湿陷性黄土路基改良成套施工技术应用

李潇

（中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710016）

1 湿陷性黄土路基改良技术特点

路基的强度和稳定性是确保公路质量的基本条件，特别是西北黄土地区公路工程，提高黄土路基施工质量尤为关键。黄土广泛分布于中国的西北地区，特点为土质较均匀、结构疏松、孔隙发育，没有遭到水浸时的强度通常较高，压缩性较小，但一旦受到水的浸蚀，土结构将被迅速破坏，导致较大附加下沉，强度迅速降低。如何在公路工程施工过程中消除黄土的这种湿陷性，提高路基施工质量是我国西北地区高速公路建设面临的一大难题。结合在青海地区黄土路基施工的研究及应用，本文总结出一套适用于黄土路基改良的施工工艺，通过对湿陷性黄土路基采用水泥土改良+水泥土挤密桩+冲击碾压+强夯+液压夯的成套施工技术进行综合处治，可从各个方面改良黄土的湿陷性，提高施工质量。

2 湿陷性黄土路基改良施工应用

2.1 水泥土改良湿陷性黄土工艺

2.1.1 工艺原理

水泥改良湿陷性黄土，是通过均匀掺拌水泥，使粉性土颗粒在参与水泥水化反应的过程中不断积聚，在土体中形成一定比例的较大颗粒，从而提高土体颗粒间的嵌挤力和摩擦力，进而增强土体稳定性和承载力。

2.1.2 施工技术应用

水泥改良黄土路基施工与普通路基施工在前期工艺流程一致，按照路基标准化施工工艺进行挂线打方格布料，通过松铺系数设置松铺厚度，采用推土机与平地机组合进行平整，保证松铺厚度均匀。素土摊铺后及时检测含水量，并与设计掺量下的水泥水化反应所需的含水量进行对比，确保土体中水分满足水泥凝结硬化的需要，保证改良效果。

水泥改良采用路拌法施工工艺，主要以粉料撒布车和冷再生路拌机为主，撒布车自动计量控制系统可以控制定速行驶时的每平方米撒布量，施工时及时检查撒布厚度，翻拌后通过滴定试验来验证水泥的掺量和均匀性。水泥布料完成后，采用冷再生路拌机及时拌和，拌和深度嵌入下层1～2cm，确保上下层有效连接。在拌和过程中着重关注拌和深度，调节路拌机拌和参数，不得产生素土夹层，翻拌后及时检测含水量和水泥剂量，检测和滴定试验要在翻拌后分上、中、下3个位置取样，以此来检查拌和均匀程度，检验合格后进行2次稳压和粗平。

黄土路基较普通路基压实难度大，在常规施工机械中需增加羊角碾，羊角碾采用22t及以上机型，碾压速度保持在2～4km/h，共碾压4遍，待羊角碾碾压完成后采用平地机将碾压痕迹刮平，再采用振动压路机进行碾压。采用羊角碾碾压能够进一步挤密土体，提高压实度，保证黄土路基施工质量。

2.1.3 主要技术控制要点

（1）松铺厚度控制

松铺厚度为确保翻拌均匀程度和压实系数的首要条件。冷再生路拌机的最大拌和深度为40cm，但湿陷性黄土的压实系数较大，一般在翻拌时出现2次明显翻松抛高现象，从而出现超出路拌机拌和深度导致夹层的情况。所以需要通过试验段施工确定松铺厚度。

（2）水泥剂量

施工前进行撒布量的计算和撒布车计量调整。撒布车自动计量控制系统可以控制定速行驶时的每平方米撒布量，施工时及时检查撒布厚度，冷再生机应紧跟撒布进行翻拌，缩短水泥在土体表面放置时间。翻拌后，及时按照检测频率在相应位置开挖探坑，分上、中、下3个部位取土样，及时验证各区域水泥剂量和拌和均匀程度，根据试验结果动态调整水泥撒布量。

（3）改良时间

改良时间是保证改良效果的决定因素。改良时间不足，水泥的水化反应和改良土的积聚改良过程将达不到试验确定的效果，导致实际土体最大干密度和最佳含水量等与试验确定的土体工程性质具有巨大差异，使整个施工及检测过程无法进行对比评定。

