巨亞剛

摘要：隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，越來越多高速鐵路修筑在濕陷性黃土地帶，目前，國內對處理高速鐵路濕陷性黃土路基的處理技術及經驗方面均相對較為缺乏，如何進行高速鐵路濕陷性黃土路基的有效處理將成為建設者們急需解決的難題。本文結合工程實踐，詳細闡述了采用強夯法及沖擊碾壓對高速鐵路濕陷性黃土路基進行處理的研究成果及技術方法，為其它類似項目處理提供借鑒資料。

Abstract： With the rapid development of high-speed railway， more and more high-speed railways are built in the collapsible loess area. At present， the processing technology and experience of dealing with high-speed railway collapsible loess subgrade are relatively scarce in China， so the effective treatment of collapsible loess subgrade in railway will be an urgent problem for the workers. Based on engineering practice， this paper expatiates on the research results and technical methods of treating high-speed railway collapsible loess subgrade by dynamic compaction and impact rolling， in order to provide references for other similar projects.

關鍵詞：高速鐵路；濕陷性黃土路基；強夯法；沖擊碾壓；應用

Key words： high-speed railway；collapsible loess roadbed；dynamic compaction method；impact rolling；application

中圖分類號：U238 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0147-03

0 引言

濕陷性黃土具有土體多垂直大孔、結構松散和土顆粒間的聯結凝聚力在遇水即降低或消失等特性，是黃土產生濕陷性的內在因素。承受外部壓力及遇水是產生濕陷性的外部條件。針對濕陷性黃土的以上特征進行處理加固，改善土體特性及內部結構，增大密實度及承載力，減少壓縮性及滲水性，達到消除及控制其濕陷性的發(fā)生。

強夯法及沖擊碾壓最初應用于軟弱土地基的加固，經過多年發(fā)展及應用，在加固濕陷性黃土地基方面得到較為廣泛的應用，具有效果顯著、施工簡便、設備簡單及經濟節(jié)約等優(yōu)點。

本文對作者施工的強夯法及沖擊碾壓處理濕陷性黃土工程施工實踐進行了總結，研究了強夯加固機理及在不同地質情況下強夯施工參數的選擇。以與從事濕陷性黃土地基處理的同行共同探討提高。

1 強夯法及沖擊碾壓處理濕陷性黃土機理

強夯法也常稱做動力加固法，為了提高軟土地基的承載能力，將夯錘提升到一定高度后自由落下，在強大沖擊波的作用下，壓縮土中孔隙，同時部分土體液化，使夯點周邊土體在一定范圍及深度內出現裂縫，土體中孔隙水（氣）從裂隙順利排出，從而使土體迅速產生壓縮、固結，提高了土體承載力。強夯法在鐵路、公路、房屋等各工業(yè)與民用建筑的軟基處理方面應用廣泛，強夯法通常適用于非飽和粘性土、砂性土、碎石土、雜填土及陷性黃土等軟弱地基的處理。具有施工簡便、設備簡易、適應性強、經濟易行、效果明顯等優(yōu)點。以往施工實踐表明，強夯法在處理濕陷性黃土方面也是效果顯著，其加固有效深度達10m以上，能夠清除黃土深層處的濕陷性。

沖擊碾壓是利用了非圓形的多邊形（三邊形或五邊形）對地表施以揉壓～碾壓～沖擊的綜合作用，以每秒兩次的低頻率高振幅沖擊壓實土體。使土體從表層至深層隨壓力波的傳遞而得到壓實。

2 工程概況及工程地質條件

某高速鐵路為客運專線，正線數目為雙線，設計時速為350km/h，采用無碴軌道。要求路基的工后沉降≯15mm。鐵路線路DK198+230～DK201+520段路基所經處為廣泛分布濕陷性黃土區(qū)域。經對區(qū)域的現場地質情況進行調查可知，現場土樣為呈灰黃色、淡黃色，中等密度狀態(tài)粉土。同時具有大孔隙、含水量低等特點。另外在地層表面多發(fā)育有沖溝及陷穴，具備濕陷性黃土典型特征，從宏觀方面評判區(qū)域內為濕隱性黃土。

