沖擊碾壓法在汾陽

范厚良

【摘要】為了獲得沖擊碾壓處理濕陷性黃土路基技術(shù)參數(shù)，對試驗路段進行了沖擊碾壓試驗。通過試驗前后動力觸探試驗以及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的對比，發(fā)現(xiàn)采用25KJ沖擊式壓路機沖擊60遍后，深度2.5m內(nèi)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了較大的改變，1.0m內(nèi)的濕陷性得到了消除，干密度和動力觸探擊數(shù)可以作為沖擊碾壓法處治效果檢驗的有效指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】黃土；沖擊碾壓法；濕陷性；路基處理お

Of impact rolling Law highway in Fenyang — PingyaoExperimental Study of collapsible loess roadbed

Fan Hou—liang

（Shanxi Third Geological Engineering Investigation InstituteYuciShanxi030620）

【Abstract】In order to obtain the impact rolling processing collapsible loess roadbed technical parameters of the test sections of impact compaction test. Dynamic penetration test before and after the test， as well as indicators of soil physical and mechanical properties of contrast， found 25KJ Impact Roller impact 60 times after the physical and mechanical properties of loess depth of 2.5m larger changes collapsible 1.0m within sex has been eliminated， dry density and dynamic penetrometer blow count can be used as a valid indicator of the impact rolling in Treatment effects test.

【Key words】The loess；Impact rolling Law；Collapsible；Roadbed treatmentお

1. 緒論

（1）隨著山西省經(jīng)濟的發(fā)展，高速公路的數(shù)量愈來愈多。汾陽至邢臺高速公路汾陽～平遙段，起點位于汾陽市義豐北村西，終點位于平遙縣侯冀村村南。線路自西向東途經(jīng)山西省汾陽市、介休市、平遙縣、孝義市。該段公路全長41.7Km，近20%位于黃土狀粉質(zhì)粘土（后稱黃土）地區(qū)。該黃土厚度一般在3～8m，局部可達20m，分布于山前傾斜平原區(qū)中上部。該地區(qū)黃土垂直裂隙和大孔隙發(fā)育，且含有水平條帶狀碎石或礫石。據(jù)已有的勘察資料得到的黃土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)可知：該路段黃土的濕陷系數(shù)在0.010～0.108之間，濕陷性變化較大，自重濕陷系數(shù)平均為0.005。該路段黃土多具有Ⅰ—Ⅱ級非自重濕陷性，局部具自重濕陷性。顯然，黃土濕陷性的存在，對路基工程具有嚴(yán)重的影響。

表1AK7+300m～Ak7+500m段黃土的物理力學(xué)性質(zhì)

指標(biāo) 含水率W （%） 濕密度う眩╣/cm3） 濕密度

Ρ璬（g/cm3） 孔隙度n 飽和度Sr

（%） 孔隙比E 壓縮系數(shù)a﹙1—2

（MPa—1） 壓縮系數(shù)E㏒1—2

（MPa） 濕陷系數(shù)う膕 自重濕陷は凳δ 濕陷起始ぱ沽Ζ

最小值 13.3 1.54 1.29 47.0 38.5 0.894 0.203 5.7 0.010 0.006 55.1

最大值 23.3 1.65 1.43 52.1 57.2 1.092 0.436 10.4 0.100 0.047 138.7

平均值 17.8 1.59 1.35 49.9 47.8 1.002 0.310 8.0 0.042 0.024 93.0

表2場地濕陷量及自重濕陷量的計算表

土層埋深Z（m） 厚度

H（m） 濕陷系數(shù)う膕 自重濕陷は凳δzs 濕陷量うs（mm） 自重濕陷量うzs（mm） 土層埋深Z（m） 厚度

H（m） 濕陷系數(shù)う膕 自重濕陷は凳δzs 濕陷量うs（mm） 自重

濕陷量

Δzs（mm）

0.511.522.533.544.555.56ぷ薌0.50. 50.50.50.50.50.50.50.50..50.50.5お0.10.0690.0530.0460.0510.0650.0530.0530.0460.0430.0340.03お0.0060.0120.0120.0110.0140.0250.016

