沖擊碾壓和強(qiáng)夯法在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用

周廣利

1 概述

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，以前很少遇見的濕陷性黃土特殊路基現(xiàn)在也多了起來，為了更好地了解和知道濕陷性黃土路基的處理方法，本文通過對(duì)濕陷性黃土的特性、沖擊碾壓和強(qiáng)夯法的介紹，以使大家對(duì)濕陷性黃土路基的處理方法設(shè)計(jì)要點(diǎn)有所了解。

2 濕陷性黃土

1)濕陷性黃土的工程特性。濕陷性黃土顆粒中粉粒達(dá)55%以上，粘粒大部分被膠結(jié)成集粒或在砂粒及粗粉粒的表面。由于排列比較疏松、接觸連接點(diǎn)較少，構(gòu)成一定數(shù)量的架空孔隙，并且接觸連接處沒有或只有少量固結(jié)物質(zhì)，從而使其具有特殊的工程特性——濕陷。

由于濕陷性黃土具有大孔隙及垂直節(jié)理等特殊構(gòu)造，故其垂直方向的滲透性較水平方向大，土體經(jīng)壓實(shí)后大孔構(gòu)造被破壞，其透水性也大大降低。此外，粘粒的含量會(huì)影響濕陷性黃土的滲透性，而對(duì)地基工程產(chǎn)生一定的影響。

2)濕陷性黃土的濕陷等級(jí)。應(yīng)根據(jù)濕陷量的計(jì)算值和自重濕陷量的計(jì)算值等因素確定。濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)見表1。

表1 濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí) mm

濕陷性黃土路基的變形有壓縮變形和濕陷變形兩種。壓縮變形由公路路基及其構(gòu)造物的荷載引起，隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸衰減，并很快趨于穩(wěn)定。濕陷變形則是地基被水浸后所引起的一種附加變形，往往具有局部性和突發(fā)性，而且濕陷變形很不均勻，對(duì)公路路基及其構(gòu)造物的危害較大。

3 沖擊碾壓和強(qiáng)夯法在濕陷性黃土處理中的適用性

1)沖擊碾壓。沖擊碾壓工藝就是采用多邊形沖擊式壓路機(jī)在沖擊荷載作用下，對(duì)地基進(jìn)行壓實(shí)加固的工藝[3]。沖擊碾壓的突出特點(diǎn)是其沖擊碾壓處理速度快，沖擊壓實(shí)機(jī)行駛速度為12 km/h～15 km/h，壓實(shí)效果好。有效壓實(shí)深度為1.5 m，其影響深度可達(dá)4.0 m。對(duì)于濕陷性等級(jí)為Ⅰ級(jí)～Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土和Ⅰ級(jí)自重濕陷性黃土，可采用沖擊碾壓處理。2)強(qiáng)夯法。強(qiáng)夯法:又稱動(dòng)力固結(jié)法，是用起重機(jī)械將8 t～40 t夯錘起吊到6 m～25 m高度后，自由落下，給地基以強(qiáng)大的沖擊能量的夯擊，使土中出現(xiàn)沖擊波和沖擊應(yīng)力，迫使土體孔隙壓縮，土體局部液化，在夯擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和氣體逸出，使土粒重新排列，經(jīng)時(shí)效壓密達(dá)到固結(jié)，從而提高地基承載力，降低其壓縮性的一種有效地基加固方法[4]。強(qiáng)夯法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。一般情況下，對(duì)濕陷性等級(jí)為Ⅱ級(jí)以上自重濕陷性黃土，可采用強(qiáng)夯法進(jìn)行處理。

4 沖擊碾壓和強(qiáng)夯法在處理濕陷性黃土中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 沖擊碾壓

1)根據(jù)擬建項(xiàng)目的工程地質(zhì)勘察資料和水文資料，對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行濕陷等級(jí)劃分和影響深度劃分，從而確定沖擊碾壓的適宜性和設(shè)計(jì)處理或影響深度。沖擊碾壓有效壓實(shí)深度為1.5 m，影響深度可達(dá)4.0 m。2)機(jī)具的選取:沖擊壓實(shí)機(jī)械一般采用25 kJ沖擊式壓實(shí)機(jī)，其速度必須控制在10 km/h～15 km/h之間。3)沖擊碾壓范圍:根據(jù)地勘和路線走向確定要處理的濕陷性路基路段。4)沖擊碾壓夯坑和沖擊遍數(shù):沖擊夯坑均按梅花形散布，縱橫向輪跡交錯(cuò)，橫向輪跡重疊20 cm。沖擊遍數(shù)根據(jù)處理深度和強(qiáng)度確定，一般為10遍～20遍，具體遍數(shù)通過試驗(yàn)段來確定。

