公路濕陷性地基處理中的沖擊壓實(shí)技術(shù)分析

■鄭偉宏（福建君達(dá)建設(shè)有限公司，漳州363000）

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公路濕陷性地基處理中的沖擊壓實(shí)技術(shù)分析

■鄭偉宏
（福建君達(dá)建設(shè)有限公司，漳州363000）

通過公路地基處理中的沖擊壓實(shí)技術(shù)實(shí)例，對濕陷性、孔隙比、干密度、影響深度、壓縮模量以及路基的沉降變形等進(jìn)行系統(tǒng)地研究。研究結(jié)果表明，沖擊壓實(shí)技術(shù)在濕陷性地區(qū)道路施工中應(yīng)用，不但可以有效改善地基質(zhì)量，而且有效降低了路基施工后沉降。

濕陷性地基處理沖擊壓實(shí)

關(guān)于黃土地基的研究，國內(nèi)外的研究數(shù)量已經(jīng)很多了，但是系統(tǒng)、完整性還不夠，很多問題還需要深入探討。隨著我國公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)地快速發(fā)展，黃土路基中出現(xiàn)了更多的問題，針對處理方法的設(shè)計、施工以及處理的效果是否理想，經(jīng)濟(jì)效益是否合理，新技術(shù)和新工藝的開發(fā)和利用等問題都需要深入進(jìn)行研究。

1沖擊壓實(shí)技術(shù)概述

沖擊式壓實(shí)機(jī)在我國近幾年的發(fā)展中逐漸成為了一種新型的筑路機(jī)械，與一般的壓實(shí)機(jī)對比，沖擊式壓實(shí)機(jī)在路基的壓實(shí)中很好地發(fā)揮了自身重量作用，碾壓輪前進(jìn)過程中，一部分勢能將會有效轉(zhuǎn)化為勢能，對路基產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，對壓實(shí)厚度和壓實(shí)體積都有所增加，減少了壓實(shí)次數(shù)，提升路基壓實(shí)效果［1］。對比強(qiáng)夯，加固的深度較小，但沖擊壓實(shí)際上沖擊能不大，很好的避免了對土體結(jié)構(gòu)的破壞，并發(fā)生連續(xù)性沖擊，此外機(jī)械行走的速度比較快，壓實(shí)成本比較低等優(yōu)勢。

沖擊式壓實(shí)機(jī)的沖擊能可以通過以下公式（1）進(jìn)行計算。

E=mgh

（1）

（1）式中的E表示沖擊式壓實(shí)機(jī)的沖擊能；m是壓實(shí)機(jī)中輪軸的組件質(zhì)量；g為重力加速度，取值是9.81m/s2；h壓實(shí)輪的外半徑和內(nèi)半徑的差。

實(shí)踐表明，壓實(shí)輪對地面所造成的沖擊量和壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動的線速存在聯(lián)系，依據(jù)沖量定理公式（2）對沖擊量N進(jìn)行計算：

（2）

（2）式中的v′代表沖擊初速度（m/s），v指的是沖擊末速度，t是沖擊作用時間。

三角邊的沖擊式壓實(shí)機(jī)的沖擊力在3×103～4×103kN區(qū)間。該振幅的沖擊力作用在土體上，將會出現(xiàn)強(qiáng)大沖擊波向深層土體傳播，造成土體顆粒間的相互位移、變形和剪切，壓實(shí)深層土體結(jié)構(gòu)。消除地基土濕陷性，減小路基施工后沉降，達(dá)到提升路基穩(wěn)定性的目的。

2地基土沖擊壓實(shí)參數(shù)分析

本次研究中的工程為某施工公路，該公路需要經(jīng)過濕陷性黃土地區(qū)，依據(jù)線路巖土工程的勘察資料，該地區(qū)為第四系風(fēng)積黃土狀砂土，其中有支離破碎狀黃土溝梁地形，土體結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)存不均一，且有孔隙和蟲孔，含水量低。該地區(qū)的濕陷等級為II類，程度中等。在路堤施工之前需要對濕陷性實(shí)行處理，反之，將出現(xiàn)路基的大面積變形和干裂，引起交通安全隱患［2］。

實(shí)施沖擊壓實(shí)之前，要將地基表面的植物根系等進(jìn)行清除，隨后整平，沖擊壓實(shí)設(shè)備為25T3-25KJ型三邊形碾壓輪沖擊式壓實(shí)機(jī)。為了了解處理沖擊壓實(shí)之后的濕陷性地基質(zhì)量，在施工過程中以及后期，要測試不同物理力學(xué)參數(shù)數(shù)值和地基沉降變形情況。

