濕陷性黃土沖擊碾壓施工技術(shù)探討

宗建平

(江蘇緯信工程咨詢有限公司)

1 工程概況

伊寧至墩麻扎高速公路位于伊犁哈薩克自治州腹地伊寧市、伊寧縣境內(nèi)，全長67.401 km，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度26 m，橋涵構(gòu)造物汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路－I 級，其他技術(shù)指標(biāo)按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01－2003)執(zhí)行。是遠(yuǎn)期規(guī)劃中的清水河—伊寧—那拉提高速公路的重要組成部分，承擔(dān)著伊犁河谷與外界連接的重要通道。該項(xiàng)目的實(shí)施對于落實(shí)中央新疆工作座談會精神，加快新疆交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)伊犁州經(jīng)濟(jì)社會跨越式發(fā)展和長治久安、實(shí)現(xiàn)各民族團(tuán)結(jié)，共建和諧具有重要意義。

2 濕陷性黃土的特性

濕陷性黃土顏色以黃色、褐黃色為主，有時(shí)呈灰黃色。顆粒組成以粉粒(粒徑0.05 ～0.005 mm)為主，含量一般在60%以上，粒徑大于0.25 mm 的甚為少見。有肉眼可見的大孔，孔隙比一般在1.0 左右。富含碳酸鹽類，垂直節(jié)理發(fā)育。在一定條件下具有保持土的原始基本單元結(jié)構(gòu)形式不被破壞的能力，這是由于黃土在沉積過程中的物理化學(xué)因素促使顆粒相互接觸產(chǎn)生了固化聯(lián)結(jié)鍵，這種固化聯(lián)結(jié)鍵構(gòu)成土骨架具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，是一種特殊性質(zhì)的土。但當(dāng)結(jié)構(gòu)性一旦遭受破壞時(shí)，其力學(xué)性質(zhì)將呈現(xiàn)屈服、軟化、濕陷等性狀，并產(chǎn)生顯著附加下沉。

由于高速公路對路面有平整度和防止路面開裂的要求，為此如何消除黃土的濕陷性，將路基變形控制在允許的范圍內(nèi)已成為人們關(guān)注并亟待解決的突出問題。

3 濕限性黃土的判斷和處理

通過現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，全線大部分路段沿線土質(zhì)為濕陷性土，其典型構(gòu)造為第四系上全新統(tǒng)沖洪積土(Q4al +pl)，土體垂直節(jié)理和大孔隙發(fā)育，具有濕陷性。但濕陷土層厚度較小，一般在0.8 ～8.0 m，濕陷量1.05 ～136 mm，主線濕陷性土共計(jì)66.054 km。地基的濕陷等級以Ⅰ(輕微)～Ⅱ(中等)非自重性土為主，段落長60.314 km，Ⅱ～Ⅲ級自重濕陷性段落5.74 km。濕陷性黃土地基處理如采用灰土墊層、土樁或灰土樁、樁基礎(chǔ)預(yù)浸水法，不同程度存在工作量大、花費(fèi)勞力多、施工現(xiàn)場占地大、工期長、造價(jià)高等缺點(diǎn)。參照臨近多條公路建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例，本項(xiàng)目周邊的老G218 線、S314線、S315 線以都在這一區(qū)域通過，使用多年并未出現(xiàn)濕陷性土造成的公路病害，有鑒于此，本項(xiàng)目對于Ⅰ～Ⅱ級非自重濕陷性土通過對路基基底采用沖擊壓實(shí)的施工方法來提高地基強(qiáng)度，減少沉降量。

4 沖擊碾壓施工工藝

在整個(gè)施工期間，做好場地排水，防止水流入施工場地，浸泡路基。施工前將填方范圍先進(jìn)行清表處理，清除地表植被和腐植土，推土機(jī)整平。壓實(shí)范圍為公路坡腳并各向外擴(kuò)展1 m，若工作面起伏過大，停止沖壓，用平地機(jī)刮平后再繼續(xù)施工。當(dāng)?shù)孛孀匀粰M坡陡于1∶5 時(shí)，路基基底應(yīng)挖臺階，臺階寬度不小于2 m，臺階應(yīng)有4%向內(nèi)傾斜的坡度。

