淺談沖擊碾壓技術(shù)在濕陷性黃土處治上的應(yīng)用

【摘要】本文從黃土濕陷成因及影響因素入手，結(jié)合沖擊碾壓技術(shù)的加固機(jī)理和施工工藝，以甘肅境內(nèi)劉寨柯白銀高速公路濕陷性黃土地表沖擊處理為例，提出了大面積沖擊碾壓的施工方案，同時(shí)介紹采用沖擊碾壓處理濕陷性黃土的要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】沖擊碾壓；濕陷性黃土；應(yīng)用

1、引言

我省地處黃土高原，濕陷性黃土廣泛分布，因其具有孔隙比大、遇水塌陷的特點(diǎn)，路基常因處治不當(dāng)發(fā)生濕陷變形，影響高速公路的行車安全與正常使用，因此，有必要針對(duì)該病害進(jìn)行深入的分析和研究，找出有效地防治黃土濕陷性的辦法。而沖擊碾壓技術(shù)則給我們提供了一種嶄新的思路，如對(duì)濕陷性黃土路基進(jìn)行填前沖壓，可大幅度削弱甚至消除黃土濕陷性，使地基滿足承載力和穩(wěn)定性的要求；分層沖碾路堤和對(duì)碾壓成型的黃土路床進(jìn)行追加沖碾，可提高路基整體強(qiáng)度和均勻性，最大限度地降低路堤工后沉降，保證路面的服務(wù)水平，延長路面的使用壽命。

2、黃土濕陷成因及影響因素

黃土濕陷內(nèi)因在于組成黃土的物質(zhì)成分和其特有的結(jié)構(gòu)體系；外因則是由于浸水和荷重超過土顆粒間的剪應(yīng)力。一般來說，黃土所含粘粒越少，濕陷性越大，所含可溶性鹽越多，濕陷性越強(qiáng)；就結(jié)構(gòu)體系而言，空隙比越大，濕陷性越強(qiáng)，含水量越高，濕陷性越小，如飽和黃土（飽和度大于80%）的濕陷性業(yè)已退化。除此之外，外加壓力越大，濕陷結(jié)構(gòu)破壞越完全，濕陷量也就越大。綜上所述，通過改變黃土結(jié)構(gòu)來消除其濕陷性是切實(shí)可行的，而沖擊碾壓就是通過破壞土體結(jié)構(gòu)、降低空隙比來消除黃土濕陷性的，因?yàn)榭障侗容^小或含水量較高的黃土是不具有濕陷性的。

3、沖擊碾壓作用原理

沖擊碾壓作為處理淺層濕陷性黃土的一種行之有效的方法。它使用沖擊壓路機(jī)，配備壓實(shí)輪，以滾動(dòng)中產(chǎn)生的勢能和動(dòng)能集中向前、向下碾壓，對(duì)濕陷性黃土地面進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的沖擊作業(yè)，在強(qiáng)烈的高幅低頻沖擊波的作用下，土體顆粒發(fā)生位移、變形及剪切，將空氣擠出，從而達(dá)到消除黃土濕陷性的目的。以三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)（型號(hào)CYZ25）在黃土地表上沖壓為例，按均速12Km/h行駛，對(duì)地面產(chǎn)生的集中沖擊力可達(dá)到200～250T，實(shí)測深度為0.8m處的平均垂直動(dòng)土壓力為1366Kpa，確保濕陷性地表下0.8m深度范圍內(nèi)土體的密實(shí)度漸進(jìn)遞加，最終壓實(shí)度可達(dá)到90%以上。與目前普通的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械比較，壓實(shí)效果更加明顯，被沖壓的土體材料更加接近于彈性狀態(tài)，充分顯示出它在處理黃土濕陷性隱患上所具有的優(yōu)勢。

4、沖擊碾壓施工工藝

4.1將路基范圍內(nèi)的雜物清除，后用推土機(jī)進(jìn)行粗平。

4.2檢測表面以下50cm處的土體含水量。含水量應(yīng)控制在最佳含水量的±2%以內(nèi)，否則應(yīng)進(jìn)行晾曬或?yàn)⑺?/p>

4.3用沖擊式壓實(shí)機(jī)進(jìn)行沖擊碾壓，壓實(shí)機(jī)的行進(jìn)速度應(yīng)控制在10-12km/h左右，從路基的一側(cè)向另一側(cè)轉(zhuǎn)圈沖碾，沖碾順序應(yīng)符合“先兩邊、后中間”的次序，以輪跡重疊1/2鋪蓋整個(gè)路基表面為沖碾一遍，共沖碾40遍。

4.4沖擊碾壓過程中，如果因輪跡過深而影響壓實(shí)機(jī)的行進(jìn)速度，可用推土機(jī)平整后在繼續(xù)沖碾。若沖擊碾壓過程中路基表面揚(yáng)塵，可用灑水車適量灑水后繼續(xù)沖碾。

4.5沖擊式壓實(shí)機(jī)沖擊碾壓完畢后，檢測路基表層0～20cm的壓實(shí)度。如果壓實(shí)度達(dá)不到要求，應(yīng)視情況補(bǔ)充沖碾5～10遍。

