濕陷性黃土路基處理與施工監(jiān)測(cè)分析

煙文磊

（廣平縣交通運(yùn)輸局，河北 邯鄲 057650）

0 引言

在公路路基施工中，濕陷性黃土具備低壓縮性的特性，遇水后強(qiáng)度快速下降，產(chǎn)生較大變形，易引發(fā)路基不均勻沉降，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)坍塌。為保證路基工程質(zhì)量，需對(duì)濕陷性黃土路基采取有效處理技術(shù)，保證濕陷性黃土路基的壓縮系數(shù)、壓縮模量、承載力、干重度等各項(xiàng)物理指標(biāo)達(dá)到路基施工技術(shù)規(guī)范要求，提高路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1 工程概況

某公路工程全長(zhǎng)16.525km，采用雙向四車道設(shè)計(jì)，路基寬21.5m，設(shè)計(jì)速度80km/h。工程區(qū)域在多個(gè)地段分布自重濕陷性黃土，根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)分析表明，絕大部分黃土層的濕陷系數(shù)大于0.03，整個(gè)路段屬于中等濕陷程度。濕陷性黃土?xí)l(fā)路基不均勻沉降，本工程在濕陷性黃土處理中針對(duì)不同路段具體采用三種處理技術(shù)，分別為強(qiáng)夯處理、沖擊壓實(shí)處理和灰土擠密樁處理，達(dá)到了良好路基處理效果。

2 濕陷性黃土路基處理技術(shù)與施工監(jiān)測(cè)

2.1 強(qiáng)夯處理技術(shù)

本工程在K1+400—K2+500路段采用強(qiáng)夯施工技術(shù)處理濕陷性黃土路基，具體施工技術(shù)方案如下。

2.1.1 施工準(zhǔn)備

（1）在施工前開展施工技術(shù)交底，明確強(qiáng)夯加固的施工目的，向施工人員交底清楚夯擊點(diǎn)、施工參數(shù)、施工工藝、質(zhì)量控制要求等[1]。

（2）根據(jù)強(qiáng)夯施工需要做好場(chǎng)地三通一平的準(zhǔn)備工作，組織施工機(jī)械設(shè)備、施工材料入場(chǎng)；修筑機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)的道路，要求路面具備一定強(qiáng)度，留出足夠的凈空高度，方便夯擊機(jī)械設(shè)備作業(yè)。

（3）強(qiáng)夯施工機(jī)械配備如下：2臺(tái)20t履帶吊；2個(gè)20t夯錘；2臺(tái)20t脫鉤器；2套20t龍門架；2臺(tái)DSDC240水準(zhǔn)儀；2個(gè)塔尺。施工前安裝調(diào)試施工機(jī)械設(shè)備，就位吊車、強(qiáng)夯主機(jī)、夯錘；吊車調(diào)整臂桿角度，控制在70°～75°。

2.1.2 強(qiáng)夯技術(shù)要點(diǎn)

（1）強(qiáng)夯路段采用2遍點(diǎn)夯+1遍滿夯方案，夯錘重為20t，點(diǎn)夯落距分別為12.5m、7.5m；點(diǎn)夯第1遍、點(diǎn)夯第2遍和滿夯第1遍的夯擊能分別為2 500kNm、1 500kNm、1 000kNm，每點(diǎn)夯擊二次，夯錘印搭接到錘底面積不小于1/5；在第1遍點(diǎn)夯后間隔一定時(shí)間進(jìn)行第2遍點(diǎn)夯，確保有足夠時(shí)間消散土中的超靜孔隙水壓力，在穩(wěn)定地基土后再繼續(xù)點(diǎn)夯。

（2）夯擊布點(diǎn)采用等邊三角形，點(diǎn)距為4.0m；根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定夯擊次數(shù)，最后兩擊的平均夯沉量控制在50mm以內(nèi)，當(dāng)單擊夯擊能在4 000～6 000kN·m時(shí)的夯沉量應(yīng)為100mm[2]；夯擊時(shí)不得使夯坑周圍出現(xiàn)過大幅度隆起，避免因夯錘擊入過深而影響正常起錘。

