沖擊碾壓在濕陷性黃土路基施工中的應(yīng)用

邱興華

摘要：我國的西北地區(qū)是黃土分布較廣泛的地區(qū)，特別是濕陷性黃土所占的比例較大，面積分布比較廣。這種土的特點是遇水后在一定的壓力作用下，被水浸濕后土的結(jié)構(gòu)受到破壞而迅速變化，發(fā)生的自然下沉，稱為濕陷性黃土。沖擊碾壓最初應(yīng)用于軟弱土地基的加固，經(jīng)過多年發(fā)展及應(yīng)用，在加固濕陷性黃土地基方面得到較為廣泛的應(yīng)用，具有效果顯著、施工簡便、設(shè)備簡單及經(jīng)濟節(jié)約等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：沖擊碾壓；濕陷性黃土；路基施工

我國的西北地區(qū)是黃土分布較廣泛的地區(qū)，特別是濕陷性黃土所占的比例較大，面積分布比較廣。這種土的特點是遇水后在一定的壓力作用下，被水浸濕后土的結(jié)構(gòu)受到破壞而迅速變化，發(fā)生的自然下沉，稱為濕陷性黃土。這種土的特點是液限低，粉砂含量大，這種地域性的土質(zhì)特性給公路建設(shè)施工造成許多的困難。近年來，雨量較多，公路水毀比較嚴重，所以對黃土地基的施工，首先要求黃土填料的CBR值滿足施工技術(shù)規(guī)范，另一方面就是要對濕陷性黃土的地基進行強夯或沖擊碾壓，消除施工后的下沉量。本文僅以沖擊碾壓為試驗對象。研究沖擊碾壓對濕陷性黃土的地基的處理效果，以期評估沖擊碾壓對濕陷性黃土施工的可行性和適用性。

1.工程概況

濕陷性黃土具有土體多垂直大孔、結(jié)構(gòu)松散和土顆粒間的聯(lián)結(jié)凝聚力在遇水即降低或消失等特性，是黃土產(chǎn)生濕陷性的內(nèi)在因素。承受外部壓力及遇水是產(chǎn)生濕陷性的外部條件。針對濕陷性黃土的以上特征進行處理加固，改善土體特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增大密實度及承載力，減少壓縮性及滲水性，達到消除及控制其濕陷性的發(fā)生。路線全長26.62公里。路線所經(jīng)區(qū)域?qū)訇兾麝P(guān)中平原中部，地勢平坦、開闊、海拔355--400米，屬渭河及其支流的漫灘和陸地，區(qū)內(nèi)人工溝、渠縱橫分布，屬平原丘陵地帶。

2.工程地質(zhì)

根據(jù)勘測資料提供的工程地質(zhì)，沿線以粉質(zhì)（中）低液限粘土為主，沖洪積成因，層次清楚，土質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)致密，粉沙含量較大。其工程地質(zhì)條件為輕微非自重濕陷性黃土，根據(jù)設(shè)計要求及工程實際情況，擬采用沖擊碾壓對濕陷性黃土地基進行處理。

3.沖擊碾壓

3.1沖壓路機

沖擊壓路機，其英文名為Impack Rotter，最早于1995年由南非藍派公司引入我國，其類型有：單輪沖擊壓路機，雙輪沖擊壓路機，自行式?jīng)_擊壓路機，拖式?jīng)_擊壓路機等。目前我國沖擊壓路機型式多，技術(shù)多數(shù)有所不同，整機定型、數(shù)量最好的是雙輪沖擊壓路機，兩輪之間的外部寬度為296cm，輪寬90cm，輪橫寬度116cm。

3.2沖擊碾壓沖擊壓實原理

沖擊壓路機是一種高振幅低頻率的沖擊壓實設(shè)備，其主要工作機構(gòu)是由三條凸輪邊組成的沖擊輪。在一定速度的運動過程中，沖擊輪的高位勢能轉(zhuǎn)化為動能，對地面產(chǎn)生沖擊，對土體產(chǎn)生較大的沖擊能量。從而對地基產(chǎn)生較大的沖擊波和較大的沖擊應(yīng)力，使土體產(chǎn)生一系列的物理變化：土層空隙壓縮，沖擊點周圍產(chǎn)生裂痕，空隙水由地基內(nèi)的氣體逸出、土顆粒重新排列以及觸變恢復(fù)，經(jīng)過時效壓實達到固結(jié)，從而增加土體的均勻程度，改善土體的抗液化條件。

4.沖擊碾壓試驗實例

4.1選擇試驗段

選擇K11+200～K11+700段作為試驗段，施工前清除表層15～30cm腐殖表土，測定不同深度的天然含水量及天然密度。

0-30cm 含水量 16 天然密實度 80

30-50cm 含水量 17 天然密實度 84

50-80cm 含水量 16.6 天然密實度 86

4.2選擇沖擊碾壓機型

根據(jù)設(shè)計圖紙及有關(guān)規(guī)定，采用28KJ的三邊形雙輪沖擊壓路機，該機沖擊壓實力300-500噸，自重16噸，有效影響深度大，沖擊效果好，適合于提高路基的壓實度。牽引采用覆帶式機坦克牽引。

