黃土路基的沖擊壓實技術(shù)研究

劉培瑞

（山西路翔交通科技咨詢有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

黃土作為一種特殊土，在山西地區(qū)公路建設(shè)中是最主要的路基填料，然而在該地區(qū)修建高等級公路面臨黃土地基濕陷、黃土回填橋涵墻背難以壓實、黃土高填方路基壓實不足和施工效率低等技術(shù)難題，若不能很好地解決將引起橋頭跳車、路基工后沉降變形大等問題[1]。本文依托山西左權(quán)至黎城高速公路工程和陽泉至左權(quán)高速公路工程，對沖擊壓實技術(shù)在黃土路基填筑中的應(yīng)用技術(shù)進行研究，以解決難以壓實的技術(shù)難題，在保證高填方黃土路基壓實質(zhì)量的同時提高路基填筑的施工效率。

2 工程概況

左權(quán)至黎城高速公路是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”東縱天黎高速公路的重要組成部分，主線長78 km，2013年4月開工建設(shè)，2016年5月交工驗收。項目起點左權(quán)縣東北遼陽鎮(zhèn)殷家莊處，途徑革命老區(qū)晉中市左權(quán)縣、長治市黎城縣的7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、49個村，接邢汾高速公路左權(quán)樞紐，終點在黎城縣北停河鋪鄉(xiāng)元村處接長邯高速公路黎城北樞紐。全線共有特、大中小橋60座，通道77道，涵洞89道，隧道10座，橋隧比例40%。

工程所在區(qū)域濕陷性黃土主要是風(fēng)積和沖洪積黃土，土層深厚。按照國家《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的分區(qū)劃分，工程區(qū)為嚴(yán)重濕陷型黃土，濕陷性黃土在地表廣泛分布，濕陷等級多為Ⅲ～Ⅳ級，濕陷性較為敏感。按照設(shè)計要求，為保證工程質(zhì)量，原地面清表后需進行沖擊碾壓，要求表層壓實度達到90%以上，以降低地基土的濕陷性，提高其承載能力，減小路基工后沉降變形。

3 試驗簡介

現(xiàn)場沖壓試驗選擇K17+100—K17+200作為試驗段，試驗段全長100 m，寬20 m。該路段地基土為一般新黃土具有代表性，濕陷等級為Ⅲ級自重濕陷性。根據(jù)工程現(xiàn)場檢測結(jié)果，試驗場地土樣屬低液限粉土（ML）與低液限黏土（CL）過渡區(qū)，土樣代號為ML～CL。該場地一般新黃土主要工程特性見表1。

表1 基底一般新黃土物理力學(xué)性質(zhì)

試驗采用宇通重工6830三邊形沖擊壓路機，其性能參數(shù)為：機器質(zhì)量16.2 t，靜態(tài)沖擊勢能30 kJ，壓實寬度2×0.9 m，最佳工作速度10～15 km/h，轉(zhuǎn)彎半徑6 m，有效壓實深度1 m，影響深度5.5 m，牽引車功率不小于235 kW。具體試驗步驟為：

a）清表整平；

b）埋設(shè)高程和距離固定樁；

c）布設(shè)檢測點；

d）沖擊碾壓作業(yè)；

e）下沉量觀測和土樣采集；

f）重復(fù)步驟 c、d、e進行 15 遍、20 遍、25 遍、30遍的沖壓試驗，高程檢測點的位置與之前相同，采集土樣時每個檢測點附近前后兩個取樣點間距不小于5 m。

4 試驗結(jié)果分析

按照上述試驗步驟，分別對沖擊碾壓不同遍后各點的下沉量和不同深度處的壓實度進行檢測。

4.1 下沉量

地表下沉量是沖擊壓實效果最直觀的表現(xiàn)，地表壓縮使地基土不同深度處的壓實度得到提高。沖擊碾壓不同遍數(shù)后，采用水準(zhǔn)儀量測各檢測點的下沉量，并計算不同碾壓遍數(shù)對應(yīng)的平均下沉量，檢測結(jié)果見表2及圖1所示。

表2 沖擊碾壓下沉量觀測結(jié)果 cm

圖1 下沉量與沖壓遍數(shù)關(guān)系曲線

4.2 壓實度

沖擊碾壓不同遍數(shù)后，采用環(huán)刀法取樣對不同深度處的含水率和壓實度進行檢測，對不同點檢測結(jié)果取平均值見表3，繪制不同深度處的壓實度與沖壓遍數(shù)關(guān)系曲線如圖2。

圖2 各深度處壓實度與沖擊碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

4.3 濕陷系數(shù)

參考交通部公路科研所1998年所做的《宣大高速公路沖擊壓實檢測報告》[2]，其地基土質(zhì)為濕陷性黃土，干密度ρd=1.28～1.99 g/cm3，塑性指數(shù)Ip=6.0%～9.8%，地基土特性與本文依托試驗場地類似。根據(jù) 其試驗統(tǒng)計結(jié)果表明，黃土地基壓實度大于80%，干重度超過 15 kN/m3時，黃土濕陷系數(shù) δs＜0.015，濕陷性基本消除，與山西建研院在山西地區(qū)強夯處治黃土的試驗結(jié)果一致，并建立了干密度ρd與濕陷系數(shù)δs之間的關(guān)系，如式（1）所示：

表3 沖擊碾壓處治濕陷性黃土地基壓實度檢測結(jié)果

表4 試驗場地黃土濕陷系數(shù)計算表

式中：δs為濕陷系數(shù)；ρd為土樣干密度，g/cm3。

根據(jù)式（1）計算該試驗場地沖擊碾壓不同遍數(shù)后各深度處的濕陷系數(shù)，見表4。

5 總結(jié)

本文對沖擊壓路機的工作原理、沖擊能量和沖擊力、沖擊壓實性能特點等進行了分析，并依托山西左黎高速工程，采用宇通重工6830型30kJ沖擊壓路機進行了現(xiàn)場沖壓試驗，研究了30kJ沖擊壓路機處治山西地區(qū)濕陷性黃土地基的施工技術(shù)參數(shù)、質(zhì)量控制指標(biāo)及控制標(biāo)準(zhǔn)，得出如下結(jié)論：

a）沖擊壓路機具有高振幅低頻率、沖擊能量高、沖擊力大、影響深度大等特點，用于路基工程中對一般土質(zhì)及特殊土（黃土、膨脹土、鹽漬土）地基或路基的壓實均適用。

b）通過對30kJ沖擊壓路機現(xiàn)場沖擊碾壓試驗結(jié)果的分析，得到了利用30kJ沖擊壓路機處治山西地區(qū)濕陷性黃土地基的施工技術(shù)參數(shù)及處治效果。

c）通過對現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的分析，建立了利用30kJ沖擊壓路機處治山西地區(qū)濕陷性黃土地基的質(zhì)量控制方法及標(biāo)準(zhǔn)。

d）通過改變每層擊實次數(shù)對土樣進行了不同擊實功下的擊實試驗，研究了擊實功對黃土擊實特性的影響規(guī)律。根據(jù)試驗結(jié)果可知，隨著擊實功的增加，土樣最佳含水率逐漸減小，最大干密度逐漸增大，且變化幅度逐漸降低。