重錘夯實在含砂低液限黃土路基壓實中的應用

朱曉斌 張陳晨

(1.山西省交通科學研究院，山西太原 030006; 2.黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室，山西太原 030006;3.廣東嘉應學院，廣東 梅州 514000)

1 概述

中國公路自然區劃的Ⅲ1a區(雁北張宣副區)以及大型河流的一級階地廣泛分布有含砂低液限黃土。此類土既不同于粉性土，又有別于砂土，其在礦物組成、顆粒分布以及壓實機理方面均不同于一般土，具有獨特的工程特性［1］。該土細砂和粉粒含量較多，粗粒和粘粒含量較少，由于顆粒級配均勻，保水性差，在運輸、攤平、碾壓工程中水分損失嚴重，再加上黃土地區水資源極為稀缺，氣候干燥，如在施工過程中應用常用的壓實方法、控制指標及施工工藝，含砂低液限黃土路基壓實度無法達到要求，在公路建成通車后路基會產生過大的沉降變形，導致路面開裂［2，3］。

在建神河高速位于含砂低液限黃土地區，路基壓實度經常無法達到規定要求。本文通過現場試驗以及理論分析，選取K65+950～K66+120路段作為研究對象，開展了含砂低液限黃土地區路基重錘滿面夯實的效果研究，獲得創新性的學術研究成果，直接為神河高速公路路基的設計、施工提供指導和建議，以期能夠達到控制和節省工程建設投資，提高施工效率，保證公路運營期間的安全，提高耐久性和延長使用壽命等目的，同時本研究可為黃土地區其他交通工程建設中遇到的相關問題以及公路、鐵路工程規范的修編提供參考依據，研究成果可在黃土地區推廣。

2 工程概況

2.1 神河高速概況

神河高速(靈河高速神池—河曲段)是山西省高速公路網規劃“三縱十一橫十一環”第三橫的重要組成部分，項目起點位于神池縣東湖鄉，設東湖樞紐與擬建原平—神池高速公路及西縱高速公路十字相接，終點位于河曲縣文筆鎮科村，與規劃的晉蒙黃河公路大橋相接，路線全長99.13 km，概算總投資81.55億元。

全線設互通式立交6處，服務區2處、停車區1處、匝道收費站5處，養護工區2處、管理監控分中心1處。同步建設神池西互通連接線(一級公路)0.9 km、三岔互通連接線(二級公路)4.9 km、偏關互通連接線(二級公路)13.96 km、河曲互通連接線(一級公路)4.2 km。主線采用雙向四車道高速公路標準，其中，K0+300～K41+330段設計速度采用100 km/h，路基寬度為26.0 m;K41+330至終點段設計速度采用80 km/h，路基寬度為24.5 m;橋涵設計汽車荷載等級采用公路—Ⅰ級。

2.2 K65+950～K66+120試驗路段概況

試驗路段選擇在K65+950～K66+120段，全線170 m，所處高填方段最大填高76 m，路基填方近30萬m3，所需填料均由K65+500～K65+688路基挖方段調入，對土的顆粒進行分析后結果顯示土的不均勻系數Cu＜5，土的級配較差。試驗段所在標段范圍內沖溝發育，地形起伏較大，路基填方均處于V形溝，填方高度均在50 m以上。試驗段填土基本試驗參數見表1。

表1 神河高速K65+950～K66+120路段填土基本試驗參數

3 路基重錘滿面夯實試驗過程

3.1 試驗原理

重錘夯實法利用重錘從高空自由下落時產生的沖擊能，使地面下一定深度內土層達到密實狀態的地基處理方法，在黃土地區公路工程中使用較多［4］。有效夯實深度取決于錘重、錘底直徑、落距和土類，可分為表層夯實法和強力夯實法兩種。重錘夯實法可以提高地基承載力、消除濕陷性地基的濕陷現象［5］。

本文采用的夯實方法為表層夯實法。表層夯實法錘重與錘底面積的關系應符合錘底面上的靜壓力為15 kPa～20 kPa的要求，適用于夯實厚度小于3 m、地下水位以上0.8 m左右的稍濕雜填土、粘性土、砂性土、濕陷性黃土地基［6］。由于錘體較輕、錘底直徑和落距較小，產生的沖擊能也較小，故有效夯實深度不大，一般為錘底直徑的一倍左右。夯實應在最佳含水量條件下進行，最佳含水量由室內擊實試驗求得。當土的天然含水量小于最佳含水量的2%以上時，應向基坑加水至最佳含水量，基坑浸水一晝夜后方可夯實。當含水量過大時，可在其上鋪設順水材料如干土、生石灰、碎磚等或換土［7］。

3.2 試驗目的與方法

本試驗對神河高速K65+950～K66+120段填高為3 m的含砂低液限黃土路基填方進行重錘滿面夯實，夯后測量填層下沉量及該3 m范圍內的土體壓實度，通過對下沉量和壓實度變化的分析，確定重錘滿面夯實對該地區高填方減少工后沉降和保證質量的有效度。試驗目的是通過對試驗數據的分析，確定重錘滿面夯實對填方的擠密效果，并預測能否有效的減少工后沉降的風險和保證工程質量。

