作者簡(jiǎn)介：程曉輝（1987—），助理工程師，研究方向：道路與橋梁施工。

摘要：濕陷性黃土地區(qū)只采用振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)不能有效消除黃土的濕陷性，工后容易產(chǎn)生不均勻沉降，造成路基路面結(jié)構(gòu)開裂破壞。為合理確定公路濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)方案，文章結(jié)合施工項(xiàng)目建立試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)分析，根據(jù)試驗(yàn)段地質(zhì)概況制定沖擊壓實(shí)方案，分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果后得出以下結(jié)論：在碾壓15遍地基時(shí)頂面沉降增加明顯，地基土壓實(shí)度、干容重得到明顯提升，但繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)改善效果不明顯；深度為90 cm以內(nèi)地基土物理力學(xué)指標(biāo)改善效果較好。因此，綜合分析確定最佳碾壓遍數(shù)為15遍，有效處治深度為90 cm。

關(guān)鍵詞：公路；濕陷性黃土地基；沖擊壓實(shí)；沉降；干容重

中圖分類號(hào)：U416.212

0 引言

黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，但遇水后容易軟化造成強(qiáng)度迅速下降^[1]，因此在黃土地區(qū)公路路基容易產(chǎn)生濕陷破壞。在我國(guó)，濕陷性黃土分布廣泛，在公路建設(shè)過程中，消除黃土的濕陷性是施工重點(diǎn)之一，以防在后期運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生路基沉降變形。沖擊壓實(shí)技術(shù)是通過大噸位壓實(shí)機(jī)械對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行反復(fù)碾壓^[2]，在沖擊作用下提升地基土的壓實(shí)度、降低孔隙比、消除濕陷性。我國(guó)學(xué)者經(jīng)過多年研究，已經(jīng)對(duì)濕陷性黃土地基處治形成了一套較為完善的處治方案^[3-4]，但由于各地濕陷性黃土工程地質(zhì)條件存在較大的差異，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際合理優(yōu)化沖擊壓實(shí)加固方案。本文以某高速公路濕陷性黃土地基處治為研究背景，該道路沿線分布有多處濕陷性黃土地基，濕陷等級(jí)較高，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況制定沖擊壓實(shí)加固方案，并在施工過程中開展檢測(cè)與評(píng)價(jià)，合理確定沖擊壓實(shí)施工參數(shù)，優(yōu)化加固方案。

1 試驗(yàn)段概況

某高速公路沿線地勢(shì)起伏大，相對(duì)高差為350～500 m，沿線地貌主要有堆積地貌、沖積平原地貌和侵蝕剝蝕構(gòu)造地貌三種。道路經(jīng)過多處階地，其中階地上部為黃土，下部為泥巖、砂巖，黃土厚度不均，濕陷程度差異也較大。通過現(xiàn)場(chǎng)勘探，確定K24+960～K26+750段濕陷性黃土等級(jí)為Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土，黃土層厚度為1.5～6.5 m，濕陷土層厚度為0～1.2 m。該路段地下水位較低，對(duì)濕陷性黃土地基的影響可忽略。本文選擇K25+500～K25+600段作為試驗(yàn)路段，路基填方高度為5.0～6.5 m，采用沖擊壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行加固處理。試驗(yàn)路段地貌為侵蝕性地貌，黃土厚度為2.0～15.0 m，濕陷層厚度為0.5～1.5 m。試驗(yàn)路段上部為種植土，腐殖質(zhì)含量高，施工前進(jìn)行清除。濕陷性黃土的含水量最大值為17.8%，最小值為8.6%，干密度最大值為17.246 kg/m³，最小值為14.452 kg/m³，孔隙比平均值為0.948，壓縮系數(shù)平均值為0.38 MPa^-1，壓縮模量為10.6 MPa，濕陷系數(shù)為0.025～0.066。

2 試驗(yàn)段濕陷性黃土沖擊壓實(shí)處治方案

濕陷性黃土地區(qū)只采用振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)不能有效消除黃土的濕陷性，工后容易產(chǎn)生不均勻沉降，造成路基路面結(jié)構(gòu)開裂破壞。相較其他處治方法，采用沖擊壓實(shí)技術(shù)具有施工工藝簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低、施工周期短等優(yōu)勢(shì)^[5]。采用沖擊壓實(shí)處治濕陷性黃土可以快速消除黃土的濕陷性，提高地基的穩(wěn)定性，但不宜用于厚度較大的濕陷性黃土地基。國(guó)外對(duì)沖擊式壓路機(jī)的研究和應(yīng)用較早，我國(guó)在20世紀(jì)90年代開始引進(jìn)和開發(fā)沖擊式壓實(shí)機(jī)具^[6]，現(xiàn)今已具有完善的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售體系。根據(jù)該項(xiàng)目K25+500～K25+600試驗(yàn)段地質(zhì)情況，擬采用沖擊壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行加固處理，消除地基土的濕陷性。具體施工方案如下：