4.6用人工配合機(jī)械清除高于設(shè)計(jì)標(biāo)高的多余土方，按照施工技術(shù)規(guī)范整理路槽。

4.7用振動(dòng)或靜碾壓路機(jī)碾壓1～2遍，達(dá)到路槽驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為止。

5、沖擊碾壓技術(shù)處理濕陷性黃土的加固效果

5.1工程概況

劉寨柯至白銀高速公路位于隴西濕陷性黃土區(qū)，濕陷等級(jí)多為Ⅱ～Ⅳ級(jí)，是全國濕陷性最大的地區(qū)，該段基底屬一般新黃土，液限wl=27.6，塑限wp=20.0，塑性指數(shù)Ip=7.6，最大干密度ρmax=1.87g/cm3，最佳含水量ω0=11.8%。

在K1490+750～K1490+880試驗(yàn)段采用25KJ三邊形沖擊壓路機(jī)（型號(hào)CYZ25）對(duì)原地表沖碾60遍處理。該沖擊壓路機(jī)各性能參數(shù)如下所示：整機(jī)質(zhì)量15.6T，動(dòng)力部件質(zhì)量12T，沖擊靜能25 KJ，壓實(shí)寬度4m，工作速度10～15Km/h，轉(zhuǎn)彎半徑6m，有效壓實(shí)深度1.0～1.5m，壓實(shí)影響深度5m。

5.2CYZ25沖擊壓路機(jī)標(biāo)定和沖擊力計(jì)算

壓實(shí)能力標(biāo)定值公式：E=Mgh

式中：E-沖擊靜能（KJ）M-動(dòng)力部件質(zhì)量（T）g-重力加速度（9.8m/s2）h-大小半徑差（m）

CYZ25沖擊壓路機(jī)壓實(shí)能力標(biāo)定值為：E=Mgh=12×9.8×0.22≈25KJ

沖擊力計(jì)算公式：N=M（V0'-V0）/t

式中：N-沖擊力（N）M-動(dòng)力部件質(zhì)量（g）V0-沖擊初速度（m/s）V0'-沖擊末速度（m/s）

t-沖擊作用時(shí)間（s）

沖擊壓路機(jī)對(duì)地面產(chǎn)生的集中沖擊力與壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度有關(guān)，這里取工作速度為12Km/h，則沖擊速度為V0'=3.33m/s，取作用路程為0.0333m，則沖擊作用時(shí)間為0.01s，取沖擊初速度V0=0。

CYZ25沖擊壓路機(jī)沖擊力值為：N=M（V0'-V0）/t=12×（3.33-0）/0.01/10≈400T

實(shí)際上沖擊速度和時(shí)間均為變量，沖擊力一般在250T～400T之間。

5.3工作流程

施工流程為：施工準(zhǔn)備施工放線清表灑水（如有必要） 沖碾（灑水車、平地機(jī)配合） 試驗(yàn)（不合格則重復(fù)沖碾） 檢查驗(yàn)收總結(jié)結(jié)束。

本試驗(yàn)路段以10遍作為一個(gè)沖壓循環(huán)，共需進(jìn)行4個(gè)沖壓循環(huán)，每循環(huán)沖壓直線長為2×130m。檢測項(xiàng)目有：沉降量、2m深度內(nèi)的地基基本承載力、壓實(shí)度和含水量。測定沉降量時(shí)先后兩測點(diǎn)需在同一點(diǎn)位進(jìn)行，每個(gè)壓實(shí)度測坑（深度≥1米）間距≥6米，全部測點(diǎn)距試驗(yàn)路段兩端的距離≥30米。

監(jiān)測結(jié)果：1.沖碾10遍，地面平均沉降10.2cm；沖碾20遍，地面平均沉降16.2cm；沖碾30遍，地面平均沉降23.3cm；沖碾40遍，地面平均沉降25.2cm；沖碾50遍，地面平均沉降26.1cm；沖碾60遍，地面平均沉降26.2cm；2.以沖碾40遍為例，原地表下30cm土體壓實(shí)度平均值達(dá)到Kh=95.4%，即原來黃土的干密度ρd=1.46g/cm3提高到1.79g/cm3；原地表下90cm土體壓實(shí)度平均值達(dá)到Kh=92.4%，即原來黃土的干密度ρd=1.29g/cm3提高到1.60g/cm3；原地表下120cm土體壓實(shí)度平均值達(dá)到Kh=90.5%，即原來黃土的干密度ρd=1.28g/cm3提高到1.44g/cm3。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：沖碾40遍土體沉降量已基本穩(wěn)定，其壓實(shí)度和干密度得到很大提高，原地表下120m范圍以內(nèi)濕陷系數(shù)已小于0.015，形成致密連續(xù)的加固硬層，最大程度地消除了黃土的濕陷性，經(jīng)檢測各項(xiàng)目指標(biāo)符合黃土地基加固的質(zhì)量要求，因此，確定沖擊碾壓遍數(shù)為40遍。

6、結(jié)語

沖擊壓路機(jī)主要應(yīng)用于地基和路塹沖擊碾壓、土石混填、填石路堤分層沖壓、路基沖擊增強(qiáng)補(bǔ)壓、舊路改建沖擊碾壓等方面，它在克服黃土濕陷性上具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣闊。