濕陷性黃土路基沖擊碾壓施工技術(shù)研究

趙果萍

（山西交通控股集團(tuán)有限公司，山西太原030006）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著交通運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)覆蓋度的增加，施工所處的地質(zhì)水文環(huán)境日趨復(fù)雜。此背景下，濕陷性黃土，作為特殊性質(zhì)土，結(jié)構(gòu)受到破壞就容易出現(xiàn)軟化與屈服等現(xiàn)象。為緩解此土壤環(huán)境對(duì)道路路基工程建設(shè)質(zhì)量帶來的失穩(wěn)影響，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加大沖擊碾壓施工技術(shù)的應(yīng)用水平控制的研究力度，以使技術(shù)水平能夠滿足不同路基巖土環(huán)境的質(zhì)控需求。這是促進(jìn)道路交通行業(yè)以健康、可持續(xù)狀態(tài)向前發(fā)展的關(guān)鍵，應(yīng)引起業(yè)內(nèi)重視，進(jìn)而推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展。

1 研究濕陷性黃土路基沖擊碾壓施工技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

沖擊碾壓技術(shù)是經(jīng)壓路機(jī)滾輪作用于土地達(dá)到壓實(shí)目的。因其滾輪為多邊形，所以滾動(dòng)過程會(huì)與地面產(chǎn)生落差。在這種反復(fù)沖擊碾壓下，路面土石材料的壓實(shí)度就可滿足工程建設(shè)要求。濕陷性黃土的顆粒組成，以0.05～0.005mm 粒徑的粉粒為主，含量超過60%，鮮少粒徑超過0.25mm?？紫堵释ǔＴ?.0 上下。作為特殊性質(zhì)的土，其結(jié)構(gòu)性一旦受到破壞，力學(xué)性質(zhì)就會(huì)呈現(xiàn)出軟化、濕陷以及屈服等形狀，還伴有明顯下沉現(xiàn)象。當(dāng)沖擊碾壓施工技術(shù)運(yùn)用環(huán)境為濕陷性黃土，采用雙輪沖擊壓路機(jī)設(shè)備，以12km/h 的速度行駛。再經(jīng)周期性、持續(xù)性的高能狀態(tài)對(duì)地面進(jìn)行沖擊，就可增加濕陷性黃土顆粒間的密度，使空隙變小的同時(shí)，還強(qiáng)化了地面的夯實(shí)效果。然而，在實(shí)際施工作業(yè)過程，相關(guān)人員并未對(duì)路基所處環(huán)境進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)，導(dǎo)致獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果無法確定適用的工藝參數(shù)。再加上，沖擊碾壓施工本身具有系統(tǒng)性與復(fù)雜性特點(diǎn)，一旦一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)對(duì)整個(gè)路基工程的施工質(zhì)量造成影響。為此，工程建設(shè)者應(yīng)借鑒以往濕陷性黃土路基沖擊碾壓施工技術(shù)應(yīng)用控制經(jīng)驗(yàn)，以強(qiáng)化技術(shù)水平。這是推動(dòng)道路交通行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的重要課題，應(yīng)引起更多重視，以服務(wù)于所處地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

2 沖擊碾壓施工技術(shù)在濕陷性黃土路基中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 做好前期準(zhǔn)備工作

濕陷性黃土路基施工環(huán)境下，碾壓施工前應(yīng)在清表工作完成后對(duì)路基進(jìn)行放樣，以確定邊線。為使邊部位置壓實(shí)度達(dá)到預(yù)期，應(yīng)保證每邊寬度超出設(shè)計(jì)0.5m。含水量，應(yīng)根據(jù)土壤塑性指數(shù)確定，稠度控制在1.1～1.2。實(shí)際作業(yè)前，應(yīng)對(duì)路基含水量進(jìn)行檢測(cè)，含水量在±4%以內(nèi)。經(jīng)檢測(cè)，如含水量較高，則應(yīng)進(jìn)行翻土晾曬處理；含水量過低，則要灑水濕潤(rùn)。如控制不好，80～100cm 的土層沖壓作業(yè)就會(huì)形成彈簧土，無法實(shí)現(xiàn)壓實(shí)。壓實(shí)機(jī)設(shè)備的選用，應(yīng)將機(jī)型最大瞬間沖擊功率控制在25kJ 以上[1]。設(shè)備沖壓壓實(shí)過程速度應(yīng)不小于12km/h，行駛兩次記為一遍。第二次單輪應(yīng)從第一次兩輪內(nèi)的邊距中間經(jīng)過，以留出沖擊碾壓間隙雙邊各0.13m。