0.0230.0180.0360.0210.018おおおお3.45038.2548.7539.7539.7534.5032.2525.5024.75おおおおおお6.254.005.754.509.00

5.254.50お6.577.588.599.51010.51111..5おおお0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5おおお0.0490.038

0.0470.0250.0310.0360.0250.0310.0140.010.011お.おお033

0.027

0.04

0.03

0.032

0.042

0.028

0.047

0.014おお36.75

19.00

23.50

12.50

15.50

18.00

12.50

15.50おおおお471.258.25

6.75

10.00

7.50

8.00

10.50

7.00

11.75おおおお109.00

（2）沖擊碾壓法是濕陷性黃土地基的一種有效的處理方法，在我國黃土主要分布地區(qū)已廣泛使用，并積累了豐富的經(jīng)驗[1～4]。其原理是采用三邊或五邊形“輪子”來產(chǎn)生集中的沖擊能量達到壓實土石填料的目的。沖擊壓實機在重型工業(yè)拖車的牽引下以9～12Km/h的速度向前碾壓，當(dāng)其一角立于地面，向前碾壓時，另一側(cè)輪短半徑產(chǎn)生重力加速度落至地面，產(chǎn)生巨大的沖擊波，導(dǎo)致土的孔隙比發(fā)生變化，使土體均勻密實，從而降低土的滲透性。沖擊碾壓每秒種沖擊地面兩次，相當(dāng)于低頻大振幅沖擊壓實土體，產(chǎn)生強烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的傳播特性[5，6]，其壓實深度隨碾壓遍數(shù)遞增。

（3）為了獲取在該地區(qū)利用該方法處理濕陷性黃土的經(jīng)驗和相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，選擇了AK7+300～AK7+500m段濕陷性黃土路基進行了沖擊碾壓法的地基處理試驗研究。

2. 試驗段場地工程地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場地質(zhì)鉆探的結(jié)果，AK7+300～AK7+500m段場地地貌為傾斜平原區(qū)，場地內(nèi)地形平坦。自地表向下，第一層為Q3粉土，厚度10.8～12.5m，第二層為Q3礫石、粉細砂，厚度4.2～4.8m，第三層為Q2黃、黃褐色粉質(zhì)粘土、粘土，與灰褐、灰色粘土互層，厚度55～168 m，未揭穿（圖1）。表1為深度1～12m的黃土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)?？梢?，該段黃土孔隙比較大，為中等壓縮性土。該段黃土的平均濕陷系數(shù)δ璼=0.042，為中等濕陷性[7]，平均自重濕陷系數(shù)δ﹝s=0.024，濕陷起始壓力P﹕h=93.0KPa.根據(jù)現(xiàn)場探坑取樣試驗結(jié)果，依據(jù)文獻[9]，濕陷量計算時從地表下1.5m起算，土層深1.5～6.5m，修正系數(shù)β=1.5；6.5～10m，β=1.0。在計算自重濕陷量時，β0=0.5。計算場地的濕陷量列于表2，由表2可見，地基濕陷量Δ璼=471.25mm，自重濕陷量Δ㈱S=109.00mm，地基屬于Ⅱ級濕陷等級。

3. 沖擊碾壓施工方案

試驗場地長140m，寬28m。每20m作為一測量斷面，每斷面布設(shè)兩個測點，間距8m，分左、右兩點。對試驗路段采用履帶式25KJ三邊形沖擊式壓路機碾壓，以12Km/h沖碾速度按10遍、20遍、30遍、40遍、50遍、60遍進行沖擊碾壓；每10遍用水準(zhǔn)儀測定不同沖擊碾壓遍數(shù)的地基下沉量及壓實度。

