某公路項(xiàng)目濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)處理技術(shù)分析

摘要 為解決濕陷性黃土地基壓實(shí)難度大、工后易沉降等問(wèn)題，改善濕陷性黃土地基的處治效果，提高公路工程整體建設(shè)質(zhì)量，文章以某高速公路項(xiàng)目為背景，針對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)濕陷性黃土地基加固，提出了沖擊壓實(shí)處治方案，選取試驗(yàn)段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)效果實(shí)施了測(cè)試分析。研究表明，在沖擊壓實(shí)15次的條件下，濕陷性黃土地基沉降量顯著增大，土體密實(shí)度、干容重大幅度增加，后續(xù)隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，地基沉降、土體密實(shí)度及干容重變化均不大，且深度90cm范圍內(nèi)土體的力學(xué)性能提升幅度較大，因此濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)次數(shù)以15次為宜，有效加固深度為90cm。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；濕陷性黃土地基；不均勻沉降；沖擊壓實(shí)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0144-04

0 引言

我國(guó)華北、西北地區(qū)，分布大量的濕陷性黃土帶，此類(lèi)土體受其自身特性影響，在干燥或含水量較低的水平狀態(tài)下，具有較高的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但其工程特性受環(huán)境水影響較大，遇水極易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，易引發(fā)土體失穩(wěn)、沉陷等問(wèn)題，嚴(yán)重影響上部建筑的結(jié)構(gòu)安全[1-3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)黃土濕陷程度的判斷多采用現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)和室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)。由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)操作步驟繁瑣、費(fèi)時(shí)，普遍使用的是室內(nèi)浸水壓縮試驗(yàn)，但該檢測(cè)方法需要在野外采樣。因此，如何在誤差容許范圍內(nèi)，快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便地檢測(cè)出黃土的濕陷程度，一直是學(xué)術(shù)研究、工程實(shí)踐中亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題[4-6]。其中，朱鳳基等[1]對(duì)甘肅省慶陽(yáng)地區(qū)黃土濕陷系數(shù)、各種土壤性質(zhì)指數(shù)進(jìn)行了多變量的線性回歸分析，得出了相應(yīng)的回歸方程；舒志樂(lè)等[2]利用太原地區(qū)的黃土地質(zhì)取樣，建立了以初始飽和度和初始孔隙比為基礎(chǔ)的二元線性回歸方程，并對(duì)其進(jìn)行了分析；張瑜[3]對(duì)隴西黃土丘陵區(qū)不同土層中未受擾動(dòng)的黃土濕陷特性進(jìn)行了研究，提出了一種多變量的線性回歸模型；李金秋等[4]采用偏相關(guān)性分析方法，選擇獨(dú)立的指標(biāo)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行了預(yù)測(cè)，其結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相差不超過(guò)15%；郭倩怡等采用因素分析方法，結(jié)合偏最小二乘原理，建立了基于PLS的黃土濕陷系數(shù)預(yù)報(bào)模型，并對(duì)其進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)，同時(shí)該文章結(jié)合某高速公路濕陷性黃土地基的處治案例，提出了沖擊壓實(shí)處治技術(shù)，通過(guò)試驗(yàn)段的施工實(shí)踐，確定了最佳工藝參數(shù)，對(duì)提升濕陷性黃土地基的處治效果，保證公路建設(shè)質(zhì)量具有重要意義。

1 試驗(yàn)段概況

山西省地形地貌復(fù)雜多樣，主要包括山地、丘陵、高原、盆地和臺(tái)地等地貌類(lèi)型。該省某高速公路項(xiàng)目，沿線途經(jīng)黃土區(qū)域，表層土體以黃土為主，下部分布砂質(zhì)泥巖、頁(yè)巖等，黃土層深度不一，且存在較強(qiáng)的濕陷性。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，公路K23+850～K26+600段為典型的Ⅱ級(jí)非自重型濕陷性黃土，其中黃土、濕陷性土體的厚度依次為1.6～6.8 m和0～1.3 m。為保證濕陷性黃土路段的地基加固效果，選取K25+500～K25+600段為試驗(yàn)段，路基填高為5.0～6.5 m，通過(guò)沖擊壓實(shí)處治技術(shù)實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固，以確定最佳的工藝參數(shù)，為后續(xù)施工提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)段濕陷性黃土沖擊壓實(shí)處治方案