4.2 強(qiáng)夯法

1)根據(jù)項(xiàng)目的工程地質(zhì)勘察資料和水文資料，對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行濕陷等級(jí)劃分和影響深度劃分，從而確定強(qiáng)夯法的適宜性和設(shè)計(jì)夯實(shí)厚度。2)強(qiáng)夯能級(jí)就是滿足強(qiáng)夯處理厚度，其值的選取主要與強(qiáng)夯地基處理厚度或強(qiáng)夯有效加固深度有關(guān)。強(qiáng)夯能級(jí)的選取可以參考《強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基規(guī)程》中根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)給出的夯實(shí)厚度與強(qiáng)夯能級(jí)的關(guān)系。3)夯擊點(diǎn)位置可根據(jù)基底平面形狀，采用等邊三角形、等腰三邊形或正方形布置。4)單點(diǎn)夯擊次數(shù)一般根據(jù)以下確定:夯點(diǎn)的夯擊數(shù)(最佳夯擊能)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試夯確定，一般情況應(yīng)滿足的條件是:最后兩擊或三擊的平均夯沉量不大于50 mm～100 mm。5)強(qiáng)夯遍數(shù)根據(jù)地基土類別而定，對(duì)于細(xì)粒土強(qiáng)夯遍數(shù)要求多些，濕陷性黃土主要由粉質(zhì)黏土和粉土組成，具有大孔隙，排氣性好，易壓縮的特點(diǎn)，強(qiáng)夯遍數(shù)可選2遍～4遍，土含水量大時(shí)宜多遍強(qiáng)夯。

5 沖擊碾壓和強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土的施工工藝

1)沖擊碾壓。準(zhǔn)備工作:包括沖擊壓實(shí)機(jī)械及試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備到場(chǎng)與調(diào)試、勞動(dòng)力和材料保證、管理組織分工等，并事前標(biāo)出進(jìn)行沖擊壓實(shí)的范圍，通過試驗(yàn)路段檢測(cè)數(shù)據(jù)制定具體的壓實(shí)方法和控制標(biāo)準(zhǔn)，確保在規(guī)定范圍內(nèi)能夠有效壓實(shí)，不造成漏壓和過壓現(xiàn)象。

施工工藝流程:準(zhǔn)備工作→確定沖擊段落→沖擊碾壓→中間檢查→繼續(xù)沖擊碾壓并觀測(cè)→整平整形→振動(dòng)碾壓密實(shí)→檢查驗(yàn)收。

2)強(qiáng)夯法。施工工藝流程見圖1。

6 施工質(zhì)量控制

6.1 沖擊碾壓

沖擊壓實(shí)地段，應(yīng)在施工前和施工后對(duì)高程、壓實(shí)度各檢測(cè)一遍，用前后數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比判斷沖擊壓實(shí)的質(zhì)量，并及時(shí)調(diào)整壓實(shí)遍數(shù)。

檢測(cè)頻率:壓實(shí)度，每 100 m布設(shè)一個(gè)檢測(cè)點(diǎn);高程，每 20 m測(cè)一橫斷面，每斷面按左、中、右測(cè)3個(gè)點(diǎn)。動(dòng)力觸探等檢驗(yàn)按相關(guān)檢測(cè)規(guī)范進(jìn)行。

檢測(cè)范圍:壓實(shí)度，對(duì)地表以下2.0 m范圍內(nèi)每50 cm一層，分層檢測(cè)。

判斷標(biāo)準(zhǔn):加固范圍內(nèi)的壓實(shí)度必須滿足一般路基及高填土路堤的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

碾壓遍數(shù)及碾壓速度必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。碾壓時(shí)含水量必須控制在最佳含水量±3%以內(nèi);沖擊完成后經(jīng)整平壓實(shí)后表面必須平整密實(shí)、無輪跡、無松散、邊線圓滑直順;施工原始記錄及檢測(cè)資料齊全。

6.2 強(qiáng)夯法

1)采用強(qiáng)夯法時(shí)，土的天然含水量宜低于塑限含水量1%～3%或液限含水量的0.6倍;當(dāng)土的天然含水量低于10%時(shí)，應(yīng)對(duì)其增濕至接近最佳含水量;當(dāng)土的天然含水量大于塑限含水量3%以上時(shí)，應(yīng)晾干降低其含水量。2)消除黃土層濕陷性的有效深度，應(yīng)根據(jù)試夯結(jié)果確定在設(shè)計(jì)要求消除濕陷性的深度內(nèi)，土的濕陷系數(shù)s均應(yīng)小于 0.01。3)嚴(yán)格按要求進(jìn)行逐點(diǎn)夯擊，每擊1次，觀測(cè)1次高程并記錄，用同樣方法完成1個(gè)夯點(diǎn)的夯擊，并觀測(cè)此夯點(diǎn)的總沉降量和高程并記錄。若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將坑底整平。強(qiáng)夯施工中主要是檢查夯錘落距、夯擊次數(shù)和夯沉量以及強(qiáng)夯施工記錄等。強(qiáng)夯施工結(jié)束后，強(qiáng)夯路基質(zhì)量檢驗(yàn)主要是在已夯實(shí)的場(chǎng)地內(nèi)挖探井取土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，檢測(cè)土的干密度、壓縮系數(shù)、濕限系數(shù)等指標(biāo)。

7 結(jié)語

沖擊碾壓和強(qiáng)夯法的施工工藝、質(zhì)量判定方法已比較成熟地在高速公路特殊路基及路塹地基，路堤頂面的深層次處理上廣泛應(yīng)用，對(duì)難以滿足設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度提高非常明顯，效果較為理想，是濕陷性黃土地基處治的有效方法，前景十分廣泛，值得推廣應(yīng)用。

[1] 陜西省計(jì)劃委員會(huì).濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 《地基處理手冊(cè)》編寫委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[3] 鄭俊杰.地基處理技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2004.

[4] 吳宏海，姜 龍.鐵朝高速公路朝陽段黃土濕陷敏感性分析[J].山西建筑 ，2008 ，34(1):159-160.

[5] 朱小衛(wèi).強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土的探討[J].河北勘察，1998(2):38-40.