公路濕陷性黃土地基沖擊壓實處理分析

作者簡介：程曉輝（1987—），助理工程師，研究方向：道路與橋梁施工。

摘要：濕陷性黃土地區只采用振動壓路機壓實不能有效消除黃土的濕陷性，工后容易產生不均勻沉降，造成路基路面結構開裂破壞。為合理確定公路濕陷性黃土地基沖擊壓實方案，文章結合施工項目建立試驗段進行試驗分析，根據試驗段地質概況制定沖擊壓實方案，分析現場試驗結果后得出以下結論：在碾壓15遍地基時頂面沉降增加明顯，地基土壓實度、干容重得到明顯提升，但繼續增加碾壓遍數改善效果不明顯；深度為90 cm以內地基土物理力學指標改善效果較好。因此，綜合分析確定最佳碾壓遍數為15遍，有效處治深度為90 cm。

關鍵詞：公路；濕陷性黃土地基；沖擊壓實；沉降；干容重

中圖分類號：U416.212

0 引言

黃土的結構強度較高，但遇水后容易軟化造成強度迅速下降^[1]，因此在黃土地區公路路基容易產生濕陷破壞。在我國，濕陷性黃土分布廣泛，在公路建設過程中，消除黃土的濕陷性是施工重點之一，以防在后期運營過程中產生路基沉降變形。沖擊壓實技術是通過大噸位壓實機械對濕陷性黃土進行反復碾壓^[2]，在沖擊作用下提升地基土的壓實度、降低孔隙比、消除濕陷性。我國學者經過多年研究，已經對濕陷性黃土地基處治形成了一套較為完善的處治方案^[3-4]，但由于各地濕陷性黃土工程地質條件存在較大的差異，應結合工程實際合理優化沖擊壓實加固方案。本文以某高速公路濕陷性黃土地基處治為研究背景，該道路沿線分布有多處濕陷性黃土地基，濕陷等級較高，根據施工現場地質情況制定沖擊壓實加固方案，并在施工過程中開展檢測與評價，合理確定沖擊壓實施工參數，優化加固方案。

1 試驗段概況

某高速公路沿線地勢起伏大，相對高差為350～500 m，沿線地貌主要有堆積地貌、沖積平原地貌和侵蝕剝蝕構造地貌三種。道路經過多處階地，其中階地上部為黃土，下部為泥巖、砂巖，黃土厚度不均，濕陷程度差異也較大。通過現場勘探，確定K24+960～K26+750段濕陷性黃土等級為Ⅱ級非自重濕陷性黃土，黃土層厚度為1.5～6.5 m，濕陷土層厚度為0～1.2 m。該路段地下水位較低，對濕陷性黃土地基的影響可忽略。本文選擇K25+500～K25+600段作為試驗路段，路基填方高度為5.0～6.5 m，采用沖擊壓實技術進行加固處理。試驗路段地貌為侵蝕性地貌，黃土厚度為2.0～15.0 m，濕陷層厚度為0.5～1.5 m。試驗路段上部為種植土，腐殖質含量高，施工前進行清除。濕陷性黃土的含水量最大值為17.8%，最小值為8.6%，干密度最大值為17.246 kg/m³，最小值為14.452 kg/m³，孔隙比平均值為0.948，壓縮系數平均值為0.38 MPa^-1，壓縮模量為10.6 MPa，濕陷系數為0.025～0.066。

2 試驗段濕陷性黃土沖擊壓實處治方案

濕陷性黃土地區只采用振動壓路機壓實不能有效消除黃土的濕陷性，工后容易產生不均勻沉降，造成路基路面結構開裂破壞。相較其他處治方法，采用沖擊壓實技術具有施工工藝簡單、工程造價低、施工周期短等優勢^[5]。采用沖擊壓實處治濕陷性黃土可以快速消除黃土的濕陷性，提高地基的穩定性，但不宜用于厚度較大的濕陷性黃土地基。國外對沖擊式壓路機的研究和應用較早，我國在20世紀90年代開始引進和開發沖擊式壓實機具^[6]，現今已具有完善的研發、生產、銷售體系。根據該項目K25+500～K25+600試驗段地質情況，擬采用沖擊壓實技術進行加固處理，消除地基土的濕陷性。具體施工方案如下：

（1）施工機具配備：

現場配備晟路LYSL25型沖擊式壓路機一臺、三一重工SY375H型挖掘機一臺、國機洛陽TS100L-3履帶推土機一臺、三一重工SSR220C-8H壓路機一臺、徐工180平地機一臺、5 000 L灑水車一臺、自卸汽車5輛，以及一些小型施工機具。

（2）沖擊壓實方案：以路基中心線為分界，兩側分別布置沖壓車道，每個車道寬度3.5 m，沖擊壓實遍數為10～20遍。在沖擊壓實前對中線兩側地基頂面高程進行測量，間隔距離為10 m，并取樣檢測土壤干重度。在沖擊壓實遍數達到10遍、15遍、20遍后，整平路基后振動碾壓密實，檢測沖壓車道各測點高程，分別取樣檢測土壤干重度。與沖擊壓實前干重度檢測結果進行對比，合理確定沖擊壓實遍數。通過對比各測點沖擊壓實前后高差，得出地基表面的沉降量；對比分析土樣干容重等指標的檢測結果，確定沖擊碾壓對地基土的改善效果。同時，碾壓完成后對地基土壓實度進行檢測，分析地基土的壓實效果。