2.2 碾壓作業(yè)質(zhì)量控制

施工過程應(yīng)先明確施工起始位置，通常為路基一側(cè)，而后再進(jìn)行來回轉(zhuǎn)彎碾壓作業(yè)，最后回到出發(fā)位置。此外，來回碾壓過程，應(yīng)保證兩側(cè)重疊進(jìn)行，尺寸要嚴(yán)格控制，以滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出的要求。當(dāng)?shù)诙榈谝淮螞_碾要向內(nèi)移動(dòng)0.2m，以對(duì)第一遍碾壓間隙進(jìn)行覆蓋。第三遍，應(yīng)回到第一遍位置，依次完成目標(biāo)遍數(shù)。路基回填土的選擇，應(yīng)保證質(zhì)量性能達(dá)標(biāo)。當(dāng)回填作業(yè)達(dá)到預(yù)期標(biāo)高，應(yīng)選用地平機(jī)來完成沖擊工作面的整平與清理工作。此過程，還要做好觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志的埋設(shè)。碾壓作業(yè)應(yīng)遵循先兩側(cè)、后中間原則。對(duì)于輪跡超出允許范圍，應(yīng)運(yùn)用地平機(jī)處理。如表層土質(zhì)較干，為保證壓實(shí)效果應(yīng)進(jìn)行灑水潤(rùn)濕處理。值得注意的是，因受到弧形壓實(shí)輪影響，一遍沖碾作業(yè)后，仍存在未碾壓區(qū)域。這種情況下，需要進(jìn)行第二遍、第三遍的碾壓，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)濕陷性黃土路基的高程與壓實(shí)度，如不達(dá)標(biāo)，就要繼續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，并做好檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)。

2.3 測(cè)點(diǎn)多次測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄

測(cè)點(diǎn)過程中，應(yīng)結(jié)合濕陷性黃土路基工程的實(shí)際情況，即在保證有效操作前提下多次測(cè)量，并做好詳細(xì)記錄[2]。如此，就可為后續(xù)的施工效果控制提供必要依據(jù)。

2.4 施工參數(shù)記錄

根據(jù)路基工程的施工要求確定沖擊碾壓的次數(shù)與頻率。除了一些技術(shù)參數(shù)以外，還要對(duì)沉降量進(jìn)行檢測(cè)記錄。壓實(shí)度檢測(cè)，應(yīng)在填土層20cm 以下位置，并做好獲取數(shù)值的詳細(xì)記錄工作。路基壓實(shí)施工處理完畢后，應(yīng)保證參數(shù)與數(shù)據(jù)達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求和設(shè)計(jì)方案預(yù)期。

以某工程對(duì)濕陷性黃土路基經(jīng)沖擊碾壓20 遍后，采用灌砂法分別在20、70、90、120cm 位置進(jìn)行了壓實(shí)度、含水量和干密度測(cè)試，具體結(jié)果如表1所示。

表1 土質(zhì)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

經(jīng)對(duì)土體沖擊碾壓20 遍后，土體沉降量基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，壓實(shí)度、干密度等性能指標(biāo)也有顯著提升。對(duì)于未達(dá)到指定目標(biāo)的情況，則要返工，直至達(dá)到預(yù)期作業(yè)效果。

3 關(guān)于濕陷性黃土路基沖擊碾壓施工技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

某地高速公路的全長(zhǎng)約67km，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，路基寬為25m。經(jīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，確定全線大多數(shù)路段土質(zhì)為濕陷性黃土，即地質(zhì)構(gòu)造為第四系全新沖洪積土，土體大孔隙與垂直節(jié)理發(fā)育，具有濕陷性。土層厚度較小，通常在0.8～8.0m。據(jù)統(tǒng)計(jì)，主線濕陷性黃土共計(jì)66.054km。參照工程情況相似的公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，采用沖擊碾壓施工技術(shù)來提升地基強(qiáng)度，減少沉降量。