（4）含水量控制

湿陷性黄土在挖、装、运、平的过程中水分散失很快，而且在掺拌水泥后水化反应消耗大量水分。为了避免二次或者多次补水，采取改良后一次补水二次翻拌的工艺，在路拌完成并检测合格后及时进行二次稳压、洒水、二次翻拌、三次稳压、精平等工序，避免改良时间造成工序间断，一方面可以快速补足最佳含水量，确保压实效果，另一方面通过及时整平压实来封水，减少补水后水分再次散失的时间。补水前检测土体实际含水量，计算出与最佳含水量的差值，如果气温较高应按照可施工含水量范围的上限控制。另外，精平和压实过程中，湿陷性黄土的表面水分散失较快，容易出现压实过程中表面水分散失而开裂、起皮现象。在施工时，一方面要控制压实时间，尽量安排在早上或者傍晚施工；另一方面出现起皮、开裂时采用雾炮机表面补水，确保压实效果。

（5）表面收光

有效的改良时间可以避免压实过程中水泥水化反应使表面出现快速干皮现象，而且改良后的土体容许含水量增大便于达到压实标准。但夏季气温较高时也可能出现起皮、干裂现象，所以压实过程中一旦起皮，应及时采取雾炮机轻微补水。

（6）水泥改良黄土路基效果

黄土的液限和塑限值因为水泥掺量增加而变大，最优含水率及最大干密度也会随之增大，黏聚力、内摩擦角等指标也会因水泥掺量的提高而表现出增加的趋势，尤其以黏聚力的增长趋势更为明显，经过水泥改良后的黄土其无侧限抗压强度显著增大，使黄土在经过改良后能够作为一种合格的路基填料而使用。

2.2 水泥土挤密桩工艺

2.2.1 工艺原理

水泥土挤密桩是利用沉管挤密法达到成孔效果。选用相对单一的填料，通过拌和机与水泥均匀拌和，形成质量比为8%的水泥土，向孔内分层回填且使用夹杆锤夯实，从而保证水泥土挤密桩的均匀性，桩与桩间土形成完整的复合地基[1-2]。

2.2.2 施工技术应用

施工机具安装好后应保证整体稳定，接着升起桩管，对着桩位缓缓下放，确保桩管、桩尖、桩锤中心位于同一垂线上，利用锤击力和桩管自重把桩管压进土中。成孔后及时清理和夯填孔底，夯击次数至少在25次，再按照试验明确的分层回填厚度和夯击次数有序倒入填料和开展夯实作业。每层回填厚度约30cm、落锤高度不小于60cm。水泥土挤密桩回填及夯实作业不能中途中断，防止挤密桩承载力下降。

2.2.3 主要技术控制要点

（1）成孔过程中桩机保持稳定，不得出现移动、倾斜等情况，一开始需要轻击慢沉，当桩管方向稳定后方可调整到正常速度。

（2）用于桩孔夯填的锤需不超过桩孔直径9～12cm，夯锤重量则要在100kg以上，锤底面静压力在20kPa以上。成孔后必须检测虚土厚度，当厚度在500m内时夯击孔底，直到产生清脆声音才能结束；如果厚度大于500mm则进行复打处理。

（3）成孔挤密采用“间隔分批、及时夯填”的方式。在局部处理过程中，必须由外到内间隔1～2孔施工；整片处理时应“从边缘开始，均匀分布、慢慢加密”。

（4）如果土层含水量大或存在软弱土层，拔管后桩孔一般会发生缩颈现象，从而缩小桩孔面积，使得夯锤不能下落，还会造成填料中途堵塞。如产生缩颈现象，应认真处理。若较为轻微，或仅出现于桩孔上面，可铲除孔壁突出部分；如缩颈严重时，则应复打，具体操作是向孔中注入一定的干水泥，稍作暂停，然后重新打入桩管，把水泥挤向孔壁，达到吸收土中水分的效果，按照上述方法循环操作可解决缩颈问题。

2.3 冲击碾压工艺

2.3.1 工艺原理

冲击式压路机通过高速形式，获得巨大的冲击能量、深层的压实效果和极高的压实效率，其具有普通压路机和强夯机械的优势，将强夯作用力变为连续滚动式冲击，通过在压实轮下较小面积内产生强大冲击力，使土体得到压实。

