公路湿陷性地基处理中的冲击压实技术分析

2016-08-10郑伟宏福建君达建设有限公司漳州363000

福建交通科技 2016年3期

关键词：遍数陷性黄土

■郑伟宏（福建君达建设有限公司，漳州363000）

公路湿陷性地基处理中的冲击压实技术分析

■郑伟宏
（福建君达建设有限公司，漳州363000）

通过公路地基处理中的冲击压实技术实例，对湿陷性、孔隙比、干密度、影响深度、压缩模量以及路基的沉降变形等进行系统地研究。研究结果表明，冲击压实技术在湿陷性地区道路施工中应用，不但可以有效改善地基质量，而且有效降低了路基施工后沉降。

湿陷性地基处理冲击压实

关于黄土地基的研究，国内外的研究数量已经很多了，但是系统、完整性还不够，很多问题还需要深入探讨。随着我国公路基础设施建设地快速发展，黄土路基中出现了更多的问题，针对处理方法的设计、施工以及处理的效果是否理想，经济效益是否合理，新技术和新工艺的开发和利用等问题都需要深入进行研究。

1冲击压实技术概述

冲击式压实机在我国近几年的发展中逐渐成为了一种新型的筑路机械，与一般的压实机对比，冲击式压实机在路基的压实中很好地发挥了自身重量作用，碾压轮前进过程中，一部分势能将会有效转化为势能，对路基产生强烈冲击，对压实厚度和压实体积都有所增加，减少了压实次数，提升路基压实效果［1］。对比强夯，加固的深度较小，但冲击压实际上冲击能不大，很好的避免了对土体结构的破坏，并发生连续性冲击，此外机械行走的速度比较快，压实成本比较低等优势。

冲击式压实机的冲击能可以通过以下公式（1）进行计算。

E=mgh

（1）

（1）式中的E表示冲击式压实机的冲击能；m是压实机中轮轴的组件质量；g为重力加速度，取值是9.81m/s2；h压实轮的外半径和内半径的差。

实践表明，压实轮对地面所造成的冲击量和压实轮转动的线速存在联系，依据冲量定理公式（2）对冲击量N进行计算：

（2）

（2）式中的v′代表冲击初速度（m/s），v指的是冲击末速度，t是冲击作用时间。

三角边的冲击式压实机的冲击力在3×103～4×103kN区间。该振幅的冲击力作用在土体上，将会出现强大冲击波向深层土体传播，造成土体颗粒间的相互位移、变形和剪切，压实深层土体结构。消除地基土湿陷性，减小路基施工后沉降，达到提升路基稳定性的目的。

2地基土冲击压实参数分析

本次研究中的工程为某施工公路，该公路需要经过湿陷性黄土地区，依据线路岩土工程的勘察资料，该地区为第四系风积黄土状砂土，其中有支离破碎状黄土沟梁地形，土体结构松散，土质存不均一，且有孔隙和虫孔，含水量低。该地区的湿陷等级为II类，程度中等。在路堤施工之前需要对湿陷性实行处理，反之，将出现路基的大面积变形和干裂，引起交通安全隐患［2］。

实施冲击压实之前，要将地基表面的植物根系等进行清除，随后整平，冲击压实设备为25T3-25KJ型三边形碾压轮冲击式压实机。为了了解处理冲击压实之后的湿陷性地基质量，在施工过程中以及后期，要测试不同物理力学参数数值和地基沉降变形情况。

2.1地基土湿陷性测试分析

为了检验湿陷性地基的处理效果，需要测试施工前后不同深度的地基土含水、孔隙比和湿陷性系数等，结果如图1至图3。

图1　干密度与冲击压实遍数的关系

图1中，不同冲压遍数下，地基土干密度会在不同深度上出现相应的改变，冲击压实后，地基土的密实度提升，在0～0.6m范围冲击20和40次后，地基土干密度所提升的百分比分别是10%～20%和15%～27%，由此可知冲击压实能够明显改善地基土密度，在整体上提升地基强度。

图2　孔隙比与冲击压实遍数的关系

图2显示的是不同冲击遍数对地基孔隙比在深度上的变化。从现场试验结果得知，冲击压实前后地基土含水量未出现过大的改变，间接证明冲击压可以改善地基土结构，土颗粒会错动或重新排列，对颗粒之间的空隙进行有效减少，保证土颗粒之间更为紧密。

图3　湿陷性系数与冲击压实遍数的关系

图3代表的是不同冲击压遍数下的地基土实现系数的变化。从试验结果中得知，在冲压后，地基土的湿陷性系数接近或是小于0.015。依据相关规范，当≤0.015情况下，该地区为非湿陷性黄土。因此，采用冲击式压实机冲击湿陷性地基的过程中可以消除或改善湿陷性土地，显著降低湿陷性地基土的系数［3～4］。