沖擊碾壓的施工場(chǎng)地要做好排水，以避免水流入作業(yè)環(huán)境，導(dǎo)致路基受到浸泡。施工前期，在填方范圍內(nèi)進(jìn)行了清表處理，對(duì)地表植被與腐殖土進(jìn)行清除，并運(yùn)用推土機(jī)整平。壓實(shí)作業(yè)范圍是公路坡腳，且各向外擴(kuò)展1m。對(duì)于工作面起伏較大的情況，停止沖擊碾壓的同時(shí)，采用平地機(jī)進(jìn)行刮平處理。對(duì)于地面自然橫坡陡度超過1∶5，在路基基底部位開挖臺(tái)階，并將寬度控制在2m 以上。值得注意的是，臺(tái)階內(nèi)向傾斜坡度要設(shè)置在4%。機(jī)械設(shè)備采用三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)，沖擊功率為25kJ。設(shè)備行駛速度控制在10～12km/h 以內(nèi)。每沖擊碾壓5 遍后，采用平地機(jī)對(duì)擊坑進(jìn)行一次刮平處理。將路基中線，設(shè)置為分界線，經(jīng)路基一側(cè)向另一側(cè)以轉(zhuǎn)圈方式?jīng)_擊碾壓。具體順序，遵循由邊向中的原則進(jìn)行錯(cuò)輪沖碾。當(dāng)輪跡覆蓋整個(gè)濕陷性黃土路基的表面，即為一遍。采用沖擊波峰錯(cuò)峰壓實(shí)，碾壓5 遍后可對(duì)沖壓方向進(jìn)行調(diào)整。作業(yè)完畢后，運(yùn)用平地機(jī)對(duì)沖碾路段進(jìn)行整平。而后，選用重型鋼輪壓路機(jī)對(duì)路基表面的平整與密實(shí)效果進(jìn)行處理控制[3]。

在施工至淺層軟弱地基時(shí)，為處理含水量偏高問題，除了翻松晾曬，還可通過將一層砂礫或是碎石墊層鋪設(shè)在地基上來提高濕陷性黃土的強(qiáng)度。這里的墊層厚度，應(yīng)結(jié)合地基軟弱程度與含水量情況來確定，通常在30～40cm。墊層材料選擇上，含泥量應(yīng)控制在5%以下；最多粒徑在40cm 以下，且礫石強(qiáng)度不少于四級(jí)。濕陷性黃土路基的沖擊碾壓施工前，應(yīng)從作業(yè)路段范圍獲取具有代表性土樣，以對(duì)液塑限、含水量以及干密度進(jìn)行測(cè)定。此外，還要采用分層取樣方式，來確定黃土的濕陷性系數(shù)，以保證施工參數(shù)確定的科學(xué)有效性。

當(dāng)施工進(jìn)行到擋墻墻背、橋臺(tái)以及涵臺(tái)臺(tái)背2m范圍時(shí)，不得采用沖擊碾壓施工技術(shù)，可通過液壓夯實(shí)設(shè)備對(duì)邊角與死角進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)處理。對(duì)于沖擊碾壓作業(yè)氣溫環(huán)境較高，風(fēng)力較大，或是壓實(shí)土層表面較為干燥的情況，應(yīng)通過灑水潤(rùn)濕處理，避免表面粉塵化現(xiàn)象出現(xiàn)，繼而影響沖擊傳遞能力。沖擊碾壓車輛轉(zhuǎn)彎操作，應(yīng)對(duì)路線進(jìn)行調(diào)整，以保證沖擊凸輪落點(diǎn)與前次落點(diǎn)不重復(fù)，進(jìn)而規(guī)避波浪現(xiàn)象發(fā)生[4]。質(zhì)量檢查工作，應(yīng)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置，并對(duì)不同沖擊碾壓遍數(shù)的沉降標(biāo)高進(jìn)行檢測(cè)。值得注意的是，壓實(shí)度檢測(cè)過程，應(yīng)保證每個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量為2 點(diǎn)，且測(cè)定距離在中線的2/3 位置。每完成一段沖擊碾壓施工后，就要對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行全面的整理分析，并為后續(xù)整體施工質(zhì)量的檢測(cè)控制提供重要依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)濕陷性黃土路基的軟化與屈服現(xiàn)象，可通過做好沖擊碾壓施工前期的準(zhǔn)備，如放樣檢測(cè)與合理化機(jī)械設(shè)備選擇，來為后續(xù)施工作業(yè)開展提供便利。對(duì)于施工過程可能出現(xiàn)的含水量偏高問題，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)淺層軟弱地基進(jìn)行翻松晾曬處理，或是鋪設(shè)墊層來強(qiáng)化濕陷性黃土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。事實(shí)證明，只有這樣，才能最大限度地降低濕陷性黃土環(huán)境對(duì)路基工程建設(shè)帶來的影響。故，工程建設(shè)者應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于實(shí)踐，以不斷提升沖擊碾壓施工技術(shù)的應(yīng)用水平。