沖擊碾壓技術在淺層可液化土地基處理中的應用

何 巍

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司， 江蘇 南京 210017 )

1 沖擊碾壓作用機理

沖擊碾壓技術于20世紀80年代在國外開始投入生產(chǎn)使用，我國于1995年開始引入使用。沖擊碾壓是由沖擊壓路機牽引車帶動以曲線為邊而構(gòu)成的正多邊形沖擊輪滾動，多邊形滾輪的大小半徑產(chǎn)生位能落差與行駛的動能相結(jié)合沿地面對土石等材料進行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，形成高振幅、低頻率的沖擊壓實原理沖擊碾壓作業(yè)時，在半空間表面上豎向沖擊能傳給地基的能量是由壓縮波（P波）、剪切波（S波）和瑞利波（R波）聯(lián)合傳播的。壓縮波的質(zhì)點運動是屬于平行于波陣面方向的一種推拉運動，它使上粒錯位；剪切波的質(zhì)點運動引起和波陣面方向正交的橫向位移；而瑞利波的質(zhì)點運動則是由水平和豎向分量所組成。剪切波和瑞利波的水平分量使土顆粒間受剪，可使土得到密實，其沖擊壓實功能反映的擊實標準大于目前國際上修正葡氏擊實標準，所產(chǎn)生的高能量沖擊功能使路基進一步密實堅固穩(wěn)定。目前我國以25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機使用最多，其雙輪靜重12t，行駛控制速度為9～12km/h，對地面產(chǎn)生集中沖擊力2000～2500KN，相當于1111～1543kPa。這種高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功能達到超重型擊實功，可使地下深層的密實度不斷累積增加，加快土體固結(jié)，提高土體抗剪強度。

2 沖擊碾壓在液化土地基處理中的應用

根據(jù)交通部公路科學研究院的《公路沖擊碾壓應用技術指南》，采用沖擊碾壓處理路基時路基的含水量范圍為wopt-4%≦w≦wopt+2%(細粒土大于等于50%)或wopt-3%≦w≦wopt+2%(細粒土大于等于50%)，高液限土沖擊碾壓含水量可放寬至30%。

宿新高速公路宿遷段位于堆積沖擊平原區(qū)，地勢平坦，沿線分布22層粉土為可液化土，頂層埋深01.0m，厚度1.0～9.2m，單孔液化指數(shù)為26.9～57.2，w為44.6%，綜合判別液化等級為嚴重。該工程抗震設防烈度按8度設防，根據(jù)抗震設計原則，對嚴重液化的一般路段都要進行處理，原則上消除液化，條件受限時采取措施降低液化等級。處理液化土比較有效的方法是強夯法，特別對埋深較厚的液化土處理效果較好，而強夯由于其瞬間沖擊能較大，對附近建筑物震動影響較大，為此對于一些強夯施工條件受限路段，其液化土埋深較淺（3m以內(nèi)）的路段首次引進了沖擊碾壓的處理方法，以消除淺層液化或降低液化等級，這一處理方法在江蘇省高速公路建設中屬于首次。

3 沖擊碾壓處理液化土施工方案及過程

沖擊碾壓處理液化土的機理是通過沖壓，使高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功一方面使液化土層吸收能量后土體重新排列，排水固結(jié)，使土體密實，另一方面沖擊波能使土體產(chǎn)生地震效應，使土體預先液化，隨著應力逐漸消散，土體自由水逐漸排出，土顆粒重新排列固結(jié)，從而達到消除液化和降低液化的目的。

由于沖擊碾壓需達到一定的行駛速度才能產(chǎn)生周期連續(xù)的沖擊力，為了防止地面軟弱而影響行駛速度，故在地面設置了30cm碎石土墊層，使地面形成以硬殼層，從而保證施工過程中能達到預期的行駛速度。

為了達到更好的排水效果，在地面以下設置了設置縱向、橫向碎石盲溝及兩側(cè)排水溝，縱向碎石盲溝沿道路中心線通長設置，橫向碎石盲溝按每20米一道設置，左右幅交錯設置。縱、橫碎石盲溝寬度為60cm，深度為原地面下1.0m。兩側(cè)排水溝寬度為1m，深度為原地面下1.2m。

（一）準備工作

選擇典型路段作為試驗段，該段的土層地質(zhì)條件具有代表性（22粉土層在3m左右），工作面平坦，交通條件較好，試驗段長度大于200m，有利于提高碾壓速度。施工前對施工區(qū)域進行測量放樣，放出道路中心線，標出試驗范圍；布設好沉降觀測點位置，并測量原地面高程；按要求設置盲溝及鋪設30cm厚碎石土墊層；