（3）強(qiáng)夯前清理施工區(qū)域范圍內(nèi)的雜物，控制夯擊點(diǎn)與地表障礙物、地下障礙物、空中障礙物之間的安全距離。當(dāng)夯擊能為1 000～2 000kN·m時(shí)，地表障礙物與夯擊點(diǎn)的安全距離不得小于20m；空中障礙物與夯擊點(diǎn)的安全距離不得小于18m，地下障礙物與夯擊點(diǎn)的安全距離不得小于10m。當(dāng)夯擊能為2 500kN·m時(shí)，適當(dāng)增加安全距離。如果施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)分布高壓輸電線路，則要在提前采取保護(hù)措施之后才能繼續(xù)強(qiáng)夯施工。

（4）測(cè)量夯錘螺距、錘頂面標(biāo)高，確定單機(jī)夯沉量，控制夯擊點(diǎn)中心位移偏差，不得超過150mm；夯擊過程中測(cè)量夯坑底傾斜度，當(dāng)傾斜度超過30°時(shí)，要填平夯坑，再夯擊此處[3]。在夯擊第1遍后整平場(chǎng)地，測(cè)量標(biāo)高，重新布置下一遍夯擊的點(diǎn)位，直到最后一遍滿夯施工完成；在滿夯時(shí)，采用低夯擊能全面夯擊路基。

（5）加強(qiáng)強(qiáng)夯質(zhì)量控制，強(qiáng)夯定位放線控制點(diǎn)的位移不得超過20mm，夯擊點(diǎn)中心位移控制在150mm以內(nèi)，夯點(diǎn)放線與設(shè)計(jì)值的偏差控制在50mm以內(nèi)，夯錘就位誤差控制在50mm以內(nèi)[4]。

2.1.3 施工監(jiān)測(cè)

（1）探井取樣監(jiān)測(cè)。分別在未處理區(qū)域和已強(qiáng)夯路基下方各挖一個(gè)探井，取樣分析干重度變化。施工監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：地表以下4.6m深部位干重度提升幅度最大，強(qiáng)夯前為13.24～14.51kN/m3，強(qiáng)夯后提升至16.44～18.95kN/m3，平均干重度提升幅度為30.41%；地表以下7.6m深部位的壓縮模量提升幅度最大，強(qiáng)夯前為4.85～9.52MPa，強(qiáng)夯后為11.17～13.74MPa，平均孔隙比提升幅度為40.47%。根據(jù)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，7.6m深以上的土體基本消除濕陷性。

（2）靜力觸探監(jiān)測(cè)。在未處理的區(qū)域和強(qiáng)夯后的路基上各取一處實(shí)施靜力觸探，監(jiān)測(cè)強(qiáng)夯對(duì)濕陷性黃土的處理效果。監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：6.0m深強(qiáng)夯后的比貫入阻力值范圍在45×102kPa～130×102kPa之間，平均值為98.41×102kPa，未處理區(qū)域的比貫入阻力值范圍在15×102kPa～25×102kPa之間，強(qiáng)夯后的比貫入阻力值提升幅度為140%～300%。7.6m深的強(qiáng)夯區(qū)域承載力達(dá)到3.12×102kPa，由此可見深7.6m以上的土體基本消除濕陷性。

2.2 沖擊壓實(shí)處理技術(shù)

本工程在k8+200—K9+100路段采用沖擊壓實(shí)施工技術(shù)處理濕陷性黃土路基，以降低工后不均勻沉降。具體施工技術(shù)方案如下：

2.2.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工前測(cè)量放樣，整平施工場(chǎng)地，在場(chǎng)地上用白線劃出碾壓路線。

（2）沖擊壓實(shí)施工機(jī)械設(shè)備配備如下：1臺(tái)YCT2a型沖擊式壓路機(jī)；1臺(tái)FC3aa型挖掘機(jī)；2臺(tái)Y214G型壓路機(jī)；2臺(tái)T-12a型推土機(jī)；6臺(tái)20t自卸車；1臺(tái)5 000L灑水車；1套DSZ3水準(zhǔn)儀。

2.2.2 沖壓施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）以路基中線為界，布置沖壓車道，用于沖擊壓實(shí)，共沖壓30遍，沖擊碾壓速度為12km/h。沖壓前，每10m測(cè)量一次左右兩側(cè)的高程和干重度；沖壓時(shí)每10遍整平一次地基，檢測(cè)一次壓實(shí)度，沖壓20遍后檢測(cè)干重度[5]。用水準(zhǔn)儀測(cè)量車道下沉量，用核子密度儀測(cè)量壓實(shí)度。