受濕陷性黃土自身特性的影響，若采取傳統(tǒng)碾壓施工技術(shù)，無(wú)法有效保證其壓實(shí)度，工后受長(zhǎng)期車(chē)載、環(huán)境水害等因素作用，極易發(fā)生路基沉陷、不均勻沉降等問(wèn)題，誘發(fā)公路結(jié)構(gòu)破壞、開(kāi)裂等病害，嚴(yán)重影響道路的服役壽命[5-7]。在公路工程建設(shè)中，對(duì)于濕陷性黃土路段應(yīng)采取科學(xué)措施進(jìn)行加固處理，以改善土體力學(xué)性能，增強(qiáng)路基整體穩(wěn)定性，從而有效確保公路運(yùn)營(yíng)安全[8-9]。近年來(lái)，沖擊壓實(shí)技術(shù)作為一項(xiàng)新型的路基加固工藝，開(kāi)始廣泛應(yīng)用于建筑、道路等建設(shè)領(lǐng)域，其通過(guò)高強(qiáng)度沖擊加固土體，可有效提升土體顆粒之間結(jié)構(gòu)的緊密性、穩(wěn)定性，消除黃土濕陷性，顯著提升土體強(qiáng)度，增強(qiáng)地基承載能力，且具有加固效果好、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、施工效率高等優(yōu)勢(shì)。基于此，針對(duì)試驗(yàn)段K25+500～K25+600路段，擬采用沖擊壓實(shí)技術(shù)對(duì)濕陷性黃土地基實(shí)施處治[10-12]，詳細(xì)處治方案如下：

（1）施工機(jī)具配備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合具體施工要求，配置三一重工研發(fā)的SY25沖擊型壓實(shí)機(jī)械1輛、SY375H型履帶式反鏟挖掘機(jī)1輛、徐工XG1OOL-3型鏟車(chē)1輛、中聯(lián)重科SSR220C-8H型普通壓路機(jī)1輛、大型灑水車(chē)1輛、渣土車(chē)6輛、其他必備工器具若干。

（2）沖擊壓實(shí)方案。1）根據(jù)道路具體情況，以道路中心線為基準(zhǔn)，在左、右側(cè)依次布設(shè)沖擊壓實(shí)車(chē)道，寬度均為3.5 m，沖壓次數(shù)為10～20次；2）正式?jīng)_壓前，通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)取車(chē)道的頂面標(biāo)高，每10 m設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，并現(xiàn)場(chǎng)提取土樣測(cè)取其干容重；3）在沖壓施工過(guò)程中，待沖壓次數(shù)為10次、15次、20次時(shí)，通過(guò)振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)路基，分別測(cè)取各點(diǎn)標(biāo)高及土樣干容重，并與沖壓前檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，從而獲得最佳的沖壓次數(shù)；4）對(duì)沖壓前后的地基標(biāo)高進(jìn)行比較，獲得各點(diǎn)沉降量，并通過(guò)比較土樣干容重的變化，對(duì)沖壓效果實(shí)施評(píng)價(jià)。

3 濕陷性黃土地基沖擊壓實(shí)效果分析

3.1 壓實(shí)沉降觀測(cè)結(jié)果分析

為探究沖壓次數(shù)對(duì)地基壓實(shí)效果的影響，分別選取K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600等典型斷面，并在其左右兩側(cè)10m位置處布設(shè)測(cè)點(diǎn)，依次測(cè)取沖壓次數(shù)為10次、15次、20次條件下各斷面路基的頂部標(biāo)高，通過(guò)計(jì)算求得沖壓前后路基的頂部高差，從而獲得3種沖壓次數(shù)下各測(cè)點(diǎn)的沉降量，其詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果如圖1～2所示。

從圖1～2可知：1）隨著沖擊次數(shù)增加，濕陷性黃土地基頂部沉降量隨之增大，但其沉降量增幅呈現(xiàn)出明顯的階段性變化特征。其中，沖擊次數(shù)由10次增至15次的工況條件下，隨著沖擊次數(shù)的增加，各測(cè)點(diǎn)沉降量增幅顯著；當(dāng)沖擊次數(shù)超過(guò)15次后，隨著沖擊次數(shù)進(jìn)一步增加，各測(cè)點(diǎn)沉降量仍有增加，但提升幅度顯著減小。