2.3.2 施工技术应用

黄土路基每填高1.5m采用25kJ的三边形冲击式压路机增强补压1次（冲压30遍为1次）。施工前，通过平地机整平原地面，然后利用钢轮压路机静压或振压，达到地表压实效果。冲击碾压时“先两边，后中间”，采用排压法，错轮实施、轮迹覆盖，横向轴缘相互重叠20～30cm，冲击压路机的行驶速度控制在10～12km/h较合适。纵向碾压排列每次应错开一轮宽距离，确保每次冲击碾压能够冲击工作面波峰，提高着力点的均匀性，增强整体效果，依照此方法计算，该段路基全部碾压完1次为碾压1遍。第2遍由第1遍向内移动30cm宽进行冲击碾压，第3遍再向内移动30cm宽进行，以此类推至碾压完全部工作面。最后通过平地机实施初步整平，并应用钢轮压路机振动碾压1～2遍，压实收光。

2.4 强夯工艺

2.4.1 工艺原理

运用强夯法时，选择20t、底面直径为2.5±0.3m的重锤，通过重锤从高处落下所产生的冲击力来改善土壤结构，减小土体的压缩性，消除湿陷性黄土的湿陷性。利用强夯法处理湿陷性黄土时，能够提高土体结构的均匀性，防止后续发生不均匀沉降问题[3]。强夯法对土体产生的作用可深达地表以下5m，能较好地解决湿陷性问题。除此之外，湿陷性黄土由于土体颗粒中所含有的水分极少，水分的不足使得土体颗粒长期处于不饱和状态，因此使用强夯法施工能够防止孔隙水压力消散和排水固结现象，在湿陷性黄土路基填筑过程中采用强夯法可以获得更好的效果。

2.4.2 施工技术应用

强夯施工前应通过试夯明确施工工艺，夯击次数应根据试夯得到的夯击次数和夯沉量两者之间的关系曲线确定，并应满足下列条件：强夯最后2击的平均夯沉量不超过50mm。夯击遍数共3遍，前2遍为间隔点夯，每遍夯击5～6次，最后1遍为满夯。

2.5 液压夯

针对冲击碾压及强夯不能施工的地方，采用液压夯补强。施工前开展线外夯击试验，明确夯击次数、夯击能等相关指标。一般情况下每个夯点需夯击6～9次，使夯击能达到36kJ，夯击3次为1遍，当最后1遍与前1遍的相对夯沉量差值在10mm以内时，可以此作为灌砂法检测压实度的依据。

3 水泥土改良黄土路基技术优势

与传统的灰土路基掺石灰相比，水泥土路基采用水泥作为外掺材料，避免使用石灰，减少对环境的影响；同时成套的黄土路基改良施工工法，能够有效消除黄土路基的湿陷性，通过机械化和标准化的施工工艺，大大提高了黄土地区路基施工质量及施工效率。

4 应用前景

国内对黄土路基的处置措施主要有强夯、冲击碾压以及在路床掺灰处理，虽能改善黄土路基的湿陷性，但是仍达不到有效消除的目的，采用成套的黄土路基改良施工工法，从基底开始通过换填及水泥土挤密桩对路基进行改良处理，并且路基所有填料均采用水泥改良土，填筑过程中不断采用冲击碾压补强，最终达到消除黄土路基湿陷性，提高承载能力和稳定性的目的，在黄土路基改良施工中具有较好的效果。

黄土路基经过成套的改良施工后在强度、水稳定性等方面有较大的提升，能提高路基的强度，改善路基不均匀沉降，增强路基质量和耐久性，减少后期养护投入。该施工技术在施工质量、技术创新、环境保护等方面取得了较为显著的成效，对黄土地区的高速公路建设及运营具有较大的推广价值。

5 结语

本文对黄土路基改良施工进行分析研究，形成了一套完整的黄土路基施工工艺和方法，总结提炼出水泥土改良湿陷性黄土施工工艺、水泥土挤密桩施工工艺、冲击碾压、强夯及液压夯施工工艺，为该类路基施工提供了丰富经验。