壓實(shí)度;壓實(shí)效果
中圖分類(lèi)號(hào):U418.5 A 26 081 3
0 引言
黃土具有一定的濕陷性,在遇水后,土體強(qiáng)度急劇下降[1],在自重和外界荷載的作用下,濕陷性黃土內(nèi)部骨架顆粒重新排列[2],在發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的同時(shí)產(chǎn)生較大的變形,進(jìn)而造成路基的變形破壞。一線(xiàn)工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中必須采取措施提高濕陷性黃土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,以有效控制工后變形。我國(guó)黃土分布廣泛,在公路施工過(guò)程中也積累了大量濕陷性黃土處治經(jīng)驗(yàn),但由于各地區(qū)濕陷性黃土的工程地質(zhì)特性具有較大的差異[3-4],各地濕陷性黃土處治方法并不能直接使用,必須結(jié)合當(dāng)?shù)貪裣菪渣S土工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果合理確定處治方案。本文結(jié)合濕陷性黃土地基處治實(shí)際工程,提出采用沖擊壓實(shí)法對(duì)地基土濕陷性進(jìn)行處理的方案,在沖擊壓實(shí)過(guò)程中對(duì)不同碾壓遍數(shù)下地基沉降差和壓實(shí)度進(jìn)行對(duì)比分析,合理確定碾壓遍數(shù),并在完工后開(kāi)展土工試驗(yàn)和動(dòng)力觸探試驗(yàn),分析確定地基土的沖擊壓實(shí)處治效果。
1 工程概況
某高速公路沿線(xiàn)途經(jīng)濕陷性黃土地區(qū),為合理制定處治方案,在勘察設(shè)計(jì)階段對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘測(cè)。根據(jù)勘察設(shè)計(jì)結(jié)果,對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的濕陷性黃土采用換填法、強(qiáng)夯法和沖擊壓實(shí)技術(shù)處理,消除其濕陷性。選取K37+206~K37+436段為試驗(yàn)路段,試驗(yàn)段場(chǎng)地平坦、高差小,地基表層為黃土狀亞黏土,厚度為5.8~7.5 m;下層為卵礫石,厚度為3.6~4.3 m;下伏基巖為白堊系粉砂巖。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣調(diào)查,該路段濕陷性黃土濕陷性系數(shù)δs=0.041,δzs=0.022,屬中等、Ⅱ級(jí)濕陷性黃土。該施工區(qū)域地下水較低,雨季地表水量較大,旱季干燥,地基受地下水影響較小。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn),得出黃土的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果,濕陷性黃土顆粒比重平均值為2.69,土壤中的粗粉粒、砂粒和黏粒比重比較均勻,顆粒比重變化范圍小,比較穩(wěn)定。濕陷性黃土干密度變異系數(shù)為0.05,變形性也較低,說(shuō)明濕陷性黃土均勻性較好。黃土的天然含水量變異性較高,雨季含水量較高,旱季蒸發(fā)量大,含水量相應(yīng)降低。黃土的壓縮系數(shù)變異性較高,不同深度土層壓縮系數(shù)和壓縮模量相差較大。根據(jù)濕陷性黃土物理力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果,地基土含水量、壓縮系數(shù)、壓縮模量和粘聚力變異性均較大,這也反映了地基土力學(xué)指標(biāo)的復(fù)雜性和不確定性。
2 濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)方案
K37+206~K37+436試驗(yàn)路段濕陷性黃土地基碾壓采用洛陽(yáng)晟路SD380+YCT32型沖擊壓路機(jī),其中SD380專(zhuān)用牽引車(chē)工作質(zhì)量為16 t,轉(zhuǎn)彎半徑為5 800 mm,最小離地間隙為360 mm,3個(gè)前進(jìn)擋1個(gè)倒退擋;YCT32沖擊輪為三邊形輪,沖擊能量為32 kJ,最小轉(zhuǎn)彎半徑為6 000 mm,最大爬坡坡度為25°,工作速度范圍為10~15 km/h。通過(guò)碾壓輪重復(fù)沖擊壓實(shí)作用,降低土體的空隙率,提高土體的密實(shí)度[5-6],降低滲透性和濕陷性。碾壓遍數(shù)最大取60遍,每碾壓10遍后采用水準(zhǔn)儀測(cè)量一次地基土的沉降量,利用核子密度儀檢測(cè)一次壓實(shí)度。在試驗(yàn)路段選取4個(gè)探井,沖擊壓實(shí)前后分別在不同深度進(jìn)行取樣,對(duì)土體孔隙比、濕陷性系數(shù)、含水量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),對(duì)比分析確定沖擊壓實(shí)效果。
3 濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)效果分析
3.1 沉降檢測(cè)結(jié)果分析
試驗(yàn)路段沖擊壓實(shí)前,進(jìn)行清表作業(yè),清除路面草皮、灌木,挖除種植土層,整平碾壓以形成施工作業(yè)面。按9~12 km/h的行駛速度,對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行沖擊壓實(shí)。按每40 m一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,在施工現(xiàn)場(chǎng)布置測(cè)點(diǎn),每個(gè)斷面選取一個(gè)測(cè)點(diǎn),每碾壓10遍進(jìn)行一次沉降監(jiān)測(cè),得出5個(gè)測(cè)點(diǎn)不同碾壓遍數(shù)沉降差變化曲線(xiàn)如圖1所示。
分析圖1可知,隨沖擊壓實(shí)遍數(shù)的增加,濕陷性黃土地基的沉降量不斷下降,碾壓10遍時(shí)沉降差最大,30遍以后沉降差相差較小,即沉降變形較小,說(shuō)明地基土基本穩(wěn)定。在碾壓30遍和碾壓40遍后,各測(cè)點(diǎn)沉降差均較小,在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下,確定沖擊壓實(shí)遍數(shù)為30遍較為合理。
