沖擊碾壓在濕陷性黃土路基基底處理中的應用

馮新生 李存良 賈 明

1 工程概況

省道臺運線運(城)稷(山)一級公路路基第三合同段，起訖樁號為:K47+500～K59+160，全長 11.66 km，沿線大多地段路基屬Ⅲ級自重及非自重濕陷性黃土，根據勘察設計部門提供的工程地質勘察報告，濕陷性黃土厚0.6m～3.4 m，天然含水量ω=10.2%。由于地質條件差，要保證工程質量，經與設計單位商榷，決定采用沖擊碾壓、強夯、換填相結合的方法進行路基基底處理。其中采用沖擊碾壓處理面積為142 746 m2，要求原地面80 cm內的土壓實度大于85%，消除淺層厚度地基土的濕陷性。

2 沖擊碾壓原理簡介及特點

沖擊碾壓是采用沖擊式壓實機(一種新型壓實設備)，沖擊式壓路機以三邊形輪沿地面對土石材料進行靜壓、搓揉、周期性沖擊的連續作業，產生強烈的沖擊荷載，使土石顆粒之間發生位移、變形和剪切，對碾壓面具有動荷的作用，使土體深層得到壓實。沖擊碾壓技術的突出特點是影響深，有效壓實厚度可達1.4 m，速度快，10 km/h～12 km/h，壓實效果好。

3 施工參數的確定

3.1 沖擊碾壓試驗區

沖擊碾壓法處理濕陷性黃土路基基底，要根據現場的地質條件和工程的使用要求，正確選用施工參數，才能達到有效而經濟的目的。本次試驗段取里程為K52+160～K52+400，即長340 m、寬32 m的范圍為試驗區。

3.2 沖擊碾壓試驗

通常濕陷性黃土地基較多采取強夯法處理，本標段路基的濕陷性黃土地基采用CYZ25KJ沖擊壓實機在地表面沖碾40遍。沖擊式壓路機為高振幅低頻率，對深層產生較強的沖擊能量，隨著土體密實度增加，其影響深度也逐漸增加。

試驗段共布設5個測試橫斷面(40 m一個測試斷面)，每斷面3個測點(左、中、右)，分10遍、20遍、30遍、40遍進行測試。沖擊碾壓10遍、20遍、30遍、40遍后，采用水準儀檢測沉降量法、灌砂法、輕型觸探儀、三軸固結儀等檢測手段對該段路基基底進行檢測。檢測數據如下:

1)沉降量與沖擊遍數關系見圖1。

2)壓實度檢測。采用灌砂法測定地面以下20 cm，40 cm，60 cm，80 cm深度處的壓實度及相應的曲線見圖 2。

3)承載力檢測。沖擊碾壓后，分別測定地面以下20 cm，40 cm，60 cm，80 cm深度處的承載力，相應的曲線見圖3。

4)濕陷性檢測。a.沖擊碾壓40遍后，采用三軸固結儀測定地面以下干密度對應處的濕陷系數，數據見表 1。b.沖擊碾壓40遍后，采用灌砂法測定地面以下20 cm，70 cm，90 cm，120 cm深度處的壓實度、干密度、含水量，數據見表2。

表1 三軸固結儀測定結果

表2 灌砂法測定結果

3.3 試驗結論

1)土體沖碾40遍后，土的沉降量基本穩定;原地面80 cm內的土壓實度不小于85%，滿足要求，壓實度變化基本穩定;土基承載力變化趨于穩定，濕陷系數由0.043 8降為0.002 2，消除了濕陷性。說明地表下土基已經形成連續、均勻、密實的加固硬層，其技術指標已完全符合黃土地基加固的質量要求。2)確定施工參數為:機械型號CYZ25三邊形沖擊壓路機;沖擊碾壓遍數為40遍;行駛速度為10 km/h～12 km/h。

4 沖擊碾壓的施工

4.1 施工工序

場地放樣→場地清理→場地周邊防護→碾壓前密實度、高程測量、記錄→灑水車灑水、平地機刮平、壓路機靜壓(場地長度不小于200 m)→沖擊碾壓5遍(時速大于12 km/h)→平地機刮平，灑水均勻，壓路機靜壓→沖擊碾壓5遍～8遍(時速大于12 km/h)→平地機刮平，壓路機靜壓→沖擊碾壓累計至40遍→平地機刮平、壓路機靜壓處理→20 cm，70 cm，90 cm，120 cm深度密實度檢測及高程測量→符合設計值進入下道工序。

4.2 施工工藝

沖擊碾壓施工工藝框圖見圖4。

4.3 施工注意事項

1)該段路基屬填方地段，地勢平緩，沖擊碾壓施工前要做好清表工作。2)為防止振動及土體側向變形對構筑物的擠壓破壞，沖擊壓實時沖壓機距涵洞邊緣保持2 m的凈距，與明涵臺保持5m的凈距，本路段兩側30 m內均有民房數處，所以在施工段兩側開挖溝槽保護，槽深1 m，寬30 cm。3)沖擊碾壓若干遍后，地面呈波浪狀，嚴重時會產生跳車現象，繼而影響車速和沖擊效果，應及時進行整平處理，根據土質含水量和揚塵狀態適時灑水。4)碾壓20遍后，考慮到地面下有15 cm的擾動層，因此及時進行整平、靜壓處理。

5 沖擊碾壓施工的幾點體會

1)施工中平地機、灑水車要配合到位，一次性處理長度要盡可能大，確保機車行駛速度，從而保證處理深度。2)碾壓施工完成后，要用光輪壓路機再次碾壓、精平，進一步提高表層土的壓實度。3)沖擊碾壓，極大地提高工作效率，降低勞動強度，縮短工期，降低成本，與傳統設備相比，沖擊壓實機速度快、沖擊力強、影響深度大、可適當放寬對含水量的要求、成本低、工后沉降小。4)沖擊碾壓處理的效果是否理想，與沖擊碾壓的設備有很大關系。依本工程施工來看采用藍派(Lanpad)沖擊碾機(南非產)效果較好。5)沖擊碾壓的效果與表層的(30 cm)平整度和含水量也有較大關系。平整度好，表層的含水量接近最佳含水量則效果顯著。6)在路基底面下2 m內經沖碾壓實影響，形成一定的密實加固硬層，其技術指標已接近路基上路床指標，完全符合黃土地基加固質量要求。

6 結語

目前國內沖擊壓路機施工技術已經廣泛應用于高等級公路土石高路堤的分層沖碾壓實，路堤、路床的檢驗性補壓，以及地基加固處理等工程效果較明顯的領域。此外，沖擊碾壓技術在農業、水利、環境工程等方面也有廣闊的應用前景。

[1] JTG F80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].

[2] JTG E40-2007，公路土工試驗規程[S].

[3] GBJ 25-90，濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[4] JTJ 013-95，公路路基設計規范[S].

[5] 王吉利.沖擊碾壓法處理黃土地基的試驗研究[J].巖土力學，2005，26(5):67-68.