為了研究處理后的效果，進行了以下的工作：

圖1試驗場地工程地質(zhì)剖面示意圖

圖2黃土路基沖擊碾壓遍數(shù)與沉降量之間的變化曲線

3.1施工前試驗檢測：（1）在試驗區(qū)布設(shè)至少4個探井，深度大于預(yù)期加固深度2～3m，深度1.5m以上分別在20cm、60cm、100cm、140cm處取一原狀土樣，深度1.5m以下按每間隔0.5m取一原狀土樣，進行土的常規(guī)試驗和濕陷性試驗；（2）進行場地土的擊實試驗，求得土的最佳含水率和最大干密度；（3）采用核子密度儀測定地面下20cm土的天然干密度，按每20m路段長，碾壓寬度左、中、右位置進行測試。

3.2施工中試驗檢測：（1）檢測和記錄每遍沖碾速度；（2）每碾壓10遍在測點處分別測定不同遍數(shù)的地基下沉量和壓實度。

3.3施工后試驗檢測：（1）測量地表高程；（2）同上述（1）（1）步驟進行取樣試驗，獲取處理后土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和濕陷性指標(biāo)。

4. 試驗監(jiān)測及處治效果分析

（1）圖2為黃土地基沖擊碾壓過程中根據(jù)不同測點獲得的沉降量與碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系。由圖2可見隨著沖擊碾壓的遍數(shù)增多，地基沉降量逐漸減小?？傮w上，在碾壓20遍以后，沉降量變化明顯小，30遍后的沉降差異已很小。但30遍以后，觀測到的沉降有波動現(xiàn)象，除測點8和10外，沉降的變化都有波動，可以認(rèn)為地基不再被壓密。圖3為沖擊碾壓過程中測得的地基密實度的變化。由圖3可見，沖擊碾壓30遍后的密實度有較明顯的提高，左右兩幅的平均密實度已經(jīng)達到94.72%。

圖3路基沖擊碾壓過程中壓實度變化

圖4路基沖擊碾壓前后連續(xù)動力觸探對比曲線

圖5沖擊碾壓前后黃土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的比較

（2）沖擊碾壓60遍以后對黃土進行取樣，做土工試驗和動力觸探試驗，以檢驗黃土沖擊碾壓后的物理力學(xué)性質(zhì)的改變和濕陷性消除情況。圖4為試驗前后動力觸探曲線，由圖4可見，深度1.0m以內(nèi)觸探擊數(shù)有較明顯的提高。圖5為試驗前后土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的對比。由圖5可見，在深度2.5m以內(nèi)，

黃土的干密度、孔隙比、壓縮系數(shù)、濕陷系數(shù)有了明顯的變化，干密度明顯提高，孔隙比明顯減小，壓縮性減小，濕陷系數(shù)在深度2.5m以內(nèi)也明顯減小，尤其是1.0m以內(nèi)，濕陷系數(shù)已小于0.015，消除了濕陷性。

5. 結(jié)論及認(rèn)識

根據(jù)AK7+300m～AK7+500m段以12Km/h沖碾速度碾

壓60遍后的現(xiàn)場測試和物理力學(xué)指標(biāo)的對比，可以得出以下認(rèn)識。

（1）沖擊30遍之后，路基沉降量呈明顯減小的趨勢，說明壓實作用明顯，沖碾至35～40遍地基壓實度達到最高值。

（2）沖擊碾壓前后的連續(xù)動力觸探擊數(shù)的對比表明，至深度0.9m內(nèi)，動力觸探擊數(shù)增加較為明顯。

（3）由沖擊碾壓前后地基上的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的對比發(fā)現(xiàn)，試驗后濕陷性黃土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)均發(fā)生了較大變化，在深度2.5m內(nèi)干密度值明顯提高，孔隙比減小，壓縮系數(shù)明顯降低，壓縮模量顯著提高，濕陷系數(shù)明顯降低。在1.0m深度內(nèi)黃土的濕陷性已經(jīng)得到了消除。深度2.0m內(nèi)黃土的干密度均大于1.5g/cm3。

（4）干密度或動力觸探擊數(shù)可以作為沖擊碾壓法處治濕陷性黃土地基效果檢驗的有效指標(biāo)。

（5）綜合認(rèn)為，采用履帶式25KJ三邊形沖擊式壓路機沖擊碾壓60遍后，可以消除1.0m深度內(nèi)的黃土濕陷性，沖擊碾壓法的處理深度為1.0m。

參考文獻

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