施工機(jī)械采用雙輪三邊形沖擊壓路機(jī)，沖擊能為25 kJ，行駛速度保持在10 ～12 km/h，每碾壓5 遍用平地機(jī)刮平一次擊坑，以保證均勻傳遞較大的沖擊力，使沖擊碾壓達(dá)到應(yīng)有的沖擊效果。由路基中線為分界線，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“由邊向中”錯(cuò)輪進(jìn)行，輪跡覆蓋整個(gè)路基表面為沖碾一遍。沖壓時(shí)沖擊波峰錯(cuò)峰壓實(shí)，沖壓5 遍后改變沖壓方向。沖碾結(jié)束，用平地機(jī)整平施工沖碾路段，然后采用重型鋼輪壓路機(jī)將路基表面碾壓密實(shí)平整，若表土干燥，應(yīng)適量灑水，以保證壓實(shí)效果。碾過程中如果因輪跡過深而影響壓實(shí)進(jìn)行時(shí)，可用平地機(jī)平整后再進(jìn)行沖擊碾壓。

5 施工注意事項(xiàng)

檢測沖擊碾壓前的路基含水量，并保證含水量在是否適合沖擊碾壓含水量的范圍內(nèi)，沖擊碾壓細(xì)粒土的含水量(W)應(yīng)為Wopt－4%≤W≤Wopt+2%(Wopt為最佳含水量)。如原地面含水量不符合要求應(yīng)進(jìn)行翻曬或補(bǔ)充灑水，使其含水量適合沖擊碾壓含數(shù)量要求。施工中若出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，必須暫停施工，采取相應(yīng)的技術(shù)措施處理后方可繼續(xù)施工;另外要注意對于淺層軟弱地基的沖擊碾壓時(shí)，含水量偏高的地基，可經(jīng)翻松晾曬后壓實(shí)，也可在地基上鋪厚一層砂礫或碎石墊層，其厚度可根據(jù)地基的軟弱程度和含水量確定，一般為30 ～40 cm。砂礫墊層材料含泥量不宜大于5%，最大粒徑不應(yīng)大于40 cm，礫石強(qiáng)度不應(yīng)低于四級。

6 施工中質(zhì)量控制

(1)沖擊碾壓前，在作業(yè)段范圍內(nèi)取代表性土樣，測定土的液塑限(確定土名)、最大干密度和最佳含水量，天然含水率等物理力學(xué)參數(shù)及應(yīng)分層取樣檢測黃土的濕陷性系數(shù)。

(2)沉降量檢測。

在沖擊碾壓前用水平儀測定沉降標(biāo)志(應(yīng)按相關(guān)要求提前埋設(shè))的標(biāo)高，過程中沖擊碾壓每間隔一定遍數(shù)時(shí)，需觀測一次標(biāo)高，直到?jīng)_擊碾壓完成并做好記錄，應(yīng)達(dá)到經(jīng)試驗(yàn)段確定沖壓遍數(shù)后所要求的沉降量。

(3)沖擊碾壓遍數(shù)。

濕陷性黃土地基通常在20 ～40 遍(最小遍數(shù)不得小于20 遍)，具體碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)段確定的遍數(shù)來控制，但是如果其他指標(biāo)不滿足的話，即需增加沖壓遍數(shù)。

7 結(jié) 論

沖擊碾壓結(jié)束后，分層檢測壓實(shí)度、貫入值(DN)、地基承載力、分層檢測濕陷性系數(shù)等，繪制以下關(guān)系曲線:沖壓遍數(shù)－沉降量曲線、沖壓遍數(shù)－壓實(shí)度曲線、沖壓遍數(shù)－DN 值曲線、壓實(shí)度－濕陷性系數(shù)曲線;表層松土用壓路機(jī)進(jìn)行平整碾壓，檢測1 m 深度范圍內(nèi)平均壓實(shí)度達(dá)到90%以上，平均濕陷系數(shù)小于0.015，說明濕陷性基本消失，達(dá)到消除濕限性要求。