2）在沖擊次數(shù)為10次的試驗(yàn)工況下，道路中心線左側(cè)路基各沉降測(cè)點(diǎn)的沉降值介于5.8～6.9 cm的范圍內(nèi)，經(jīng)計(jì)算該側(cè)路基總沉降量約為6.45 cm；當(dāng)試驗(yàn)沖擊次數(shù)依次增至15次、20次時(shí)，該側(cè)在對(duì)應(yīng)沖擊次數(shù)下的平均沉降量分別為9.63 cm和10.57 cm，與沖擊次數(shù)10次條件相比，平均沉降量的增幅分別為50.12%、63.92%；中心線右側(cè)的各路基沉降測(cè)點(diǎn)，在沖擊次數(shù)為10次條件下，平均沉降量為7.58 cm，試驗(yàn)沖擊次數(shù)依次增至15次、20次，對(duì)應(yīng)的平均沉降量分別為11.89 cm和12.54 cm，平均沉降量增幅分別為56.34%、65.44%。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，沖壓次數(shù)由10次增至15次的條件下，中心線左、右兩側(cè)的路基沉降均顯著增大，增幅依次為50.12%與56.34%；而當(dāng)沖壓次數(shù)由15次增至20次的條件下，左右兩側(cè)路基的沉降增幅顯著降低，依次為11.86%、6.42%。所以，綜合考慮施工成本、工期等各方面因素，建議沖壓次數(shù)以15次為宜。

3.2 干容重檢測(cè)結(jié)果分析

為了解沖壓階段土體干容重的變化規(guī)律，當(dāng)沖壓次數(shù)為10次、15次、20次條件下，依次在K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600典型斷面處提取土樣，并測(cè)取土樣干容重。土樣提取深度依次為

15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm，比較三種沖壓次數(shù)下的土樣干容重，詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3如下：

通過(guò)圖3對(duì)比可以看出：1）在取樣深度不超過(guò)

90 cm的條件下，隨著沖擊次數(shù)的增加，土體干容重呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，具體而言，當(dāng)沖擊次數(shù)不超過(guò)15次時(shí)，隨著沖擊次數(shù)增加，土體干容重顯著增大；當(dāng)沖擊次數(shù)由15次增至20次時(shí)，土體干容重隨之呈降低趨勢(shì)。2）在取樣深度為120 cm的條件下，當(dāng)沖壓次數(shù)由10次增至20次時(shí)，土體干容重基本未發(fā)生變化。

3）在沖壓次數(shù)由10次增至15次的條件下，取樣深度為15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm時(shí)的土體干容重均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，增幅依次為13.85%、26.22%、21.57%、14.54%、1.13%，但當(dāng)沖壓次數(shù)由15次增至20次時(shí)，各取樣深度的土體干容重均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，采用沖擊壓實(shí)技術(shù)處置濕陷性黃土?xí)r，有效加固深度約為90 cm，而沖擊次數(shù)以15次為宜。

3.3 地基土物理力學(xué)指標(biāo)取樣分析

選取典型斷面K25+550處，經(jīng)沖壓15次后，現(xiàn)場(chǎng)提取土樣對(duì)其力學(xué)性能指標(biāo)實(shí)施測(cè)試，并和沖壓處治前的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表1所示：

從表1可以看出：1）相較于處治前，經(jīng)沖壓處治后不同深度的土體力學(xué)性能均有所提升，其中90 cm深度范圍內(nèi)的土體力學(xué)性能提升幅度較大，深度超過(guò)90 cm后提升效果不明顯；與沖擊壓實(shí)處治前的原狀濕陷性黃土相比，處治后不同土層深度的土體力學(xué)性能均有所提升，但不同深度范圍內(nèi)土層力學(xué)性能的提升幅度存在差異，其中深度不超過(guò)90 cm的濕陷性黃土力學(xué)性能提升明顯，深度超過(guò)90 cm后，沖壓處治的加固效果明顯減弱。2）從土體孔隙率來(lái)看，在不同深度條件下，土體孔隙率均呈下降趨勢(shì)，其中深度不超過(guò)90 cm范圍內(nèi)，經(jīng)沖壓加固后，不同深度的土層孔隙率均明顯下降；深度超過(guò)90 cm后，下降趨勢(shì)明顯減弱，當(dāng)深度達(dá)到

120 cm時(shí)，加固前后的土層孔隙率分別為0.979和0.973，僅下降0.006。3）沖壓加固前后，土體壓縮系數(shù)的變化規(guī)律與孔隙率變化基本一致，深度90 cm范圍內(nèi)的減小幅度比較明顯，而深度超過(guò)90 cm后，減幅顯著變小，在深度120 cm的條件下，沖壓前后的壓縮系數(shù)相差僅為

