黄土路基的冲击压实技术研究

刘培瑞

（山西路翔交通科技咨询有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

黄土作为一种特殊土，在山西地区公路建设中是最主要的路基填料，然而在该地区修建高等级公路面临黄土地基湿陷、黄土回填桥涵墙背难以压实、黄土高填方路基压实不足和施工效率低等技术难题，若不能很好地解决将引起桥头跳车、路基工后沉降变形大等问题[1]。本文依托山西左权至黎城高速公路工程和阳泉至左权高速公路工程，对冲击压实技术在黄土路基填筑中的应用技术进行研究，以解决难以压实的技术难题，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。

2 工程概况

左权至黎城高速公路是山西省高速公路网规划“三纵十二横十二环”东纵天黎高速公路的重要组成部分，主线长78 km，2013年4月开工建设，2016年5月交工验收。项目起点左权县东北辽阳镇殷家庄处，途径革命老区晋中市左权县、长治市黎城县的7个乡镇、49个村，接邢汾高速公路左权枢纽，终点在黎城县北停河铺乡元村处接长邯高速公路黎城北枢纽。全线共有特、大中小桥60座，通道77道，涵洞89道，隧道10座，桥隧比例40%。

工程所在区域湿陷性黄土主要是风积和冲洪积黄土，土层深厚。按照国家《湿陷性黄土地区建筑规范》中的分区划分，工程区为严重湿陷型黄土，湿陷性黄土在地表广泛分布，湿陷等级多为Ⅲ～Ⅳ级，湿陷性较为敏感。按照设计要求，为保证工程质量，原地面清表后需进行冲击碾压，要求表层压实度达到90%以上，以降低地基土的湿陷性，提高其承载能力，减小路基工后沉降变形。

3 试验简介

现场冲压试验选择K17+100—K17+200作为试验段，试验段全长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。根据工程现场检测结果，试验场地土样属低液限粉土（ML）与低液限黏土（CL）过渡区，土样代号为ML～CL。该场地一般新黄土主要工程特性见表1。

表1 基底一般新黄土物理力学性质

试验采用宇通重工6830三边形冲击压路机，其性能参数为：机器质量16.2 t，静态冲击势能30 kJ，压实宽度2×0.9 m，最佳工作速度10～15 km/h，转弯半径6 m，有效压实深度1 m，影响深度5.5 m，牵引车功率不小于235 kW。具体试验步骤为：

a）清表整平；

b）埋设高程和距离固定桩；

c）布设检测点；

d）冲击碾压作业；

e）下沉量观测和土样采集；

f）重复步骤 c、d、e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。

4 试验结果分析

按照上述试验步骤，分别对冲击碾压不同遍后各点的下沉量和不同深度处的压实度进行检测。

4.1 下沉量

地表下沉量是冲击压实效果最直观的表现，地表压缩使地基土不同深度处的压实度得到提高。冲击碾压不同遍数后，采用水准仪量测各检测点的下沉量，并计算不同碾压遍数对应的平均下沉量，检测结果见表2及图1所示。

表2 冲击碾压下沉量观测结果 cm

图1 下沉量与冲压遍数关系曲线

4.2 压实度

冲击碾压不同遍数后，采用环刀法取样对不同深度处的含水率和压实度进行检测，对不同点检测结果取平均值见表3，绘制不同深度处的压实度与冲压遍数关系曲线如图2。

图2 各深度处压实度与冲击碾压遍数关系曲线

4.3 湿陷系数

参考交通部公路科研所1998年所做的《宣大高速公路冲击压实检测报告》[2]，其地基土质为湿陷性黄土，干密度ρd=1.28～1.99 g/cm3，塑性指数Ip=6.0%～9.8%，地基土特性与本文依托试验场地类似。根据 其试验统计结果表明，黄土地基压实度大于80%，干重度超过 15 kN/m3时，黄土湿陷系数 δs＜0.015，湿陷性基本消除，与山西建研院在山西地区强夯处治黄土的试验结果一致，并建立了干密度ρd与湿陷系数δs之间的关系，如式（1）所示：

表3 冲击碾压处治湿陷性黄土地基压实度检测结果

表4 试验场地黄土湿陷系数计算表

式中：δs为湿陷系数；ρd为土样干密度，g/cm3。

根据式（1）计算该试验场地冲击碾压不同遍数后各深度处的湿陷系数，见表4。

5 总结

本文对冲击压路机的工作原理、冲击能量和冲击力、冲击压实性能特点等进行了分析，并依托山西左黎高速工程，采用宇通重工6830型30kJ冲击压路机进行了现场冲压试验，研究了30kJ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、质量控制指标及控制标准，得出如下结论：

a）冲击压路机具有高振幅低频率、冲击能量高、冲击力大、影响深度大等特点，用于路基工程中对一般土质及特殊土（黄土、膨胀土、盐渍土）地基或路基的压实均适用。

b）通过对30kJ冲击压路机现场冲击碾压试验结果的分析，得到了利用30kJ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。

c）通过对现场试验数据的分析，建立了利用30kJ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。

d）通过改变每层击实次数对土样进行了不同击实功下的击实试验，研究了击实功对黄土击实特性的影响规律。根据试验结果可知，随着击实功的增加，土样最佳含水率逐渐减小，最大干密度逐渐增大，且变化幅度逐渐降低。