冲击碾压技术在浅层可液化土地基处理中的应用

何 巍

(江苏省交通科学研究院股份有限公司， 江苏 南京 210017 )

1 冲击碾压作用机理

冲击碾压技术于20世纪80年代在国外开始投入生产使用，我国于1995年开始引入使用。冲击碾压是由冲击压路机牵引车带动以曲线为边而构成的正多边形冲击轮滚动，多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石等材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成高振幅、低频率的冲击压实原理冲击碾压作业时，在半空间表面上竖向冲击能传给地基的能量是由压缩波（P波）、剪切波（S波）和瑞利波（R波）联合传播的。压缩波的质点运动是属于平行于波阵面方向的一种推拉运动，它使上粒错位；剪切波的质点运动引起和波阵面方向正交的横向位移；而瑞利波的质点运动则是由水平和竖向分量所组成。剪切波和瑞利波的水平分量使土颗粒间受剪，可使土得到密实，其冲击压实功能反映的击实标准大于目前国际上修正葡氏击实标准，所产生的高能量冲击功能使路基进一步密实坚固稳定。目前我国以25KJ三边形双轮冲击压路机使用最多，其双轮静重12t，行驶控制速度为9～12km/h，对地面产生集中冲击力2000～2500KN，相当于1111～1543kPa。这种高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能达到超重型击实功，可使地下深层的密实度不断累积增加，加快土体固结，提高土体抗剪强度。

2 冲击碾压在液化土地基处理中的应用

根据交通部公路科学研究院的《公路冲击碾压应用技术指南》，采用冲击碾压处理路基时路基的含水量范围为wopt-4%≦w≦wopt+2%(细粒土大于等于50%)或wopt-3%≦w≦wopt+2%(细粒土大于等于50%)，高液限土冲击碾压含水量可放宽至30%。

宿新高速公路宿迁段位于堆积冲击平原区，地势平坦，沿线分布22层粉土为可液化土，顶层埋深01.0m，厚度1.0～9.2m，单孔液化指数为26.9～57.2，w为44.6%，综合判别液化等级为严重。该工程抗震设防烈度按8度设防，根据抗震设计原则，对严重液化的一般路段都要进行处理，原则上消除液化，条件受限时采取措施降低液化等级。处理液化土比较有效的方法是强夯法，特别对埋深较厚的液化土处理效果较好，而强夯由于其瞬间冲击能较大，对附近建筑物震动影响较大，为此对于一些强夯施工条件受限路段，其液化土埋深较浅（3m以内）的路段首次引进了冲击碾压的处理方法，以消除浅层液化或降低液化等级，这一处理方法在江苏省高速公路建设中属于首次。

3 冲击碾压处理液化土施工方案及过程

冲击碾压处理液化土的机理是通过冲压，使高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功一方面使液化土层吸收能量后土体重新排列，排水固结，使土体密实，另一方面冲击波能使土体产生地震效应，使土体预先液化，随着应力逐渐消散，土体自由水逐渐排出，土颗粒重新排列固结，从而达到消除液化和降低液化的目的。

由于冲击碾压需达到一定的行驶速度才能产生周期连续的冲击力，为了防止地面软弱而影响行驶速度，故在地面设置了30cm碎石土垫层，使地面形成以硬壳层，从而保证施工过程中能达到预期的行驶速度。

为了达到更好的排水效果，在地面以下设置了设置纵向、横向碎石盲沟及两侧排水沟，纵向碎石盲沟沿道路中心线通长设置，横向碎石盲沟按每20米一道设置，左右幅交错设置。纵、横碎石盲沟宽度为60cm，深度为原地面下1.0m。两侧排水沟宽度为1m，深度为原地面下1.2m。

（一）准备工作

选择典型路段作为试验段，该段的土层地质条件具有代表性（22粉土层在3m左右），工作面平坦，交通条件较好，试验段长度大于200m，有利于提高碾压速度。施工前对施工区域进行测量放样，放出道路中心线，标出试验范围；布设好沉降观测点位置，并测量原地面高程；按要求设置盲沟及铺设30cm厚碎石土垫层；