2.1地基土濕陷性測試分析

為了檢驗(yàn)濕陷性地基的處理效果，需要測試施工前后不同深度的地基土含水、孔隙比和濕陷性系數(shù)等，結(jié)果如圖1至圖3。

圖1　干密度與沖擊壓實(shí)遍數(shù)的關(guān)系

圖1中，不同沖壓遍數(shù)下，地基土干密度會在不同深度上出現(xiàn)相應(yīng)的改變，沖擊壓實(shí)后，地基土的密實(shí)度提升，在0～0.6m范圍沖擊20和40次后，地基土干密度所提升的百分比分別是10%～20%和15%～27%，由此可知沖擊壓實(shí)能夠明顯改善地基土密度，在整體上提升地基強(qiáng)度。

圖2　孔隙比與沖擊壓實(shí)遍數(shù)的關(guān)系

圖2顯示的是不同沖擊遍數(shù)對地基孔隙比在深度上的變化。從現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果得知，沖擊壓實(shí)前后地基土含水量未出現(xiàn)過大的改變，間接證明沖擊壓可以改善地基土結(jié)構(gòu)，土顆粒會錯動或重新排列，對顆粒之間的空隙進(jìn)行有效減少，保證土顆粒之間更為緊密。

圖3　濕陷性系數(shù)與沖擊壓實(shí)遍數(shù)的關(guān)系

圖3代表的是不同沖擊壓遍數(shù)下的地基土實(shí)現(xiàn)系數(shù)的變化。從試驗(yàn)結(jié)果中得知，在沖壓后，地基土的濕陷性系數(shù)接近或是小于0.015。依據(jù)相關(guān)規(guī)范，當(dāng)≤0.015情況下，該地區(qū)為非濕陷性黃土。因此，采用沖擊式壓實(shí)機(jī)沖擊濕陷性地基的過程中可以消除或改善濕陷性土地，顯著降低濕陷性地基土的系數(shù)［3～4］。

3.2地基土壓縮模量測試分析

在沖擊壓實(shí)機(jī)在實(shí)際過程中的振動、沖擊、壓實(shí)等措施的結(jié)果顯示，地基土壓縮模量出現(xiàn)了明顯升高。從圖4中可知，在0～0.6m情況下的提升幅度最大，地面1m內(nèi)地基土壓縮模量提高在15MPa以上。

圖4　壓縮模量與沖擊壓實(shí)遍數(shù)的關(guān)系

3.3沖擊壓實(shí)影響地基土深度分析

被沖擊壓實(shí)范圍內(nèi)，地基土隨著壓實(shí)遍數(shù)的增多被均勻壓實(shí)，檢測沖擊壓實(shí)前后干密度，結(jié)果顯示隨著沖擊壓實(shí)次數(shù)的增加，處理會將上層土體壓實(shí)，下層土體也會受到相應(yīng)的影響被追密，進(jìn)而提升地基土干密度。沖擊壓實(shí)的次數(shù)與其影響的深度之間存在聯(lián)系，且該關(guān)系在一定范圍內(nèi)是正比關(guān)系［5］。

3.4地基沉降的檢測與分析

了解和分析沖擊壓實(shí)后濕陷性地基的沉降，在沖擊壓實(shí)技術(shù)施工中，選擇3個有著代表性橫斷面。且選擇不同位置為觀測點(diǎn)，實(shí)行一定的沖擊壓實(shí)次數(shù)后，觀測同一點(diǎn)的沉降觀測試驗(yàn)結(jié)果，觀測結(jié)果如表1。依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，沖擊式壓實(shí)機(jī)的強(qiáng)大作用下沉降變形增大。沖擊式壓實(shí)機(jī)在地基表面的沖擊壓實(shí)中，沖擊波傳播向深層土壤，孔隙水得到消散，土顆粒重新排列，實(shí)現(xiàn)了地基土的孔隙比的有效降低，使土顆粒更緊密。

表1　沖擊壓實(shí)中的地基沉降觀測結(jié)果

4試驗(yàn)段工程測試結(jié)果

試驗(yàn)段長度取280m，寬40m，路段內(nèi)沖擊壓實(shí)試驗(yàn)道的寬度是4m，在路段平面的兩側(cè)部位縱向兩側(cè)各取24m寬度，兩端為半徑20m的半圓。10遍沖擊壓實(shí)作為一個壓實(shí)單元，共實(shí)行60遍的壓實(shí)。4.1試驗(yàn)結(jié)果