3.3 試驗步驟

該試驗開始日期為2012年5月10日，完工日期為2012年5月15日，共計6 d。具體工序安排如下:1)對填料進行土工試驗，確定填料的各項指標，按確定的工藝參數和機械組合進行路基填筑、壓實施工，以最后兩擊平均夯沉量小于20 mm控制，確保壓實度不小于93%，滿足設計要求。2)因該填方段目前施工作業面較小，每層填筑壓實完畢，隨機選取2個點采用灌砂法檢測其壓實度，壓實度不合格予以返工處理［8］。3)逐層施工至填高3 m，路基頂面應平整，各點高差不大于2 cm，測量路基頂面12個點高程，其平均高程即為該段路基頂面標高。4)采用單點夯擊能600 kN·m將該段路基頂面重錘滿面夯實，重錘滿面夯實采用帶自動脫鉤落錘裝置的35 t的液壓履帶式起重機，錘重15 t，其底面形狀為圓形，直徑2.3 m，按設計要求夯點搭接(1/4)D，見圖1。5)滿面夯擊完成，及時將夯坑推平平整，各點高差不大于2 cm，灑水碾壓至壓實度不小于93%，測量路基頂面12個點高程，其平均高程即為該段路基滿面夯擊后的頂面標高，見圖2。6)選取4個點，采用灌砂法分別檢測原地面及原地面以下0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m 的壓實度。

圖1 重錘滿面夯實施工

圖2 重錘滿面夯實效果

3.4 試驗注意事項

1)施工過程中應對填土方壓實度、平整度、橫坡、縱坡、寬度、中線偏位、縱斷高程、邊坡等各項參數及施工過程進行詳細記錄并及時簽認［9］;2)填筑完成標高測量時，必須采用人工整平，保證路基頂面的平整，保證各點高差控制在2 cm之內;3)夯坑整平時不得另行上土，亦不能將浮土推至邊坡外，保證前后土方量的一致性，確保數據的真實性和指導性;4)為了保證夯擊質量，邊坡側需加寬1 m并同步壓實;5)夯擊完畢整平碾壓后，檢測壓實度時，采用挖掘機配合人工開挖的方式進行分層檢測，對檢測層不得擾動，確保檢測數據的真實可靠。

4 路基重錘滿面夯實試驗結果分析

4.1 試驗數據分析

4.1.1 試驗前后路基下沉量

夯擊前后填層頂面標高的變化為本次夯實路基的下沉量:

1)試驗段分層填筑3 m后，頂面找平，12個點實測標高分別為:1 258.078，1 258.098，1 258.222，1 258.318，1 258.286，1 258.288，1 258.292，1 258.314，1 258.253，1 258.237，1 258.164，1 258.112，平均高程為1 258.222;2)滿面夯擊完畢后，將夯坑推平，壓實整平后12 個點實測標高分別為:1 258.028，1 258.093，1 258.243，1 258.301，1 258.275，1 258.186，1 258.211，1 258.301，1 258.121，1 258.201，1 258.031，1 257.990，平均高程為 1 258.165;3)增加滿面夯擊后路基本體夯沉量:1 258.222 －1 258.165=0.057 m，填高 3 m，夯沉率為 0.057/3*100%=1.9%。

4.1.2 試驗前后擠密效果

取夯擊后不同深度壓實度的平均值的變化，分析夯擊對路基填層的擠密效果:1)分層填筑時，在原地面及原地面以下0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m 各選取 2 個點測得壓實度平均值分別為93.2%，93.3%，93.4%，93.3%，93.4%;2)滿面夯擊完成后，在原地面及原地面以下0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m 各選取4 個點測得壓實度平均值分別為 97.8%，97.2%，95.5%，95.3%，95.3%;3)增加滿面夯擊后壓實度增加值分別為:4.6%，3.9%，2.1%，2.0%，1.9%，平均值為 2.9%。

4.2 試驗結果

通過對滿面夯擊前后路基頂面標高的對比，在該地形及填料條件下滿面夯實對減小高填方路基工后沉降有顯著的效果，尤其是在工期緊，不能預留足夠的工后沉降的情況下，增加滿面夯擊效果明顯也非常有必要;通過對滿面夯擊前后相同高度處的壓實度檢測結果的對比，增加滿面夯擊不會影響已填筑的路基質量，相反對路基壓實有一定的擠密效果，更能保證路基質量。通過該試驗，在該地形及填料條件下路基填筑每填高3 m增加滿面夯擊能有效減小路基工后沉降，對路基下層的擠密壓實也有一定的積極作用。

5 結語

1)闡述了含砂低液限黃土路基重錘滿面夯實試驗的原理、試驗目的與方法，并根據現場試驗，論述了試驗步驟和在試驗過程中應注意的問題;2)對試驗數據進行了分析，結果表明:重錘滿面夯實可以有效減小含砂低液限黃土高填方路基工后沉降，還可以有效提高路基壓實度。

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