黄土路基冲击碾压处治技术研究

程 翀

(山西省交通运输厅公路交通工程定额站，山西 太原 030006)

0 引言

山西地区路基填料主要是黄土，更多的是湿陷性黄土，目前黄土压实中面临诸多技术难题，通过对黄土路基填筑中的应用技术进行研究，在保证高填方黄土路基压实质量的同时提高路基填筑的施工效率，以期对冲击碾压处治黄土地基的施工提供技术支撑。

1 冲击压实原理

冲击压实技术是采用多边形、重型、连续滚动的冲击压路机对地基土体进行压实，以提高地基土的密实程度与强度的地基处理方法。行驶过程中冲击轮内外半径引起的势能落差与冲击轮动能叠加，沿地面集中向前、向下对地基土体进行冲击、碾压、揉搓，并通过多边弧形轮不断地对地基形成低频高振幅的冲击碾压，产生较大的冲击波，使地基土碾压密实。冲击碾压工作原理如图1所示。

2 冲击压实施工技术参数研究

2.1 现场试验简介

现场冲压试验选择试验段长100 m、宽20 m。该路段地基土为一般新黄土具有代表性，湿陷等级为Ⅲ级自重湿陷性。试验采用静态势能为30 kJ的6830型冲击压路机。

2.2 具体试验步骤

1)清表整平：对试验场地原地面进行清表整平，并用压路机进行初步碾压，以保证冲击压路机能接近匀速进行碾压作业，使整个场地能获得较为均匀的冲击力。

2)埋设高程和距离固定桩：纵向共设置3个检测断面，相邻检测断面之间间隔30 m，并在试验场地边缘埋设高程和距离固定桩作为标志，试验段两端各20 m作为冲击压路机转弯和缓冲段。

3)布设检测点：每个检测断面设置2个检测点进行下沉量和压实度检测，由于场地有限，为便于在各断面进行压实度检测，两高程检测点横向间距为16 m，在高程检测点处埋设钢筋头作为标志，并对其初始相对高程进行测量，然后撒少量白灰便于钢筋头的寻找。

4)冲击碾压作业：冲击压路机进行冲击碾压作业时，实际行驶速度控制在10 km/h～12 km/h，采用来回错轮的方式以试验场地纵向中线对称转圈冲压，轮迹之间不重叠，冲压路线如图2所示。轮迹覆盖整个试验场地为冲碾1遍，并根据需要实时洒水，以保证冲击碾压效果。

5)下沉量观测和土样采集：在冲碾10遍后分别进行下沉量与压实度检测，采用环刀法进行取样检测。在每个检测点周围5 m范围内确定一个取样点，采集土样时表层约15 cm浮土需予以清除，沿竖向每30 cm取一个土样，最大取样深度为1.5 m，60 cm以下土样借助挖掘机进行采集。

6)重复以上步骤进行15遍、20遍、25遍、30遍的冲压试验，高程检测点的位置与之前相同，采集土样时每个检测点附近前后两个取样点间距不小于5 m。

2.3 试验结果分析

2.3.1下沉量

冲压超过20遍后，连续两次每冲压5遍产生的下沉量均不超过2 cm，当冲击碾压由25遍增加到30遍时，各点下沉量均值已接近1 cm，沉降基本稳定，此阶段地基土塑性很小，弹性性质占主导地位。冲击碾压30遍产生的累计沉降达到22.17 cm。从下沉量的角度分析，冲击碾压以25遍～30遍为宜，继续增加冲击碾压遍数，累计下沉量会继续有所增大，但增加的压实效果将不明显，也不经济。

2.3.2压实度

随着冲击碾压遍数的增加，不同深度处的压实度均有所增大，上面土层压实度相比底部土层增长较快。冲击碾压15遍后，0 cm～90 cm范围内的土样压实度均值已接近90%，冲压20遍后，0 cm～90 cm内土样压实度均值已达到93.1%，0 cm～120 cm范围内的土样压实度均值达到90.6%；当冲压增加到25遍后，0 cm～120 cm范围内的土样压实度增加到92.2%，150 cm范围内土样压实度均值接近90%；冲击碾压遍数达到30遍后，0 cm～120 cm范围内的土样压实度均值已超过93%，150 cm范围内土样压实度均值达到90.4%。从不同深度处土样压实度随冲击碾压遍数变化情况看，30 kJ冲击压路机的有效处理深度可达120 cm～150 cm，冲击碾压遍数以25遍～30遍为宜。