沖擊壓路機采用25KJ雙輪三邊形壓路機，同時配備了挖掘機、推土機、抽水機等；

試驗段施工前召集相關施工技術人員、操作人員進行技術交底，明確試驗段施工工藝流程及檢測方法。

（二）施工過程及數(shù)據(jù)采集

（1）采用的25KJ雙輪沖擊壓路機輪寬90cm，輪隙寬度116cm。沖擊碾壓時采用來回錯輪方式進行碾壓，輪跡之間不重疊。沖擊一次計算碾壓寬度為2m，經(jīng)過錯輪碾壓一個來回后，計算碾壓寬度為4m。因此，試驗段全幅碾壓一遍需11個來回。

（2）沖擊壓路機開始由處理范圍兩側(cè)開始向中心碾壓。沖擊壓路機進行沖擊碾壓時，機械行進速度控制在10km/h左右。輪跡覆蓋整個路基表面為沖碾一遍，碾壓遍數(shù)由專人負責記錄。

（3）以每5遍為一單元進行碾壓和測量地面沉降量，當出現(xiàn)彈簧及泛砂現(xiàn)象時停止碾壓，靜止48小時以上，待孔隙水壓力消散以后再繼續(xù)碾壓；本試驗段初步確定的碾壓變數(shù)為30遍，碾壓至9遍時開始出現(xiàn)彈簧，10遍以后即停止碾壓，靜止48小時后繼續(xù)碾壓，而后在15、20、25遍后均靜止48小時候再繼續(xù)碾壓。

圖一：試驗段施工工藝流程

（4）沉降量檢測情況：

①沖擊碾壓5遍后平均沉降量為25mm；

②沖擊碾壓10遍后平均沉降量為58mm，累計沉降量為83mm；

③沖擊碾壓15遍后平均沉降量為70mm，累計沉降量為153mm；

④沖擊碾壓20遍后平均沉降量為97mm，累計沉降量為250mm；

⑤沖擊碾壓25遍后平均沉降量為46mm，累計沉降量為296mm；

⑥沖擊碾壓30遍后平均沉降量為27mm，累計沉降量為323mm。

（三）試驗段檢測結(jié)果

通過對土體標準貫入的檢測，以實測標貫擊數(shù)與臨界標貫擊數(shù)對比，可判斷處理后土體液化是否消除及降低液化程度，同時對施工前后的實測標貫擊數(shù)對比可反映處理效果是否明顯。本項目根據(jù)相關數(shù)據(jù)計算所得的臨界標貫擊數(shù)為12擊，在施工前對原狀土也進行的標貫檢測，施工完成靜止7天后在對應位置進行了標貫檢測，具體情況如下：

1 #檢測點施工前后土層2m以上標貫值由5擊提高至13擊效果明顯，2～3m處由5擊提高至8擊，效果較明顯；

2 #檢測點施工前后土層2m以上標貫值由4擊提高至15擊效果明顯，2～3m處由5擊提高至9擊，效果較明顯；

3 #檢測點施工前后土層2m以上標貫值由5擊提高至14擊效果明顯，2～3m處由5擊提高至8擊，效果較明顯。

從檢測結(jié)果顯示，2m以上的土層標貫擊數(shù)均大于臨界標貫擊數(shù)12擊，已完全消除液化，2～3m范圍內(nèi)的標貫擊數(shù)雖然沒達到臨界擊數(shù)，未能完全消除液化，但較處理前有明顯提高，降低了液化等級，達到了預期的效果。

結(jié)語

通過對試驗段的施工及數(shù)據(jù)分析，適當?shù)脑O置盲溝，及時排除積水，使得排水暢通，采取一定的措施有效控制碾壓速度，充分發(fā)揮沖擊壓路機的沖擊能，合理控制碾壓遍數(shù)及消散時間，科學利用沖擊碾壓技術，對處理埋深較淺的液化土處理是行之有效的辦法，特別是對于2m以內(nèi)的土層可完全消除液化，對2～3m以內(nèi)的土層可明顯提高其標貫擊數(shù)，降低其液化等級，在類似的工程條件下可推廣運用。

[1]《公路沖擊碾壓應用技術指南》.交通部公路科學研究院，2006.

[2]雍曉華.路基路面壓實檢測技術方法及影響因素討論[J].新疆石油科技，2005（2）.

[3]宿遷至新沂段高速公路施工圖設計[Z].江蘇省交通科學研究院， 2007（8）.