3 濕陷性黃土地基沖擊壓實效果分析

3.1 壓實沉降觀測結果分析

在沖擊壓實過程中，為確定不同沖擊壓實遍數地基頂面沉降情況，分別在沖擊壓實10遍、15遍、20遍三種情況下對地基頂面高程進行測量，計算高差得到沉降量。本文取K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600五個斷面的觀測結果作為研究對象，并分析了距路基中線左右兩側10 m位置測點數據，各測點沉降變化曲線如圖1和圖2所示。

分析圖1和圖2得出，隨沖擊壓實遍數的增加地基頂面沉降也隨之增加，且沖擊壓實遍數超過15遍后，沉降量增幅明顯減小。在沖擊壓實10遍后，路基左側各測點沉降量分布在5.9～6.8 cm，平均值為6.32 cm，沖擊壓實15遍后平均值增至9.54 cm，沖擊壓實遍數達到20遍時沉降量平均值增至10.68 cm；右側各測點的沉降量分布在7.2～8.3 cm，平均值為7.62 cm，沖擊壓實15遍后平均值增至11.91 cm，沖擊壓實遍數達到20遍時沉降量平均值增至12.67 cm。經過對比分析，當沖擊壓實遍數從10遍增加到15遍時路基左右側各測點沉降量平均增加了50.95%和56.27%；沖擊壓實遍數從15遍增加到20遍時各測點沉降量分別增加11.95%和6.35%，增幅明顯下降。因此，在考慮經濟效益的條件下，可將沖擊壓實遍數初步定在15遍左右。

3.2 干重度檢測結果分析

在沖擊壓實遍數為10遍、15遍、20遍時，在K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600五個斷面取樣檢測土樣干容重。取樣深度分別為15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm，將各沖擊壓實遍數土樣干重度與沖擊壓實前土樣干重度進行對比分析，試驗結果如圖3所示。

分析圖3可知，在深度90 cm以內，地基土干重度在沖擊壓實遍數從10遍增加到15遍時明顯提高，但在沖擊壓實遍數從15遍增加到20遍后，干重度有所下降。沖擊壓實遍數從10遍增加到20遍期間，深度為120 cm位置干重度變化幅度較小。與沖擊壓實前干重度為12.81 kN/m³相比，也有一定幅度增加。在沖擊壓實遍數從10遍增加到15遍后，不同深度土樣干重度均有所提升，深度為15 cm、30 cm、60 cm、90 cm、120 cm時土樣干重度分別增加13.67%、26.11%、21.64%、14.41%、1.22%，而沖擊壓實遍數從15遍增加到20遍時，干重度有一定幅度下降。因此，沖擊壓實影響深度為90 cm左右，沖擊壓實遍數選擇15遍左右較為合適。

3.3 地基土物理力學指標取樣分析

在沖擊壓實15遍后，于K25+550斷面取樣，送實驗室以檢測地基土各項物理力學指標，并與試驗前各深度檢測結果進行對比，對比分析結果如后頁表1所示。

由表1可知，在深度90 cm以內地基土各項物理力學指標改善效果明顯，90 cm以下變化幅度相對較小。處治后，不同深度孔隙比均有所下降，90 cm深度以上下降幅度較大，90 cm以下較小，深度為120 cm時下降幅度僅為0.007。同樣，壓縮系數也在深度為90 cm以上下降幅度較大，最大差值為0.45 MPa^-1（60 cm處），深度為120 cm處僅減小了0.11 MPa^-1。壓縮模量普遍提升，最大提升幅度為3.87 MPa（15 cm處）。深度90 cm以上的地基土濕陷系數均＜0.015，消除了濕陷性；深度為120 cm處濕陷系數為0.026，還具有濕陷性，說明沖擊壓實有效處治深度為90 cm左右。

3.4 壓實度檢測結果分析

為了分析不同沖擊壓實遍數地基土的壓實度變化情況，在試驗段K25+520、K25+540、K25+560、K25+580、K25+600五個斷面選取測點，采用環刀法檢測壓實度，取樣深度分別為30 cm、60 cm和90 cm。分別在沖擊壓實前后進行檢測，整理檢測結果如圖4所示。

分析圖4可知，在沖擊壓實后各深度土層壓實度均得到明顯提升，且隨深度增加壓實度不斷下降。沖擊壓實前地基壓實度較小，在沖擊壓實10遍后提升幅度較大，在15遍以后壓實度提升幅度有所下降，進一步說明沖擊壓實遍數選擇15遍較為合理。

4 結語

為合理制定濕陷性黃土地基沖擊壓實方案，結合施工案例建立試驗段開展現場試驗進行研究，分析現場試驗檢測結果得出以下結論：

（1）沖擊壓實遍數從10遍增加到15遍地基頂面各測點沉降量增幅較大，而從15遍增加到20遍增幅較小，初步確定最佳沖擊壓實遍數為15遍左右。

（2）在沖擊壓實遍數從10遍增加到15遍后，地基土樣干重度有一定幅度提升，而沖擊壓實遍數從15遍增加到20遍時則有一定幅度下降，得出沖擊壓實影響深度在90 cm左右，進一步說明最佳沖擊壓實遍數為15遍左右。

（3）深度90 cm以內，孔隙比、壓縮系數、壓縮模量具有較大改善，濕陷系數均＜0.015，消除了濕陷性，深度90 cm以上各指標改善不明顯，還具有濕陷性，進一步說明沖擊壓實有效處治深度為90 cm左右。

（4）在沖擊壓實遍數達到15遍以后，地基土壓實度提升幅度明顯下降，進一步說明沖擊壓實遍數選擇15遍較為合理。

參考文獻：

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