沖擊壓實(shí)路基0～10遍，主要沿著雙邊長240m兩端半圓形車道進(jìn)行，沖擊壓實(shí)速度為12km/h，最終形成了10、20、30、40、50、60遍數(shù)，寬度為4m的沖擊壓實(shí)車道，在直線段的測點(diǎn)位置測定幾種不同遍數(shù)的下沉量，測定方式為采用水平儀直接測量，最終結(jié)果見表2。

表2　不同壓實(shí)遍數(shù)的平均下沉量

4.2沖擊壓實(shí)前后的干重差異

沖擊碾壓前對地面的15cm處的干重進(jìn)行測定，最終得到在不同的沖擊遍數(shù)以后，測定各點(diǎn)的沖擊壓地面15cm干重度，選取一測點(diǎn)挖試坑，對地面以下30cm、60cm、80cm、120cm等位置的干重度進(jìn)行測定。土重型擊實(shí)最大的干重度是18.23kN/m3，最佳含水量是11.7%。在沖壓試驗(yàn)前后的干重度差異可知，沖壓40遍后的60cm深度內(nèi)K=98%，80cm內(nèi)的K=91%，50遍的和60遍的增長程度不大。從干重度隨著沖壓遍數(shù)的增加同時增加的情況來觀察，填充前的沖壓變數(shù)最好采取40遍。

4.3濕陷系數(shù)隨著深度發(fā)生的變化

為了實(shí)現(xiàn)沖擊壓實(shí)對天然狀態(tài)下的黃土濕陷性造成的影響展開研究，在沖擊壓實(shí)后不同深度的取樣可以對干重度以及濕陷系數(shù)進(jìn)行測定。

天然的狀態(tài)下的土性指標(biāo)為：ω=8.0%～14.6%，δs= 0.0006～0.0961，γd=12.54kN/m3～13.13kN/m3，Ip=6.0～10.0。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，10cm深度的δs全部小于0.015，濕陷性完全消失，60cm深處存在1個土樣沒有消除濕陷性，在80cm出，存在3個土樣沒有消除濕陷性，120cm處濕陷性基本上都在，只是比天然狀態(tài)下的0.0961這一值稍低一些。

4.4靜力觸探結(jié)果分析

為了對沖擊壓實(shí)的效果進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)，分別在沖擊壓實(shí)區(qū)域中以及沒有經(jīng)過沖擊壓實(shí)的區(qū)域中進(jìn)行靜力觸探，從靜力觸探的曲線圖可以看出沖擊壓實(shí)后的地表深度在1.0m深度范圍內(nèi)的地基土的貫入阻力存在較大程度的提升，最大值可以達(dá)到105×102kPa，平均值是81×102kPa。但是在1m深度以下幾乎不存在任何的影響。4.5沉降理論值和實(shí)際值的比較

此次的試驗(yàn)段中一共埋入了6個沉降杯，其中每隔斷面的左、右車道的中線部位分別埋設(shè)了一個，埋設(shè)時的路基填高為1.5m。在后期的施工階段內(nèi)，沉降杯被破壞而失去效果，不能對實(shí)際的測量沉降量進(jìn)行觀測，在路況的調(diào)查中可知，該試驗(yàn)段的路基情況較為穩(wěn)定，路況十分良好。實(shí)際的沉降值同理論值對比會稍小一些，造成這一情況的主要原因是實(shí)測沉降值使用只是沉降量中的一小部分，并不能全面反映完整的沉降量。并且相同斷面的3個觀測點(diǎn)存在的誤差較小。

5小結(jié)

綜上可知，沖擊壓實(shí)是處理濕陷性黃土地基的良好手段，該技術(shù)有施工效率高，處理后路基性能穩(wěn)定的優(yōu)勢。

［1］黃浩川.沖擊碾壓技術(shù)在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用［J］.福建交通科技，2015（5）：4-5.

［2］侯忠非，范曉燕.沖擊碾壓在處理濕陷性黃土中的應(yīng)用效果［J］.山西建筑，2014，40（8）：156-157.

［3］王璦琳.沖擊碾壓處理濕陷性黃土地基技術(shù)探討［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2015（7）：62-65.

［4］梁博文.對高速公路路基基底碾壓施工技術(shù)分析［J］.華東公路，2014（4）：90-91.

［5］徐奕舟.淺析公路工程濕陷性黃土路基施工的措施［J］.民營科技，2016（1）：185-185.