實測自重濕陷性量△ZS=23.6～28.2cm，自重濕陷性土層深度下限為1.5～7.6m；屬Ⅱ級（中等）自重濕陷性黃土。

為了滿足路基工后沉降要求，提高濕陷性黃土的地基承載力，消除濕陷性為施工的關鍵。根據本項目的濕陷黃土的濕陷性類型及其結構特征，經多種方案比選，最終針對不同黃土厚度，采用強夯法或沖擊碾壓對本段濕陷性黃土地基進行處理加固。

3 強夯法處理濕陷性黃土的技術研究

根據強夯法處理濕陷性黃土的最大有效加固深度，綜合考慮在不同黃土深度情況下的技術及經濟可行性，本項目主要采用強夯法處理深度超過2.5m的濕陷性黃土。

3.1 初步確定強夯施工參數

強夯處理濕陷性黃土所采用的參數依據施工現場地質情況，項目對地基的質量要求，并通過試夯來確定。強夯施工需要確定的主要參數有有效加固深度、單位夯擊能、夯點布設及施工順序、單擊夯擊數及夯擊遍數等。

①強夯設備及夯錘的選擇。

采用履帶式起重機起吊夯錘，以保證在起落錘時起重機不會發(fā)生傾覆，并帶有自動脫鉤裝置。

根據以往的施工經驗確定所需單點夯擊能，并結合既有機械設備情況，決定采用的夯錘重350kN，夯錘為底面積5m2的圓形形狀，高寬比為1：2.5，落距為10m～15m。

②有效加固深度。

根據我國的實踐經驗，強夯處理濕陷性黃土有效加固深度采用修正的梅納公式。

H1=a■ （1）

式中：H1為強夯處理濕陷性黃土的有效加固深度（m）；W為夯錘重量（kN）；h為夯錘提升高度（m）；a為與夯擊能及土體特性等因素有關的修正系數，通常取0.5。

將錘重及落距代入（1）式得有效加固深度：

滿足本項目消除黃土濕陷性的要求。

③夯擊點布置與間距。

夯點間距通常依據本項目黃土特性及要求的有效處理深度并結合以往施工經驗進行布置。本項目初步擬定消除8m深濕陷性區(qū)段采用3.8m，6m深區(qū)段采用4.5m，4m深區(qū)段采用5m。具體布置方法為：清除表土后，采用平地機平整地面，用壓路機靜壓1遍再設計位置布設夯點，并用石灰標識夯點。

④單點夯擊遍數。

按不同的夯擊遍數進行試夯，以取得試驗參數，試夯擊數分別按6、8、10進行。

大面積強夯施工時，首先按單點夯擊遍數為6擊進施工，如果最后兩擊夯沉量之和>15cm，之差>8cm。則增加單點夯擊遍數至滿足要求。夯擊遍數采用三遍，最后一遍為低落距滿夯，以夯實地基表層松土為目的。

⑤強夯間歇時間。

本項目采取三遍夯擊，兩遍強夯施工的間隔時間要足夠長，以使土體中的超靜水壓力得到消散。當一遍夯擊完成且夯坑內孔隙水蒸發(fā)后，用推土機將夯坑推平。達到需要的間歇時間后，以與第一遍相同的施工方法實施第二夯擊，然后用推土機將夯坑推平，進行第三遍的低落距滿夯，將表層松土夯實。

3.2 選取試驗進行強夯法處理濕陷性黃土的研究

選擇了長20m，加固寬度為25m的代表性區(qū)段進行按初步確定的強夯參數進行試夯，并鉆取地下不同深度的原狀土做室內土工試驗，以測試土體物理力學指標的變化情況，判定濕陷是否消除或有效加固深度是否滿足設計要求，以評價及驗證初步擬定的強夯參數在技術上是否可行性及經濟上是否合理。當試驗所得結果不能達到設計要求時，進行有關參數調整（如夯錘質量、落距、夯擊次數、夯點間距等），并重新進行試夯。

每進行一次夯擊，及時測取夯點處及周圍的沉降、隆起和擠出量，采取在土層不同深度內埋設沉降管以量取不同土深的夯沉量及有效加固深度。并在最后一遍夯擊完成7天后挖取地面以下10m內的土樣，進行土工試驗及原位測試，對試驗結果進行分析，為強夯參數設計及施工提供有關參數。