冲击压路机采用25KJ双轮三边形压路机，同时配备了挖掘机、推土机、抽水机等；

试验段施工前召集相关施工技术人员、操作人员进行技术交底，明确试验段施工工艺流程及检测方法。

（二）施工过程及数据采集

（1）采用的25KJ双轮冲击压路机轮宽90cm，轮隙宽度116cm。冲击碾压时采用来回错轮方式进行碾压，轮迹之间不重叠。冲击一次计算碾压宽度为2m，经过错轮碾压一个来回后，计算碾压宽度为4m。因此，试验段全幅碾压一遍需11个来回。

（2）冲击压路机开始由处理范围两侧开始向中心碾压。冲击压路机进行冲击碾压时，机械行进速度控制在10km/h左右。轮迹覆盖整个路基表面为冲碾一遍，碾压遍数由专人负责记录。

（3）以每5遍为一单元进行碾压和测量地面沉降量，当出现弹簧及泛砂现象时停止碾压，静止48小时以上，待孔隙水压力消散以后再继续碾压；本试验段初步确定的碾压变数为30遍，碾压至9遍时开始出现弹簧，10遍以后即停止碾压，静止48小时后继续碾压，而后在15、20、25遍后均静止48小时候再继续碾压。

图一：试验段施工工艺流程

（4）沉降量检测情况：

①冲击碾压5遍后平均沉降量为25mm；

②冲击碾压10遍后平均沉降量为58mm，累计沉降量为83mm；

③冲击碾压15遍后平均沉降量为70mm，累计沉降量为153mm；

④冲击碾压20遍后平均沉降量为97mm，累计沉降量为250mm；

⑤冲击碾压25遍后平均沉降量为46mm，累计沉降量为296mm；

⑥冲击碾压30遍后平均沉降量为27mm，累计沉降量为323mm。

（三）试验段检测结果

通过对土体标准贯入的检测，以实测标贯击数与临界标贯击数对比，可判断处理后土体液化是否消除及降低液化程度，同时对施工前后的实测标贯击数对比可反映处理效果是否明显。本项目根据相关数据计算所得的临界标贯击数为12击，在施工前对原状土也进行的标贯检测，施工完成静止7天后在对应位置进行了标贯检测，具体情况如下：

1 #检测点施工前后土层2m以上标贯值由5击提高至13击效果明显，2～3m处由5击提高至8击，效果较明显；

2 #检测点施工前后土层2m以上标贯值由4击提高至15击效果明显，2～3m处由5击提高至9击，效果较明显；

3 #检测点施工前后土层2m以上标贯值由5击提高至14击效果明显，2～3m处由5击提高至8击，效果较明显。

从检测结果显示，2m以上的土层标贯击数均大于临界标贯击数12击，已完全消除液化，2～3m范围内的标贯击数虽然没达到临界击数，未能完全消除液化，但较处理前有明显提高，降低了液化等级，达到了预期的效果。

结语

通过对试验段的施工及数据分析，适当的设置盲沟，及时排除积水，使得排水畅通，采取一定的措施有效控制碾压速度，充分发挥冲击压路机的冲击能，合理控制碾压遍数及消散时间，科学利用冲击碾压技术，对处理埋深较浅的液化土处理是行之有效的办法，特别是对于2m以内的土层可完全消除液化，对2～3m以内的土层可明显提高其标贯击数，降低其液化等级，在类似的工程条件下可推广运用。

[1]《公路冲击碾压应用技术指南》.交通部公路科学研究院，2006.

[2]雍晓华.路基路面压实检测技术方法及影响因素讨论[J].新疆石油科技，2005（2）.

[3]宿迁至新沂段高速公路施工图设计[Z].江苏省交通科学研究院， 2007（8）.