湿陷性黄土路基处理与施工监测分析

烟文磊

（广平县交通运输局，河北 邯郸 057650）

0 引言

在公路路基施工中，湿陷性黄土具备低压缩性的特性，遇水后强度快速下降，产生较大变形，易引发路基不均匀沉降，导致路基结构坍塌。为保证路基工程质量，需对湿陷性黄土路基采取有效处理技术，保证湿陷性黄土路基的压缩系数、压缩模量、承载力、干重度等各项物理指标达到路基施工技术规范要求，提高路基结构稳定性。

1 工程概况

某公路工程全长16.525km，采用双向四车道设计，路基宽21.5m，设计速度80km/h。工程区域在多个地段分布自重湿陷性黄土，根据地质勘测分析表明，绝大部分黄土层的湿陷系数大于0.03，整个路段属于中等湿陷程度。湿陷性黄土会引发路基不均匀沉降，本工程在湿陷性黄土处理中针对不同路段具体采用三种处理技术，分别为强夯处理、冲击压实处理和灰土挤密桩处理，达到了良好路基处理效果。

2 湿陷性黄土路基处理技术与施工监测

2.1 强夯处理技术

本工程在K1+400—K2+500路段采用强夯施工技术处理湿陷性黄土路基，具体施工技术方案如下。

2.1.1 施工准备

（1）在施工前开展施工技术交底，明确强夯加固的施工目的，向施工人员交底清楚夯击点、施工参数、施工工艺、质量控制要求等[1]。

（2）根据强夯施工需要做好场地三通一平的准备工作，组织施工机械设备、施工材料入场；修筑机械设备进出场的道路，要求路面具备一定强度，留出足够的净空高度，方便夯击机械设备作业。

（3）强夯施工机械配备如下：2台20t履带吊；2个20t夯锤；2台20t脱钩器；2套20t龙门架；2台DSDC240水准仪；2个塔尺。施工前安装调试施工机械设备，就位吊车、强夯主机、夯锤；吊车调整臂杆角度，控制在70°～75°。

2.1.2 强夯技术要点

（1）强夯路段采用2遍点夯+1遍满夯方案，夯锤重为20t，点夯落距分别为12.5m、7.5m；点夯第1遍、点夯第2遍和满夯第1遍的夯击能分别为2 500kNm、1 500kNm、1 000kNm，每点夯击二次，夯锤印搭接到锤底面积不小于1/5；在第1遍点夯后间隔一定时间进行第2遍点夯，确保有足够时间消散土中的超静孔隙水压力，在稳定地基土后再继续点夯。

（2）夯击布点采用等边三角形，点距为4.0m；根据施工现场实际情况确定夯击次数，最后两击的平均夯沉量控制在50mm以内，当单击夯击能在4 000～6 000kN·m时的夯沉量应为100mm[2]；夯击时不得使夯坑周围出现过大幅度隆起，避免因夯锤击入过深而影响正常起锤。

（3）强夯前清理施工区域范围内的杂物，控制夯击点与地表障碍物、地下障碍物、空中障碍物之间的安全距离。当夯击能为1 000～2 000kN·m时，地表障碍物与夯击点的安全距离不得小于20m；空中障碍物与夯击点的安全距离不得小于18m，地下障碍物与夯击点的安全距离不得小于10m。当夯击能为2 500kN·m时，适当增加安全距离。如果施工作业区域内分布高压输电线路，则要在提前采取保护措施之后才能继续强夯施工。

（4）测量夯锤螺距、锤顶面标高，确定单机夯沉量，控制夯击点中心位移偏差，不得超过150mm；夯击过程中测量夯坑底倾斜度，当倾斜度超过30°时，要填平夯坑，再夯击此处[3]。在夯击第1遍后整平场地，测量标高，重新布置下一遍夯击的点位，直到最后一遍满夯施工完成；在满夯时，采用低夯击能全面夯击路基。

（5）加强强夯质量控制，强夯定位放线控制点的位移不得超过20mm，夯击点中心位移控制在150mm以内，夯点放线与设计值的偏差控制在50mm以内，夯锤就位误差控制在50mm以内[4]。