综合上述分析，根据地基沉降变形和密实程度，可将冲击碾压分为三个阶段：1)冲击碾压初始阶段：地基土密实程度较小，呈塑性状态，在冲击轮作用下产生较大沉降变形，冲击能量大部分被上层土体吸收，下层土体压实度增加幅度较小；2)冲击压实效果稳步增长阶段：随着冲击碾压遍数的增加，上层土体密实度不断增大，吸收的冲击能量逐渐减少，冲击能量更多的向下传递，出现下层土体压实度增长率短时增大的现象，该阶段地基土处于弹塑性阶段；3)冲击压实效果稳定阶段：冲击碾压遍数超过20遍后，随着冲压遍数的继续增加上层土体压实度趋于稳定，并产生板体效应，冲击能量和冲击力向下传递时横向扩散范围较大，作用于下层土体的冲击力降低，压实度增长缓慢，土体处于以弹性性质为主导的弹塑性状态。

2.3.3湿陷系数

工程实践和试验研究均表明：黄土压实后湿陷系数随含水率的降低而增大，随干密度的增加而减小。根据其试验统计结果可以看出，冲击碾压20遍后，地表以下1.5 m范围内各层土样湿陷系数在0.015以下，黄土湿陷性已经基本消除，随着冲压遍数的继续增加，湿陷系数进一步减小。可见，利用30 kJ冲击压路机对黄土地基冲压25遍～30遍可有效消除或降低地表以下2 m范围内黄土的湿陷性，满足规范要求。

3 冲击压实质量控制方法与标准

试验结果表明，黄土地基填前冲击碾压施工过程中可以采用沉降量、表层土体压实度、冲击碾压遍数来控制压实质量。

3.1 下沉量

从控制下沉量的角度分析，使用30 kJ冲击压路机压实黄土地基，最后连续两次冲压5遍引起的下沉量均应小于2 cm，且产生的累计下沉量不应小于20 cm。

3.2 压实度

从控制压实度的角度分析，采用30 kJ冲击压路机处治湿陷性黄土地基，表层土体含水率控制在最佳含水率附近条件下，冲击压实后表层0 cm～30 cm的土样压实度应不小于97%，且最后冲击碾压5遍后压实度增量不大于1%为宜，否则继续冲击碾压5遍。

3.3 冲击碾压遍数

从试验结果来看，冲压前20遍，黄土地基不同深度处的密实度均有较大的提高，地表以下1.5 m范围内的黄土其湿陷性已基本消除。冲击碾压达到25遍后，不同深度处的压实度和地表累计沉降量基本趋于稳定；继续增加冲击碾压遍数，压实度和累计沉降量会继续有所增大，但增加的压实效果将不明显，也不经济。故采用30 kJ冲击压路机处治黄土地基，冲压遍数不得少于20遍，以25遍～30遍为宜。

3.4 牵引车速度

理论上冲击碾压速度越快，冲击能量越大，但作业速度太快，牵引阻力消耗的功率过大也是不经济的。当作业速度较快时，冲击轮可能蹦离地面，导致冲击压实点间距增大，不利于土体的均匀压实，压实效果不一定好，而且也容易损坏机器。因此，牵引车行驶速度宜控制在10 km/h～15 km/h，冲碾初期由于地基土压实度低，速度取低值，随着冲碾遍数的增加，速度可相应提高。

3.5 含水率

冲击压实效果受实际施工时黄土地基含水率的影响，且该地区较为干旱，采用冲击能量高、冲击力较大的30 kJ冲击压路机对黄土地基进行压实，可适当放宽对地基土含水率的要求，但为达到较好的压实效果，同时避免产生“弹簧土”现象，黄土地基含水率ω应满足ω0-5%≤ω≤ω0+2%。

4 结语

通过对30 kJ冲击压路机现场冲击碾压试验结果的分析，得到了利用30 kJ冲击压路机处治山西地区湿陷性黄土地基的施工技术参数及处治效果；黄土地基填前冲击碾压施工过程中可以采用下沉量、表层土体压实度、冲击碾压遍数来控制压实质量；通过对现场试验数据的分析，建立了利用30 kJ冲击压路机处治山西地区湿陷性黄土地基的质量控制方法及标准。

[1] 郝凤仙.冲击碾压技术在高填方路基施工中的应用[J].中国公路，2007(10):86-87.

[2] 张璐琰.冲击碾压原理及其在黄土路基施工中的应用[J].建材技术与应用,2009(2):28-30.

[3] 王瑷琳.冲击碾压处理湿陷性黄土地基技术探讨[J].科技创新与生产力,2015(7):62-65.

[4] 王吉利,刘怡林,沈兴付,等.冲击碾压法处理黄土地基的试验研究[J].岩土力学,2005(5):755-758.