根據試驗結果對強夯參數進行了調整及優(yōu)化，大面積施工采用的強夯方案如下：圓形夯錘重350kN，夯錘底面面積5m2的，落距為12m，單點夯擊能為4200kN·m。3遍夯擊，前兩遍為點夯，消除8m深濕陷性區(qū)段夯點間距采用3.6m，6m深區(qū)段采用4.5m，4m深區(qū)段采用5.2m。。采用跳夯法，夯擊數為8擊。最后一遍為滿夯，夯跡重復1/4環(huán)。

因本項目的濕陷黃土處于非飽和狀態(tài)，土體中基本沒有或僅在極少的自由水，因此在強夯中基本不存在超靜水壓力消散及排水固結等問題，故在兩遍夯擊施工間不需要間隔時間或短時間間隔即可。因此，本項目施工時，夯擊第一遍后，可以不做時間間隔，直接開始下一遍的夯擊施工，有效地提高了施工效率。

第1、第2遍夯點布置見圖1。

3.3 測試結果及分析

濕陷性黃土強夯法處理的試驗結果見表1、圖2、圖3，由試驗結果表明，經對濕陷性黃土進行強夯處理后，其土體結構發(fā)生了變化，物理力學性質得到明顯改善，強夯增加了土體的干容重，顯著降低了土體孔隙比，增強地基承載能力，明顯降低了土體壓縮性，加固深度內的黃土濕陷性系數（δS）均小于0.015，黃土已經不存在濕陷性，強夯法加固濕陷性黃土是技術可行的。

4 沖擊碾壓處理濕陷性黃土的技術研究

4.1 沖擊碾壓處理濕陷性黃土技術要點

本項目部分地段濕陷性黃土厚度較薄，最薄處僅為1.6m。對于黃土較薄處采用沖擊碾壓進行處理，其相對強夯法而言，施工工期更短，經濟效果也更好。

本項目選取了典型路段作為試驗對沖擊碾壓處理濕陷性黃土進行試驗，試驗結果表明，其有效處理深度為2.5m，即深度2.5m內的濕陷性黃土經過沖擊碾壓處理后，其各項工地試驗指標均達到規(guī)范及設計要求。

沖擊碾壓在場地清理、清表完成后進行，如土體過干，提前灌水增濕，使土體含水量達到最佳含水量附近。土體過濕則適當晾曬。因沖擊碾壓的沖擊力量巨大，碾壓時土體的含水量可比最佳含水量低5%及高3%，大大減少增濕及晾曬的工作量。

為防止地面不平整而影響沖壓的最佳效果，每沖壓3～4遍后用平地機整平再繼續(xù)沖壓施工。沖壓施工完成后用光輪壓路機碾壓至路基壓實標準。

4.2 測試結果及分析

典型斷面DK200+155處（黃土深度為2.1m）進行的沖擊碾壓處理前后土工試驗結果見表2、圖4、圖5，由試驗結果表明，濕陷性黃土經沖擊碾壓處理后，改善了土體性質及結構，減少了壓縮性，消除了濕陷性，達到了處理目標。

5 結束語

經采用上述強夯法及沖擊碾壓對高速鐵路濕陷性黃土地基進行了處理，施工完成后對地基加固效果進行試驗檢測，分別在夯坑內、夯坑外及強夯處理的邊緣處選點進行土工試驗，試驗結果表明，采用強夯及沖擊碾壓處理后，濕陷性黃土壓縮系數及濕陷性系數明顯降低，且不同深度土層的濕陷性系數均<0.015，已完全消除了黃土的濕陷性。且經承載力、靜態(tài)變形模量Ev2等級質量檢測的結果均達到規(guī)范及設計要求?？梢?，采用強夯法及沖擊碾壓處理濕陷性黃土可以達到加固效果。

研究結果表明，對于黃土深度2.5m以內的濕陷性黃土路基的處理，沖擊碾壓具有更好的技術經濟效果，為高速鐵路濕陷性黃土路基的處理積累了技術資料及經驗。

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