3.2 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果分析
每碾壓10遍后,分別在路基左幅和右幅采用核子密度儀對(duì)地基土壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè),整理檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制不同沖擊壓實(shí)遍數(shù)下地基壓實(shí)度變化曲線(xiàn)如圖2所示。
分析圖2可知,隨碾壓遍數(shù)的增加,碾壓前期地基壓實(shí)度不斷提升,但當(dāng)碾壓遍數(shù)>30遍后,壓實(shí)度增長(zhǎng)較小,且在碾壓遍數(shù)達(dá)到50遍時(shí)出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象,此時(shí),左右兩幅濕陷性黃土地基壓實(shí)度已經(jīng)達(dá)到了94%以上,滿(mǎn)足地基土密實(shí)度要求。碾壓30遍后繼續(xù)碾壓,地基土壓實(shí)度沒(méi)有明顯提升,還出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象,因此進(jìn)一步說(shuō)明碾壓遍數(shù)選擇30遍是合理的。
3.3 動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果分析
按照上述試驗(yàn)確定的碾壓遍數(shù),對(duì)試驗(yàn)段沖擊壓實(shí)30遍的濕陷性黃土地基開(kāi)展動(dòng)力觸探試驗(yàn),與沖擊壓實(shí)前動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。動(dòng)力觸探試驗(yàn)深度為2 m,每隔0.1 m記錄一次擊實(shí)數(shù),沖擊壓實(shí)前從地基頂面以下0.1 m開(kāi)始記錄,沖擊壓實(shí)后從地基頂面以下0.4 m開(kāi)始記錄。整理檢測(cè)數(shù)據(jù)分別繪制地基沖擊壓實(shí)前后動(dòng)力觸探曲線(xiàn)如圖3所示。
分析圖3可知,碾壓后地基頂面以下1 m范圍內(nèi)擊實(shí)數(shù)明顯高于碾壓前,說(shuō)明路基土壓實(shí)度得到了有效提升。
3.4 地基土物理力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果分析
在沖擊壓實(shí)前后,在試驗(yàn)路段選取有代表性的探孔,取樣開(kāi)展土工試驗(yàn),對(duì)不同深度土層的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),收集檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制沖擊壓實(shí)前后地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比曲線(xiàn)如圖4所示。
分析圖4可知,沖擊壓實(shí)前后地基土的濕密度和干密度明顯提升,說(shuō)明壓實(shí)后地基土內(nèi)部多余的水分和空氣被排出,壓實(shí)度得到有效提升;地基土深度2 m以?xún)?nèi)孔隙比明顯下降,也說(shuō)明地基土壓實(shí)度得到了明顯提升;地基土壓縮系數(shù)明顯下降,壓縮模量明顯提高,說(shuō)明地基土壓縮性下降,穩(wěn)定性提高;另外,沖擊壓實(shí)后深度1 m以?xún)?nèi)的地基土濕陷系數(shù)降到0.015以下,說(shuō)明地基土濕陷性已經(jīng)消除??傊?,沖擊壓實(shí)后地基土物理力學(xué)指標(biāo)得到了明顯改善,地基土密實(shí)度提高、壓縮性下降,穩(wěn)定性提高,且消除了地基土的濕陷性。
4 結(jié)語(yǔ)
結(jié)合高速公路濕陷性黃土地基處治案例,通過(guò)在試驗(yàn)段開(kāi)展試驗(yàn)后合理確定沖擊壓實(shí)遍數(shù),對(duì)比沖擊壓實(shí)前后地基土的壓實(shí)度、動(dòng)力觸探擊實(shí)數(shù)、各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果,得出以下結(jié)論:
(1)地基土沉降量隨碾壓遍數(shù)的增加而增加,且0~20遍的沉降差增幅較大,但碾壓30遍以后增幅較小,初步確定最佳碾壓遍數(shù)為30遍。
(2)地基土壓實(shí)度總體隨碾壓遍數(shù)增加而增加,但碾壓30遍以后增幅較小,在碾壓遍數(shù)達(dá)到50遍時(shí)甚至出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象,進(jìn)一步說(shuō)明合理的碾壓遍數(shù)為30遍。
(3)碾壓后地基土不同深度擊實(shí)數(shù)均高于碾壓前,其中深度1 m以?xún)?nèi)最為明顯,說(shuō)明地基土壓實(shí)度得了有效提升。
(4)碾壓后地基土各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均得到了明顯提升,尤其以深度2 m以?xún)?nèi)最為明顯,說(shuō)明地基土物理力學(xué)性質(zhì)得到了明顯改善,濕陷系數(shù)下降到0.015以下,消除了地基土的濕陷性。
參考文獻(xiàn)
[1]許鴻澤.濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)加固處理分析[J].山西交通科技,2021(2):47-49.
[2]李 慶.沖擊壓實(shí)處理濕陷性黃土地基施工工法[J].交通世界(建養(yǎng).機(jī)械),2010(5):119-121.
[3]申紅杰.沖擊碾壓技術(shù)對(duì)濕陷性黃土地基處理的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(11):91-92.
[4]李 佳.沖擊壓實(shí)在公路濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用[J].北方交通,2009(2):5-6.
[5]張 吉.沖擊壓實(shí)法在濕陷性黃土地基處治中的應(yīng)用[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2008(6):85-87.
[6]王江龍.沖擊壓實(shí)在處理濕陷性黃土地基中的應(yīng)用[J].山西交通科技,2008(2):10-11,25.
收稿日期:2023-07-20