（2）施工現(xiàn)場(chǎng)就位平地機(jī)、灑水車，在達(dá)到?jīng)_壓遍數(shù)后用平地機(jī)刮平地表。沖壓按照先邊緣、后中間，順時(shí)針與逆時(shí)針方向交替進(jìn)行的順序施工，輪跡重疊控制在1/3左右，確保輪跡全部覆蓋到地基表面。

（3）由于沖擊壓實(shí)面會(huì)形成波浪狀的峰谷形態(tài)，所以要將單雙遍作為沖壓?jiǎn)卧?。在雙數(shù)遍沖壓施工中改變轉(zhuǎn)彎半徑，交替單雙兩邊沖壓的波峰與波谷，保證均勻壓實(shí)路基，不會(huì)出現(xiàn)漏壓?jiǎn)栴}[6]。在沖壓施工中，當(dāng)路基表面出現(xiàn)凹凸不平阻礙沖壓機(jī)械行進(jìn)時(shí)，應(yīng)先用平地機(jī)處理凹凸不平處，再繼續(xù)沖壓。

（4）沖壓作業(yè)時(shí)檢測(cè)路基土的含水量，當(dāng)含水量偏低時(shí)，應(yīng)使用灑水車向路基土灑水，降低沖壓產(chǎn)生的揚(yáng)塵，待實(shí)測(cè)含水量達(dá)到最佳含水量后再繼續(xù)沖壓施工。沖擊施工后，用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍，刮平凹凸的基面。

2.2.3 施工監(jiān)測(cè)

（1）施工前監(jiān)測(cè)。在試樁區(qū)布設(shè)人工探井，共4個(gè)，井深要大于地基加固深度2～3m，在離地面20cm、60cm、100cm、140cm處各取一次土樣，在離地面1.5m以下每間隔50cm各取一次土樣，開展?jié)裣菪栽囼?yàn)，確定該區(qū)域的濕陷系數(shù)；在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，計(jì)算出最佳含水量；沖壓前檢測(cè)地面以下20m處的天然干密度，在沖壓線路左、中、右布設(shè)間隔點(diǎn)，檢測(cè)路段密實(shí)度[7]。

（2）沉降量、壓實(shí)度監(jiān)測(cè)。檢查沖擊壓路機(jī)的行進(jìn)速度，每沖壓10遍檢測(cè)一次下沉量、壓實(shí)度，其中壓實(shí)度用核子密度儀監(jiān)測(cè)，下沉量用水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)。在樁號(hào)K1+550、K1+650、K1+750處各取2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)沖擊20、30、40遍的沉降量和壓實(shí)度。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：碾壓20遍的沉降量在12～16cm范圍內(nèi)，壓實(shí)度為83.5%～85.2%；碾壓30遍的沉降量在13～18cm范圍內(nèi)，壓實(shí)度為90.1%～95.5%；碾壓40遍的沉降量在15～21cm范圍內(nèi)，壓實(shí)度為96.1%～96.5%。檢測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)碾壓遍數(shù)為40遍時(shí)，能夠達(dá)到路基壓實(shí)度要求。

（3）干重度變化監(jiān)測(cè)。在沖壓30遍后，沖壓前后15cm深的干重度從12.41kN/m3提升到13.24kN/m3；沖壓前后60cm深的干重度從14.23kN/m3提升到17.80kN/m3；沖壓前后80cm深的干重度從13.81kN/m3提升到17.805kN/m3。80cm以下深度的干重度前后變化幅度較小，表明沖壓處理地基的有效深度在60～80cm。

（4）探坑取樣監(jiān)測(cè)。在沖壓前后的路基處探坑取樣，分析判斷土質(zhì)濕陷性是否消失[8]。監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：表層15cm深的部位干重度提高幅度為20%～24%，30cm深的部位干重度提高幅度為12%～18%，80cm深的部位干重度提高幅度為4%～6%。與干重度變化幅度相反的是壓縮系數(shù)，80cm深的壓縮系數(shù)減小幅度49%～71%。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，80cm深的土體濕陷性基本消失。

2.3 灰土擠密樁處理技術(shù)

本工程在K7+150—K8+100路段采用灰土擠密樁施工技術(shù)處理濕陷性黃土路基，以保證路基壓實(shí)度達(dá)到質(zhì)量要求。具體施工技術(shù)方案如下：

2.3.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工前熟悉施工圖紙、地質(zhì)勘察報(bào)告、土工試驗(yàn)報(bào)告、地下管線分布圖等資料，根據(jù)所掌握的工程實(shí)際情況編制施工組織設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃安排所需的施工材料，配置相應(yīng)機(jī)械設(shè)備。