（1）施工機(jī)具配備：

現(xiàn)場(chǎng)配備晟路LYSL25型沖擊式壓路機(jī)一臺(tái)、三一重工SY375H型挖掘機(jī)一臺(tái)、國(guó)機(jī)洛陽(yáng)TS100L-3履帶推土機(jī)一臺(tái)、三一重工SSR220C-8H壓路機(jī)一臺(tái)、徐工180平地機(jī)一臺(tái)、5 000 L灑水車一臺(tái)、自卸汽車5輛，以及一些小型施工機(jī)具。

（2）沖擊壓實(shí)方案：以路基中心線為分界，兩側(cè)分別布置沖壓車道，每個(gè)車道寬度3.5 m，沖擊壓實(shí)遍數(shù)為10～20遍。在沖擊壓實(shí)前對(duì)中線兩側(cè)地基頂面高程進(jìn)行測(cè)量，間隔距離為10 m，并取樣檢測(cè)土壤干重度。在沖擊壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到10遍、15遍、20遍后，整平路基后振動(dòng)碾壓密實(shí)，檢測(cè)沖壓車道各測(cè)點(diǎn)高程，分別取樣檢測(cè)土壤干重度。與沖擊壓實(shí)前干重度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，合理確定沖擊壓實(shí)遍數(shù)。通過對(duì)比各測(cè)點(diǎn)沖擊壓實(shí)前后高差，得出地基表面的沉降量；對(duì)比分析土樣干容重等指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果，確定沖擊碾壓對(duì)地基土的改善效果。同時(shí)，碾壓完成后對(duì)地基土壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，分析地基土的壓實(shí)效果。

3 濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)效果分析

3.1 壓實(shí)沉降觀測(cè)結(jié)果分析

在沖擊壓實(shí)過程中，為確定不同沖擊壓實(shí)遍數(shù)地基頂面沉降情況，分別在沖擊壓實(shí)10遍、15遍、20遍三種情況下對(duì)地基頂面高程進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算高差得到沉降量。本文取K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600五個(gè)斷面的觀測(cè)結(jié)果作為研究對(duì)象，并分析了距路基中線左右兩側(cè)10 m位置測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)沉降變化曲線如圖1和圖2所示。

分析圖1和圖2得出，隨沖擊壓實(shí)遍數(shù)的增加地基頂面沉降也隨之增加，且沖擊壓實(shí)遍數(shù)超過15遍后，沉降量增幅明顯減小。在沖擊壓實(shí)10遍后，路基左側(cè)各測(cè)點(diǎn)沉降量分布在5.9～6.8 cm，平均值為6.32 cm，沖擊壓實(shí)15遍后平均值增至9.54 cm，沖擊壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到20遍時(shí)沉降量平均值增至10.68 cm；右側(cè)各測(cè)點(diǎn)的沉降量分布在7.2～8.3 cm，平均值為7.62 cm，沖擊壓實(shí)15遍后平均值增至11.91 cm，沖擊壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到20遍時(shí)沉降量平均值增至12.67 cm。經(jīng)過對(duì)比分析，當(dāng)沖擊壓實(shí)遍數(shù)從10遍增加到15遍時(shí)路基左右側(cè)各測(cè)點(diǎn)沉降量平均增加了50.95%和56.27%；沖擊壓實(shí)遍數(shù)從15遍增加到20遍時(shí)各測(cè)點(diǎn)沉降量分別增加11.95%和6.35%，增幅明顯下降。因此，在考慮經(jīng)濟(jì)效益的條件下，可將沖擊壓實(shí)遍數(shù)初步定在15遍左右。

3.2 干重度檢測(cè)結(jié)果分析

在沖擊壓實(shí)遍數(shù)為10遍、15遍、20遍時(shí)，在K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600五個(gè)斷面取樣檢測(cè)土樣干容重。取樣深度分別為15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm，將各沖擊壓實(shí)遍數(shù)土樣干重度與沖擊壓實(shí)前土樣干重度進(jìn)行對(duì)比分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

