公路工程濕陷性黃土路基地基處理的施工措施探討

韋正茂

甘肅省公路建設管理集團有限公司 甘肅 蘭州 730030

引言：

濕陷性黃土是一種比較常見的土壤，但由于其土質較均勻、孔隙發(fā)育、結構疏松的特性，當遇到水之后，并在一定壓力作用下，土結構迅速破壞、強度迅速降低，就會產生較大下沉現(xiàn)象，且變形不可逆。公路工程建設如果地處濕陷性黃土覆蓋的區(qū)域,黃土地基接觸到水是不可避免的，雨水或者地下水都會對地基產生侵蝕，地基濕陷造成路基附加不均勻沉降的病害，進而導致路面不平影響公路運營性能和使用壽命。因此，在濕陷性黃土場地進行路基填筑時，應依據(jù)工程區(qū)位黃土濕陷性程度、厚度、受水浸濕可能性以及工程實體對不均勻沉降控制的嚴格程度，必須采取地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷造成路基工程病害。

一、工程特點

某高速公路項目地處隴東黃土高原亞區(qū)，地貌類型包括堆積侵蝕黃土塬邊溝壑區(qū)、堆積侵蝕黃土塬塬面區(qū)以及流水侵蝕的河谷階地區(qū)。項目區(qū)域內濕陷性黃土廣泛分布，均為Ⅲ級以上自重濕陷性黃土（自重濕陷量：328.8≤ΔZS≤979.8mm；總濕陷性：648.5≤ΔZS≤1391.7mm），濕陷性等級高，且設計路基填料就地取材，因此地基處理方式多樣且工程量大，以避免黃土濕陷危及路基穩(wěn)定。設計地基處理方案為：一般填方路基中Ⅲ級以上自重濕陷性黃土地基處理采用強夯法；不受水位影響且的鄰近對噪音、振動比較敏感區(qū)域的濕陷性黃土地基處理采用灰土和素土墊層法；橋頭臺背路基及結構物之間Ⅳ級自重濕陷性場地內短路基地基處理采用灰土擠密樁法。

二、濕陷性黃土路基地基處理施工措施

（一）采用強夯法施工

強夯法又被稱為“動力固結法”，就是通過大重量夯錘自由落下產生的強大沖擊能量作用對地基的土體壓實處理的施工方法。濕陷性黃土地基經夯實后，土體密度增大，強度提高，壓縮性和透水性降低，在一定深度范圍內消除濕陷性并提高承載力。如果黃土為非飽和土，采用這種方法可以獲得良好的加固效果。強夯施工設備操作簡單，工藝原理比較直觀，應用非常廣泛。采用強夯法加固施工，地基處理速度快，成本低，加固效果明顯。

在本項目應用中，濕陷性黃土路基地基強夯法處理施工中采取以下措施：

其一，在公路工程濕陷性黃土地基強夯處理的設計階段，通過調查、勘探和試驗準確判斷黃土類別、濕陷性等級及處理深度，并對施工場地周邊居民區(qū)等敏感點的各項因素充分考慮，確定設計參數(shù)。本項目強夯設計加固范圍為路堤坡腳再加每側2m范圍，加固深度為消除地面下5m以內黃土濕陷性，夯擊點布置采用正方形插檔排列，夯點間距3.6m。加固土體的厚度與夯擊能的關系需經過試夯驗證確定，設計單點夯擊能在100～200t·m之間控制，最后兩擊夯沉量和值應小于10cm，最后兩擊夯沉量差值應小于5cm。夯擊遍數(shù)三遍，依次分別為點夯、插夯和低能量滿夯各一遍，每完成一遍全部夯點夯擊后，對場地進行平整并實施下一遍夯擊，滿夯夯印互相搭接1/4。

其二，地基土強夯施工時的，土體含水率控制在最佳含水率±2%范圍之內，超出范圍無法保證強夯處理效果?，F(xiàn)場簡易測定土體含水量方法是：用手捏緊土體易變形但不擠出，松手后土體不松散，拋在地上呈現(xiàn)碎裂狀態(tài)即為合適。如表層含水量過大，可采取翻曬、換土以及撒碎磚、干土、砂石或生石灰粉等措施，以避免產生翻漿、橡皮土問題。如土體含水量過小，應在地基處理場地適當灑水增濕，待水分全部滲入土體24h后方可開始強夯施工。

其三，大面積開始強夯施工前，應依據(jù)設計處理深度選取不同強夯能量進行試夯總結，確定強夯參數(shù)后指導規(guī)模化施工。試夯場地占地面積約200m2且地質條件具有代表性，在試夯前采集地面下5m以內原狀土樣進行原位檢測并取得相關土性數(shù)據(jù)。按照初步擬定施工參數(shù)進行強夯試夯作業(yè)，每次夯擊完成后進行地面變形測試，及時量測夯擊坑及其周圍土體沉降量、隆起量、擠出量。通過試夯測量數(shù)據(jù)繪制強夯擊數(shù)與夯沉量的關系曲線，以夯擊后土體的豎向壓縮最大而且側向位移最小為原則確定具體夯擊次數(shù)，必須同時滿足設計夯沉量指標、夯擊坑周圍地面無過大隆起變形以及不因夯坑過深而起錘困難等三個條件。在最后低能量滿夯完成7天以后，采集地面下5m以內土樣進行原位檢測和土工試驗，并與試夯前土性數(shù)據(jù)比對分析，以消除處理深度范圍內的黃土濕陷性為準。