（2）在施工組織設(shè)計(jì)中，畫出樁位圖，標(biāo)識(shí)打樁順序，明確樁長(zhǎng)、樁徑、填料性能指標(biāo)等參數(shù)。合理規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)、施工區(qū)、材料場(chǎng)地、水電區(qū)等，保證施工有序開展。

（3）編制施工質(zhì)量保證技術(shù)措施、安全生產(chǎn)管理規(guī)章制度，根據(jù)施工進(jìn)度安排人、機(jī)、料進(jìn)場(chǎng)，要求所有施工人員嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)管理制度。

（4）清除地面上的雜物，處理地面上的淺層坑槽，整平施工場(chǎng)地，方便機(jī)械設(shè)備運(yùn)行。對(duì)控制基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確定控制樁、樁位中心點(diǎn)的位置。

（5）當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際土質(zhì)情況與勘察報(bào)告中的數(shù)據(jù)存在較大差異時(shí)，要采用試驗(yàn)樁施工工藝進(jìn)行成孔、夯填試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)樁出現(xiàn)的縮徑、回淤、塌孔、貫入度反常等問題提出處治措施。如若處治措施達(dá)不到預(yù)期效果，則調(diào)整地基處理方案。

（6）準(zhǔn)備灰土擠密樁施工機(jī)械設(shè)備，具體包括：1臺(tái)沉管成孔樁機(jī)；1套拌和設(shè)備；重量為100kg的夯錘。

2.3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）采用等邊三角形布置方式，灰土樁距1.1m、1.5m，樁徑0.4m?；彝翗恫牧蠟橄?、土，體積配比為2∶8。

（2）在成孔施工中控制地基土的含水量，檢測(cè)樁孔中線點(diǎn)偏差，不得超過樁距設(shè)計(jì)值5%；樁孔垂直度偏差不得超過1.5%，樁孔深度不得小于5m。成孔后檢測(cè)地基土的含水量，當(dāng)含水量小于12%時(shí)，對(duì)地基土增濕。

（3）成孔與孔內(nèi)回填夯實(shí)要間隔施工，一般間隔1～2排孔。在孔內(nèi)回填材料前，夯實(shí)孔底，采用分層回填夯實(shí)方法，要求孔底密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。用夯錘回填樁孔，夯錘直徑小于樁徑12～15cm。在成孔內(nèi)分層填入灰土，分層夯實(shí)?；靥畈牧喜捎梅圪|(zhì)黏土、石灰，石灰消解3d后破碎處理，最大粒徑不超過5mm，灰土拌和均勻后回填。

（4）在回填夯實(shí)過程中，如果發(fā)現(xiàn)地基土質(zhì)與勘察資料不符，可能會(huì)對(duì)回填夯實(shí)造成影響時(shí)，則要立即停止施工，采用有效處理后再恢復(fù)施工。

（5）檢測(cè)樁體材料壓實(shí)度，要求不小于0.97；檢測(cè)樁間土壓實(shí)度，要求不小于0.93。

2.3.3 施工監(jiān)測(cè)

施工后開展復(fù)合地基承載力荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)采用慢速維持荷載分逐級(jí)增加荷載，終極荷載為5 500kPa。施工監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：樁心距1.1m的灰土擠密樁地基承載范圍為191～224kPa，沉降量平均值為13.6mm，濕陷起始?jí)毫?08Pa，變形模量為15.7MPa；樁心距1.3m的灰土擠密樁地基承載范圍為189～213kPa，沉降量平均值為13.4mm，濕陷起始?jí)毫?08Pa，變形模量為15.5MPa；經(jīng)過灰土擠密樁處理后的路基與處理前土體相比，樁心距1.1m、1.2m的地基承載力分別提高160%、154%，濕陷起始?jí)毫Ψ謩e提高172%、169%，其濕陷起始?jí)毫Υ笥诔休d力值，表明處理后的土地基本消除濕陷性。

3 結(jié)語

在濕陷性黃土路基施工中，要根據(jù)施工場(chǎng)地、施工設(shè)備、施工成本等實(shí)際情況采用適合的路基處理技術(shù)，以保證路基處理效果。經(jīng)過施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，強(qiáng)夯、沖擊壓實(shí)和灰土擠密樁施工技術(shù)都能夠有效處理濕陷性黃土路基，基本消除土體濕陷性，減少因路基沉降產(chǎn)生的公路工程整體結(jié)構(gòu)破壞。