2.1.3 施工监测

（1）探井取样监测。分别在未处理区域和已强夯路基下方各挖一个探井，取样分析干重度变化。施工监测结果如下：地表以下4.6m深部位干重度提升幅度最大，强夯前为13.24～14.51kN/m³，强夯后提升至16.44～18.95kN/m³，平均干重度提升幅度为30.41%；地表以下7.6m深部位的压缩模量提升幅度最大，强夯前为4.85～9.52MPa，强夯后为11.17～13.74MPa，平均孔隙比提升幅度为40.47%。根据施工监测数据表明，7.6m深以上的土体基本消除湿陷性。

（2）静力触探监测。在未处理的区域和强夯后的路基上各取一处实施静力触探，监测强夯对湿陷性黄土的处理效果。监测结果如下：6.0m深强夯后的比贯入阻力值范围在45×102kPa～130×102kPa之间，平均值为98.41×102kPa，未处理区域的比贯入阻力值范围在15×102kPa～25×102kPa之间，强夯后的比贯入阻力值提升幅度为140%～300%。7.6m深的强夯区域承载力达到3.12×102kPa，由此可见深7.6m以上的土体基本消除湿陷性。

2.2 冲击压实处理技术

本工程在k8+200—K9+100路段采用冲击压实施工技术处理湿陷性黄土路基，以降低工后不均匀沉降。具体施工技术方案如下：

2.2.1 施工准备

（1）施工前测量放样，整平施工场地，在场地上用白线划出碾压路线。

（2）冲击压实施工机械设备配备如下：1台YCT2a型冲击式压路机；1台FC3aa型挖掘机；2台Y214G型压路机；2台T-12a型推土机；6台20t自卸车；1台5 000L洒水车；1套DSZ3水准仪。

2.2.2 冲压施工技术要点

（1）以路基中线为界，布置冲压车道，用于冲击压实，共冲压30遍，冲击碾压速度为12km/h。冲压前，每10m测量一次左右两侧的高程和干重度；冲压时每10遍整平一次地基，检测一次压实度，冲压20遍后检测干重度[5]。用水准仪测量车道下沉量，用核子密度仪测量压实度。

（2）施工现场就位平地机、洒水车，在达到冲压遍数后用平地机刮平地表。冲压按照先边缘、后中间，顺时针与逆时针方向交替进行的顺序施工，轮迹重叠控制在1/3左右，确保轮迹全部覆盖到地基表面。

（3）由于冲击压实面会形成波浪状的峰谷形态，所以要将单双遍作为冲压单元。在双数遍冲压施工中改变转弯半径，交替单双两边冲压的波峰与波谷，保证均匀压实路基，不会出现漏压问题[6]。在冲压施工中，当路基表面出现凹凸不平阻碍冲压机械行进时，应先用平地机处理凹凸不平处，再继续冲压。

（4）冲压作业时检测路基土的含水量，当含水量偏低时，应使用洒水车向路基土洒水，降低冲压产生的扬尘，待实测含水量达到最佳含水量后再继续冲压施工。冲击施工后，用振动压路机碾压2遍，刮平凹凸的基面。

2.2.3 施工监测

（1）施工前监测。在试桩区布设人工探井，共4个，井深要大于地基加固深度2～3m，在离地面20cm、60cm、100cm、140cm处各取一次土样，在离地面1.5m以下每间隔50cm各取一次土样，开展湿陷性试验，确定该区域的湿陷系数；在场地内进行击实试验，计算出最佳含水量；冲压前检测地面以下20m处的天然干密度，在冲压线路左、中、右布设间隔点，检测路段密实度[7]。

（2）沉降量、压实度监测。检查冲击压路机的行进速度，每冲压10遍检测一次下沉量、压实度，其中压实度用核子密度仪监测，下沉量用水准仪监测。在桩号K1+550、K1+650、K1+750处各取2个监测点，监测冲击20、30、40遍的沉降量和压实度。根据监测结果显示：碾压20遍的沉降量在12～16cm范围内，压实度为83.5%～85.2%；碾压30遍的沉降量在13～18cm范围内，压实度为90.1%～95.5%；碾压40遍的沉降量在15～21cm范围内，压实度为96.1%～96.5%。检测结果表明，当碾压遍数为40遍时，能够达到路基压实度要求。

（3）干重度变化监测。在冲压30遍后，冲压前后15cm深的干重度从12.41kN/m³提升到13.24kN/m³；冲压前后60cm深的干重度从14.23kN/m³提升到17.80kN/m³；冲压前后80cm深的干重度从13.81kN/m³提升到17.805kN/m³。80cm以下深度的干重度前后变化幅度较小，表明冲压处理地基的有效深度在60～80cm。