4.3施工方法

在試驗段施工區(qū)段內(nèi)標出沖擊碾壓施工的邊線和端線，按照斷面位置并布好點位，測量原地基地面高程，并保證沖擊壓路機有足夠的失效段距離，約50米，壓路機從失效段內(nèi)啟動、加速（包括轉(zhuǎn)彎、掉頭）達到規(guī)定的速度后，牽引坦克不低于12公里米小時的速度，進入施工段進行沖擊碾壓。沖擊時采用錯輪而不重疊輪跡的沖擊方法，并沿著固定的線路行使，確保沖擊時的科學(xué)合理性和經(jīng)濟有效性。每遍在橫向上錯一個輪寬（90cm），在縱向上錯開16碾輪周長。這樣每次沖擊橫向排列錯位碾壓不留空隙，縱向每次沖擊工作面波峰，有利于沖擊點的滿布，均勻，增強沖擊碾壓整體效果。計算時，沖擊碾壓一次的計算壓實度寬度為2米，經(jīng)錯一個輪寬沖擊一個來回后，計算沖壓寬度為4米，按此方法計算，整個場地全部壓實一次為碾壓一遍，本試驗段，沖擊碾壓壓實遍數(shù)控制為40遍。

4.4試驗結(jié)果分析

采用環(huán)刀法分別對沖擊碾壓25遍、30遍、35遍、40遍時的壓實度進行檢測：確定K11+200、K11+300、K11+400、K11+500、K11+600、K11+700六個斷面為檢測斷面，每個斷面上分別確定三個點（中點、左端點、右端點）為檢測點，每個點確定0～30cm、30～50cm、50～80cm三個層次為取樣檢測層次。通過不同碾壓遍數(shù)時的取得的壓實度結(jié)果，建立表1：“壓實度成果分析表”如下：

表1 壓實度成果分析表

碾壓遍數(shù) 取樣深度（cm）取樣總數(shù) 平均壓實度（%）天然密實度（%）壓實度提高百分率（%）

沖擊碾壓25遍

30 17 90.4 80.5 12.3

50 16 86.5 84.0 2.98

80 16 82.4 86.0 -4.18

沖擊碾壓30遍

30 18 91.2 80.5 13.3

50 18 89.2 84.0 6.19

80 18 83.7 86.0 -2.67

沖擊碾壓35遍

30 18 93.9 80.5 16.6

50 18 89.2 84.0 6.19

80 18 85.4 86.0 -6.98

沖擊碾壓40遍

30 15 95.3 80.5 18.4

50 15 90.7 84.0 7.98

80 14 86.6 86.0 0

由以上壓實度成果分析表可以看出，濕陷性黃土地基用25KJ沖擊壓路機碾壓，通過試驗取得的數(shù)據(jù)表明，隨著沖擊碾壓遍數(shù)的增加，濕陷性黃土地基的壓實度也隨著增加，碾壓影響的深度（壓實厚度）隨著壓實遍數(shù)的增加而逐漸增加，對30cm和50cm的壓實度有明顯的提高，而且碾壓遍數(shù)的增加壓實度提高。但對80cm以下壓實度幾乎不起作用。

實驗段還檢測了通過沖擊碾壓25遍、3 0遍、40遍時的標高與沖擊碾壓前地面標高的高差，確定不同碾壓遍數(shù)時的路基沉降量。沖擊碾壓的遍數(shù)與沉降量的關(guān)系如下表2所示：

表2沖擊碾壓的遍數(shù)與沉降量的關(guān)系

碾壓遍數(shù) 檢測點數(shù) 累計平均沉降量（cm）沉降幅度（cm）

25 17 9.2 9.2

30 16 10.7 1.5

35 16 11.5 0.8

40 16 11.8 0.3

通過試驗檢測數(shù)據(jù)可以看出，最初碾壓時的沉降量最大，隨著碾壓遍數(shù)的增加，但對80cm以下密實度不起作用，甚至還有破壞作用。濕陷性黃土地基的沉降量也隨著增加，但沉降的幅度在逐步減小。壓實遍數(shù)應(yīng)控制在35～40遍為最佳。

5.二次固結(jié)作用

實際施工中，由于沖擊碾壓對地基產(chǎn)生較大的沖擊波和較大的沖擊壓力，使得土體在較深層次30～80cm范圍類，發(fā)生一系列物理變化：土層空隙壓縮，沖擊點周圍產(chǎn)生裂痕，空隙水由地基內(nèi)的氣體逸出、土顆粒重新排列以及觸變恢復(fù)，經(jīng)過時效壓實，土壤分子顆粒的重新分布，及毛細水的滲透，在一定的時效后，達到土基的二次固結(jié)。從而增加土體的均勻程度，改善土體的抗液化條件。

6.結(jié)束語

通過試驗表明，對于濕陷性黃土采用25KJ沖擊壓路機沖壓，有效影響深度為50cm，下沉量為12cm左右，路基壓實度提高，整體穩(wěn)定性增加。（而一般的拖式凸塊振動壓路機有效影響影響深度僅為20cm，下沉量僅為4cm左右。）所以沖擊碾壓是處理濕陷性黃土地基的一種較好的施工方法，它施工速度快，適合大面積、長區(qū)段施工，沖擊效果好，土層空隙壓縮，沖擊點周圍產(chǎn)生裂痕，空隙水由地基內(nèi)的氣體逸出、土顆粒重新排列以及觸變恢復(fù)，經(jīng)過時效壓實達到二次固結(jié)，從而增加土體的均勻程，改善了土體的物理特性，避免了工后沉降，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，對黃土地區(qū)是一種比較理想可以大面積推廣的壓實施工方法。

參考文獻：

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