0.11 MPa-1。4）經(jīng)沖壓加固后，各種深度條件下的土體壓縮模型顯著增大，且90 cm范圍內(nèi)的增幅較大。5）土體濕陷性系數(shù)顯著減小，其中深度90 cm范圍內(nèi)的土體濕陷性系數(shù)全部小于0.015，改善效果顯著；而在深度

120 cm條件下，土體濕陷性系數(shù)為0.025＞0.015，土體仍舊呈現(xiàn)濕陷性特征，表明深度在90 cm范圍內(nèi)的沖壓加固效果較好。

3.4 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果分析

為探究沖壓次數(shù)對(duì)地基壓實(shí)度的影響，分別在K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600處選擇測(cè)點(diǎn)，利用環(huán)刀提取土樣并測(cè)取其壓實(shí)度，土樣提取深度依次為30 cm、60 cm、90 cm，并對(duì)沖壓加固前后的路基壓實(shí)度進(jìn)行比較，詳細(xì)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4所示：

從圖4看出：（1）與沖擊壓實(shí)處治前的原狀濕陷性黃土相比，處治后不同土層深度的壓實(shí)度均有顯著提升，但壓實(shí)度增加趨勢(shì)隨土層深度的增加而減小。（2）隨著沖擊次數(shù)的增加，各土層深度的土體壓實(shí)度增加顯著，當(dāng)沖壓次數(shù)不超過(guò)15次時(shí)，壓實(shí)度隨沖擊次數(shù)的增幅較大；當(dāng)沖擊次數(shù)超過(guò)15次后，沖擊壓實(shí)效果明顯減弱，由此可見(jiàn)以沖擊壓實(shí)次數(shù)為15次時(shí)，濕陷性黃土地基的加固效果最優(yōu)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)濕陷性黃土區(qū)路基壓實(shí)的施工難度大、工后易沉降等問(wèn)題，該文以某高速公路項(xiàng)目為依托，提出了沖擊壓實(shí)的處治加固方案，并通過(guò)觀測(cè)不同沖擊壓實(shí)次數(shù)、不同土層深度的加固效果，確定了濕陷性黃土的最佳沖擊次數(shù)，主要內(nèi)容及結(jié)論如下：

（1）壓實(shí)沉降觀測(cè)結(jié)果顯示，隨著沖擊壓實(shí)次數(shù)增加，濕陷性黃土地基頂部的沉降量隨之增大，當(dāng)沖擊壓實(shí)次數(shù)不超過(guò)15次時(shí)，隨著沖擊壓實(shí)次數(shù)的增加，各觀測(cè)點(diǎn)沉降量均隨之顯著增加；當(dāng)沖擊壓實(shí)次數(shù)大于15次時(shí)，隨著沖擊壓實(shí)次數(shù)的進(jìn)一步增加，各觀測(cè)點(diǎn)沉降量的增幅明顯減小，表明沖壓超過(guò)15次后，沖擊壓實(shí)對(duì)濕陷性黃土層的加固效果開(kāi)始減弱，故確定沖壓次數(shù)以15次為宜。

（2）干容重檢測(cè)結(jié)果顯示，濕陷性黃土層深度不超過(guò)90 cm的條件下，隨著沖擊壓實(shí)次數(shù)的增加，土體干容重呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)沖擊次數(shù)由10次增至15次時(shí)，土體干容重隨沖擊次數(shù)的增加而顯著增大，隨著沖擊次數(shù)進(jìn)一步增加至20次，土體干容重出現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明沖擊次數(shù)為15次時(shí)濕陷性黃土的加固效果最優(yōu)。

（3）通過(guò)分析濕陷性黃土路基加固前后的物理力學(xué)指標(biāo)變化發(fā)現(xiàn)，沖擊壓實(shí)處治技術(shù)對(duì)不同深度的土層加固效果存在差異，其中土層深度不超過(guò)90 cm范圍時(shí)，加固后的土層力學(xué)性能明顯提升；土層深度超過(guò)90 cm

后，沖壓處置對(duì)土體的力學(xué)性能提升效果明顯減弱，表明沖擊壓實(shí)技術(shù)的有效加固深度約為90 cm。

（4）壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果顯示，沖壓次數(shù)越多，各種深度土體壓實(shí)度越大。當(dāng)沖壓次數(shù)為15次時(shí)，壓實(shí)度增幅較大，而當(dāng)沖壓次數(shù)超過(guò)15次后，壓實(shí)度基本不再發(fā)生變化，綜合考慮施工成本、工期等各方面因素，建議沖壓次數(shù)為15次。

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