（4）探坑取样监测。在冲压前后的路基处探坑取样，分析判断土质湿陷性是否消失[8]。监测结果如下：表层15cm深的部位干重度提高幅度为20%～24%，30cm深的部位干重度提高幅度为12%～18%，80cm深的部位干重度提高幅度为4%～6%。与干重度变化幅度相反的是压缩系数，80cm深的压缩系数减小幅度49%～71%。根据监测数据表明，80cm深的土体湿陷性基本消失。

2.3 灰土挤密桩处理技术

本工程在K7+150—K8+100路段采用灰土挤密桩施工技术处理湿陷性黄土路基，以保证路基压实度达到质量要求。具体施工技术方案如下：

2.3.1 施工准备

（1）施工前熟悉施工图纸、地质勘察报告、土工试验报告、地下管线分布图等资料，根据所掌握的工程实际情况编制施工组织设计，合理规划安排所需的施工材料，配置相应机械设备。

（2）在施工组织设计中，画出桩位图，标识打桩顺序，明确桩长、桩径、填料性能指标等参数。合理规划施工现场作业区、施工区、材料场地、水电区等，保证施工有序开展。

（3）编制施工质量保证技术措施、安全生产管理规章制度，根据施工进度安排人、机、料进场，要求所有施工人员严格执行安全生产管理制度。

（4）清除地面上的杂物，处理地面上的浅层坑槽，整平施工场地，方便机械设备运行。对控制基准点进行复测，确定控制桩、桩位中心点的位置。

（5）当施工现场的实际土质情况与勘察报告中的数据存在较大差异时，要采用试验桩施工工艺进行成孔、夯填试验，根据试验桩出现的缩径、回淤、塌孔、贯入度反常等问题提出处治措施。如若处治措施达不到预期效果，则调整地基处理方案。

（6）准备灰土挤密桩施工机械设备，具体包括：1台沉管成孔桩机；1套拌和设备；重量为100kg的夯锤。

2.3.2 施工技术要点

（1）采用等边三角形布置方式，灰土桩距1.1m、1.5m，桩径0.4m。灰土桩材料为消石灰、土，体积配比为2∶8。

（2）在成孔施工中控制地基土的含水量，检测桩孔中线点偏差，不得超过桩距设计值5%；桩孔垂直度偏差不得超过1.5%，桩孔深度不得小于5m。成孔后检测地基土的含水量，当含水量小于12%时，对地基土增湿。

（3）成孔与孔内回填夯实要间隔施工，一般间隔1～2排孔。在孔内回填材料前，夯实孔底，采用分层回填夯实方法，要求孔底密实度达到设计要求。用夯锤回填桩孔，夯锤直径小于桩径12～15cm。在成孔内分层填入灰土，分层夯实。回填材料采用粉质黏土、石灰，石灰消解3d后破碎处理，最大粒径不超过5mm，灰土拌和均匀后回填。

（4）在回填夯实过程中，如果发现地基土质与勘察资料不符，可能会对回填夯实造成影响时，则要立即停止施工，采用有效处理后再恢复施工。

（5）检测桩体材料压实度，要求不小于0.97；检测桩间土压实度，要求不小于0.93。

2.3.3 施工监测

施工后开展复合地基承载力荷载试验，试验采用慢速维持荷载分逐级增加荷载，终极荷载为5 500kPa。施工监测结果如下：桩心距1.1m的灰土挤密桩地基承载范围为191～224kPa，沉降量平均值为13.6mm，湿陷起始压力为208Pa，变形模量为15.7MPa；桩心距1.3m的灰土挤密桩地基承载范围为189～213kPa，沉降量平均值为13.4mm，湿陷起始压力为208Pa，变形模量为15.5MPa；经过灰土挤密桩处理后的路基与处理前土体相比，桩心距1.1m、1.2m的地基承载力分别提高160%、154%，湿陷起始压力分别提高172%、169%，其湿陷起始压力大于承载力值，表明处理后的土地基本消除湿陷性。

3 结语

在湿陷性黄土路基施工中，要根据施工场地、施工设备、施工成本等实际情况采用适合的路基处理技术，以保证路基处理效果。经过施工监测数据表明，强夯、冲击压实和灰土挤密桩施工技术都能够有效处理湿陷性黄土路基，基本消除土体湿陷性，减少因路基沉降产生的公路工程整体结构破坏。