其四，各夯擊遍數(shù)之間的間隔時間可通過試夯確定，土體中超靜孔隙水壓力消散時間為關鍵因素，滲透性較差的粘性土地基間隔時間宜大于3周，滲透性較好的粉性土地基可連續(xù)夯擊。通過試夯驗證并確定強夯夯錘重量、錘頭大小、夯錘落距等參數(shù)選取施工設備。需注意事項包括：夯錘應設置一定數(shù)量上下貫通的排氣孔，以減少或消除夯錘下落中的空氣阻力，保證夯錘下落沖擊能量能完整傳遞給地基，同時減少夯錘起吊時的土體吸力；起重機械應配備自動脫鉤器，起重能力大于夯錘重量的1.5倍，提錘高度明確標識便于旁站監(jiān)督。

（二）采用灰土和素土墊層法施工

不受水位影響且的鄰近對噪音、振動比較敏感區(qū)域的濕陷性黃土地基路段，一般采用灰土和素土墊層處理。如果路基基底以下存在淺層濕陷性黃土，盡可能將這部分黃土全部挖除，如果濕陷性黃土層非常厚，也要開挖一定深度并對基底采取沖擊碾壓或施工灰土隔水墻后填入灰土或者素土。通常墊層的厚度介于1米至3米之間，在填土施工中采用分層回填的方法，每一層經過充分壓實并達到設計壓實度后才能填上一層。采用該處理方法可以有效地解決墊層范圍內的濕陷性問題，當?shù)鼗皇┘訅毫χ蟛粫a生自重濕陷的現(xiàn)象，工藝操作簡單且可以獲得良好的效果。采用灰土和素土墊層法進行地基施工，地基的承載力會有較大增加且均勻性良好。采用灰土墊層的地基承載力可超過300kpa，采用素土墊層的地基承載力可超過200kpa。

在本項目應用中，濕陷性黃土路基地基灰土和素土墊層法處理施工中采取以下措施：

其一，由于地基處理墊層開挖后基槽低于原地面，為減少降雨對施工的干擾和影響，地基墊層處理段落應分段全幅開挖，并避免單次開挖區(qū)段過長造成施工周期過長。基槽頂口周邊應結合實際地形完善臨時排水設施，同時填筑施工中應嚴格控制平整度和縱橫坡，碾壓后不得有坑洼現(xiàn)象，橫坡宜設置4%左右，縱坡應與路線縱坡相符并在區(qū)段下游端設置臨時集水蒸發(fā)池，待區(qū)段內墊層施工完成后進行回填處理。墊層施工中，應將下區(qū)段開挖土方調運至上一區(qū)段回填施工，避免土方二次倒運，降低工程施工成本。

其二，墊層基底要做到地基土的含水量寧小勿大，如果含水量過大將造成地基強度下降，導致地基不均勻沉降變形，影響其承載力。墊層處理反開挖土方需盡快運送到墊層鋪筑利用現(xiàn)場，以減少運輸過程造成的水分損失。上土前進行土體的含水量檢測，考慮填料含水量在整平攤鋪過程中的水分損失，實際上料含水量按照最佳含水量+1%控制。當土料的天然含水量過大時進行翻挖晾曬處理。當土料的天然含水量過小時進行注水燜土處理，需注意的是應在取土區(qū)段內進行燜土作業(yè)并確保土料均勻濕潤。

其三，應橫向全斷面均勻攤鋪墊層填料，不得出現(xiàn)縱向施工接縫，不宜半幅施工。各區(qū)段交接處應交錯重疊壓實并采用高速液壓夯實機補強，縱向搭接長度≥2.0m，預留臺階分層垂直切齊。根據(jù)首件工程確定的松鋪系數(shù)換算每車填料的攤鋪壓實面積，確定堆放密度，用白灰畫方格網(wǎng)控制自卸車倒土密度，同時插桿掛線方式標示松鋪厚度，分層填筑壓實厚度按照20～25cm控制?；旌狭蠑備伿褂猛仆翙C先粗平，平地機后精平，灰土墊層另采用灰土撒布機布灰、路拌機翻拌，壓路機梯隊作業(yè)壓實施工。根據(jù)黃土施工特性，壓路機宜選用重型振動羊足碾保證壓實效果并提高施工效率，壓實順序按先兩側后中間，先靜壓后弱振、再強振的操作程序進行碾壓，壓路機輪跡沿線路縱向重疊≥40cm。

其四，當填料攤鋪整平并接近最佳含水率時，用重型振動壓路機在基底全寬范圍內碾壓至要求壓實度，在碾壓過程中墊層表面應始終保持濕潤狀態(tài)，嚴禁出現(xiàn)“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象，壓實后表面無明顯的輪跡。在分層碾壓施工中要施工質量要嚴格控制，每一層碾壓完畢均進行試驗檢測，檢測合格之后方可進行上一層填筑施工。