分析圖3可知，在深度90 cm以內(nèi)，地基土干重度在沖擊壓實(shí)遍數(shù)從10遍增加到15遍時(shí)明顯提高，但在沖擊壓實(shí)遍數(shù)從15遍增加到20遍后，干重度有所下降。沖擊壓實(shí)遍數(shù)從10遍增加到20遍期間，深度為120 cm位置干重度變化幅度較小。與沖擊壓實(shí)前干重度為12.81 kN/m³相比，也有一定幅度增加。在沖擊壓實(shí)遍數(shù)從10遍增加到15遍后，不同深度土樣干重度均有所提升，深度為15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm時(shí)土樣干重度分別增加13.67%、26.11%、21.64%、14.41%、1.22%，而沖擊壓實(shí)遍數(shù)從15遍增加到20遍時(shí)，干重度有一定幅度下降。因此，沖擊壓實(shí)影響深度為90 cm左右，沖擊壓實(shí)遍數(shù)選擇15遍左右較為合適。

3.3 地基土物理力學(xué)指標(biāo)取樣分析

在沖擊壓實(shí)15遍后，于K25+550斷面取樣，送實(shí)驗(yàn)室以檢測(cè)地基土各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，并與試驗(yàn)前各深度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比分析結(jié)果如后頁(yè)表1所示。

由表1可知，在深度90 cm以內(nèi)地基土各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)改善效果明顯，90 cm以下變化幅度相對(duì)較小。處治后，不同深度孔隙比均有所下降，90 cm深度以上下降幅度較大，90 cm以下較小，深度為120 cm時(shí)下降幅度僅為0.007。同樣，壓縮系數(shù)也在深度為90 cm以上下降幅度較大，最大差值為0.45 MPa^-1（60 cm處），深度為120 cm處僅減小了0.11 MPa^-1。壓縮模量普遍提升，最大提升幅度為3.87 MPa（15 cm處）。深度90 cm以上的地基土濕陷系數(shù)均＜0.015，消除了濕陷性；深度為120 cm處濕陷系數(shù)為0.026，還具有濕陷性，說明沖擊壓實(shí)有效處治深度為90 cm左右。

3.4 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果分析

為了分析不同沖擊壓實(shí)遍數(shù)地基土的壓實(shí)度變化情況，在試驗(yàn)段K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600五個(gè)斷面選取測(cè)點(diǎn)，采用環(huán)刀法檢測(cè)壓實(shí)度，取樣深度分別為30 cm、60 cm和90 cm。分別在沖擊壓實(shí)前后進(jìn)行檢測(cè)，整理檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

分析圖4可知，在沖擊壓實(shí)后各深度土層壓實(shí)度均得到明顯提升，且隨深度增加壓實(shí)度不斷下降。沖擊壓實(shí)前地基壓實(shí)度較小，在沖擊壓實(shí)10遍后提升幅度較大，在15遍以后壓實(shí)度提升幅度有所下降，進(jìn)一步說明沖擊壓實(shí)遍數(shù)選擇15遍較為合理。

4 結(jié)語(yǔ)

為合理制定濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)方案，結(jié)合施工案例建立試驗(yàn)段開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行研究，分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）沖擊壓實(shí)遍數(shù)從10遍增加到15遍地基頂面各測(cè)點(diǎn)沉降量增幅較大，而從15遍增加到20遍增幅較小，初步確定最佳沖擊壓實(shí)遍數(shù)為15遍左右。

（2）在沖擊壓實(shí)遍數(shù)從10遍增加到15遍后，地基土樣干重度有一定幅度提升，而沖擊壓實(shí)遍數(shù)從15遍增加到20遍時(shí)則有一定幅度下降，得出沖擊壓實(shí)影響深度在90 cm左右，進(jìn)一步說明最佳沖擊壓實(shí)遍數(shù)為15遍左右。

（3）深度90 cm以內(nèi)，孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量具有較大改善，濕陷系數(shù)均＜0.015，消除了濕陷性，深度90 cm以上各指標(biāo)改善不明顯，還具有濕陷性，進(jìn)一步說明沖擊壓實(shí)有效處治深度為90 cm左右。

（4）在沖擊壓實(shí)遍數(shù)達(dá)到15遍以后，地基土壓實(shí)度提升幅度明顯下降，進(jìn)一步說明沖擊壓實(shí)遍數(shù)選擇15遍較為合理。

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