3.2地基土压缩模量测试分析

在冲击压实机在实际过程中的振动、冲击、压实等措施的结果显示，地基土压缩模量出现了明显升高。从图4中可知，在0～0.6m情况下的提升幅度最大，地面1m内地基土压缩模量提高在15MPa以上。

图4　压缩模量与冲击压实遍数的关系

3.3冲击压实影响地基土深度分析

被冲击压实范围内，地基土随着压实遍数的增多被均匀压实，检测冲击压实前后干密度，结果显示随着冲击压实次数的增加，处理会将上层土体压实，下层土体也会受到相应的影响被追密，进而提升地基土干密度。冲击压实的次数与其影响的深度之间存在联系，且该关系在一定范围内是正比关系［5］。

3.4地基沉降的检测与分析

了解和分析冲击压实后湿陷性地基的沉降，在冲击压实技术施工中，选择3个有着代表性横断面。且选择不同位置为观测点，实行一定的冲击压实次数后，观测同一点的沉降观测试验结果，观测结果如表1。依据表中数据可知，冲击式压实机的强大作用下沉降变形增大。冲击式压实机在地基表面的冲击压实中，冲击波传播向深层土壤，孔隙水得到消散，土颗粒重新排列，实现了地基土的孔隙比的有效降低，使土颗粒更紧密。

表1　冲击压实中的地基沉降观测结果

4试验段工程测试结果

试验段长度取280m，宽40m，路段内冲击压实试验道的宽度是4m，在路段平面的两侧部位纵向两侧各取24m宽度，两端为半径20m的半圆。10遍冲击压实作为一个压实单元，共实行60遍的压实。4.1试验结果

冲击压实路基0～10遍，主要沿着双边长240m两端半圆形车道进行，冲击压实速度为12km/h，最终形成了10、20、30、40、50、60遍数，宽度为4m的冲击压实车道，在直线段的测点位置测定几种不同遍数的下沉量，测定方式为采用水平仪直接测量，最终结果见表2。

表2　不同压实遍数的平均下沉量

4.2冲击压实前后的干重差异

冲击碾压前对地面的15cm处的干重进行测定，最终得到在不同的冲击遍数以后，测定各点的冲击压地面15cm干重度，选取一测点挖试坑，对地面以下30cm、60cm、80cm、120cm等位置的干重度进行测定。土重型击实最大的干重度是18.23kN/m3，最佳含水量是11.7%。在冲压试验前后的干重度差异可知，冲压40遍后的60cm深度内K=98%，80cm内的K=91%，50遍的和60遍的增长程度不大。从干重度随着冲压遍数的增加同时增加的情况来观察，填充前的冲压变数最好采取40遍。

4.3湿陷系数随着深度发生的变化

为了实现冲击压实对天然状态下的黄土湿陷性造成的影响展开研究，在冲击压实后不同深度的取样可以对干重度以及湿陷系数进行测定。

天然的状态下的土性指标为：ω=8.0%～14.6%，δs= 0.0006～0.0961，γd=12.54kN/m3～13.13kN/m3，Ip=6.0～10.0。

依据试验结果，10cm深度的δs全部小于0.015，湿陷性完全消失，60cm深处存在1个土样没有消除湿陷性，在80cm出，存在3个土样没有消除湿陷性，120cm处湿陷性基本上都在，只是比天然状态下的0.0961这一值稍低一些。

4.4静力触探结果分析

为了对冲击压实的效果进行进一步检验，分别在冲击压实区域中以及没有经过冲击压实的区域中进行静力触探，从静力触探的曲线图可以看出冲击压实后的地表深度在1.0m深度范围内的地基土的贯入阻力存在较大程度的提升，最大值可以达到105×102kPa，平均值是81×102kPa。但是在1m深度以下几乎不存在任何的影响。4.5沉降理论值和实际值的比较

此次的试验段中一共埋入了6个沉降杯，其中每隔断面的左、右车道的中线部位分别埋设了一个，埋设时的路基填高为1.5m。在后期的施工阶段内，沉降杯被破坏而失去效果，不能对实际的测量沉降量进行观测，在路况的调查中可知，该试验段的路基情况较为稳定，路况十分良好。实际的沉降值同理论值对比会稍小一些，造成这一情况的主要原因是实测沉降值使用只是沉降量中的一小部分，并不能全面反映完整的沉降量。并且相同断面的3个观测点存在的误差较小。