（三）采用灰土擠密樁法施工

未經處理的濕陷性黃土地基土孔隙率大、壓縮性高、承載力低、濕陷性高，通過一定深度灰土擠密樁對地基加固處理后，樁體周圍土密度增加、孔隙率減少、壓縮性降低、承載力提高、抗剪強度增大、濕陷性降低或消失。經擠密處理后地基防水隔水性能明顯增強，使地基土成為不透水或弱透水層，下承層中未處理土層不會自上向下浸水，這對濕陷性黃土尤其重要。同時通過樁孔內灰土拌合料的夯填，并設置上覆灰土墊層，使擠密后復合地基承載力得到進一步加強?；彝翑D密樁可就地取材，應用當?shù)亓畠r材料，成孔及成樁機具簡單，施工方便，工藝成熟工效較高。

在本項目應用中，濕陷性黃土路基地基灰土擠密樁法處理施工中采取以下措施：

其一，灰土擠密樁直徑依據(jù)工程數(shù)量、成孔成樁方法、擠密效果、施工機具和經濟性等因素確定，設計選用樁孔直徑400mm；樁長依據(jù)地基土質情況、樁處理深度、工程需求和成孔成樁機具等因素確定，一般設計8～15m；樁孔按等邊三角形交錯布置，設計樁間距為1m?；彝翑D密樁樁體采用2：8石灰土（消石灰與土的體積配合比），平均壓實系數(shù)≥0.97。樁頂標高以上設置40cm厚的2：8石灰土墊層，其壓實系數(shù)≥0.96。石灰材料選用Ⅱ級以上新鮮消石灰，有效鈣鎂含量≥60%，粒徑≤5mm，土料中有機質含量≤5%?；彝涟韬嫌猛亮弦谑褂们耙惶鞛⑺疇F料，含水量需略大于最佳含水量，灰土拌合后的混合料含水量控制在最佳含水量±2%，混合料按需進行制備，不得隔日使用。

其二，為保證灰土擠密樁施工實現(xiàn)對地基土體的二次擠密作用，成孔設備選用振動沉管式打樁機，采用Φ40cm鉆頭，鋼管壁厚為2.2cm,鋼管長為18m，并在管身標記成孔深度刻線便于控制。成孔施工時進行孔位間隔跳打，防止相鄰孔之間相互擠壓、振動造成縮孔或塌孔問題。打入鋼管下沉至設計標高后拔管成孔，遇到土體軟弱位置拔管速度放慢，成孔孔位偏差≤5cm，垂直度≤1.5%，直徑±50mm。夯填設備采用微電腦控制的偏心輪夾桿式夯實機，實現(xiàn)回填灰土數(shù)量及回填間隔期夯擊次數(shù)準確控制，避免人為操作造成單次回填灰土厚度超標、夯擊次數(shù)不足等問題。夯錘用鑄鋼制成，呈梨形，最大部分的直徑較樁孔直徑小10～15 cm，以便填料順利通過夯錘四周落入孔底，夯實機的夾桿與夯錘總重約200kg，夯擊時提錘高度為1m，夯擊速率為55擊/每分鐘。為避免降低灰土擠密樁承載力，回填夯實應保證連續(xù)施工，單個樁孔一次性連續(xù)分層回填夯實至頂面標高，不得中途間隔停頓或隔日施工。

其三，大面積施工前通過在線外選取同地質空白場地進行首件工程試樁，對機具設備組合、施工參數(shù)進行優(yōu)選和確定，同時驗證設計樁間距、樁徑等參數(shù)，通過復合地基承載力檢測，并分層開挖系統(tǒng)檢測樁體密實度、樁間土密實度、樁間土濕陷性消除情況驗證地基處治效果。通過首件工程總結，在處治區(qū)域內由外層向內層逐層擠密施工，確定樁孔填料前先夯擊10擊進行孔底夯實，單次夯填厚度20cm，每回填一層夯擊10擊；通過沉管成孔與夯填成樁用時比對，每臺振動沉管式打樁機需配備4臺偏心輪夾桿式夯實機施工。通過試驗檢測驗證，壓實度、復合地基承載力均滿足設計要求，處理深度范圍內除樁頂標高1m范圍內局部濕陷性未消除外，其余地基土濕陷性均已消除。分析原因為樁頂覆蓋土層厚度有限，在擠密施工中上層土體約束荷載不足造成，因此后續(xù)施工中樁頂設計標高以上的預留覆蓋土層厚度不小于1.0m，施工灰土墊層前將覆蓋層予以挖除，并對樁間土頂面進行高速液壓夯實補強，液壓夯實施工應避免破壞已成型灰土樁。

結束語：

綜上所述，由于濕陷性黃土的性質比較特殊，遇水后很容易對公路路基工程造成較為嚴重的質量病害，本文結合項目強夯、灰土和素土墊層、灰土擠密樁實際施工應用總結，研究公路工程濕陷性黃土路基地基處理施工的相關問題,提出并探討解決措施，以期同類項目借鑒改進，保證路基工程施工質量，延長公路的使用壽命，并且降低工程施工成本。