軟土地基經(jīng)沖擊壓實后的沉降分析

宋憲國

(內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市公路管理局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008)

沖擊壓實技術(shù)是將當前振動壓路機的高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率，在壓實作用中增加了對土石方的沖擊、振動功能;影響深度深、壓實厚度大是沖擊壓實技術(shù)的重要特點之一。沖擊壓實機械最早出現(xiàn)在20世紀50年代，于1995年在我國機場的場道建設(shè)中得到應(yīng)用，之后該項技術(shù)在我國內(nèi)地的公路等工程建設(shè)中得到推廣。如沖擊壓實法被用于處理濕陷性黃土地基、含砂低液限粉土路基、粗粒土路基，還被用于路基補強以及在機場中用于處理淺層軟粘土地基等。然而在對沖擊壓實技術(shù)處治公路地基效果的評價方面，多是通過表層(約20cm～30cm)壓實度進行檢測、或者用動態(tài)彎沉儀檢測、或者用貫入儀等方法對地基處治效果進行檢測試驗[1-3]。其檢測深度較小，難以綜合評價沖擊壓實技術(shù)在深厚度范圍內(nèi)對公路地基的影響，其檢測試驗結(jié)果用來進行設(shè)計和施工指導(dǎo)時會存在一定的盲目性。因此，為了綜合評價沖擊壓實技術(shù)對公路地基的處治效果，有必要對沖擊壓實后的公路地基的工期沉降進行觀測，通過分析其總沉降和工后沉降來表征沖擊壓實技術(shù)的處治效果，以指導(dǎo)公路地基處治設(shè)計和施工。

本文在總結(jié)沖擊壓實技術(shù)在改善軟弱地基條件及填土碾壓密實方面的機理、特點的基礎(chǔ)上將其應(yīng)用于綏滿國道主干線內(nèi)蒙古阿榮旗至博克圖高速公路的工程實踐，分析了公路地基總沉降和工后沉降，據(jù)此對沖擊壓實處治軟土地基的施工質(zhì)量進行評價。

1 工程概況

綏滿國道主干線內(nèi)蒙古阿榮旗至博克圖高速公路全線長161.36 km，屬中低山、丘陵漫崗地貌，地貌形成的方式主要是侵蝕構(gòu)造地形和堆積地形，地質(zhì)情況比較復(fù)雜。其中，K113+400～K113+600路段路基填土高度為2.0m～5.0m，表層為粉土，多為弱泥炭質(zhì)土，稍濕，層底深度為0.8m～1.1m，中密狀態(tài)，水位0.7m ～1.5m，高壓縮性;下層為圓礫土，層底深度5m，中密，礫石粒徑大小不一，充填物多為砂類土，壓縮性大。該段工程地質(zhì)狀況較差，因此需選取合適的處理方案對淺層地基進行處理，以提高地基的承載力，改善地基的不均勻性，減小地基變形。

針對地基存在的工程地質(zhì)問題，結(jié)合沖擊壓實法在其他地區(qū)處理軟基的工程經(jīng)驗，首先挖除軟基換填砂礫，軟土平均換填厚度為1.0m，再進行沖擊壓實。采用3YCT3型三邊形沖擊壓實機對換填砂礫分兩層碾壓，每層壓實厚度為50cm。沖擊壓實后，采用灌砂法分層檢測了地基壓實度，每個段落每個壓實層取12個點。壓實度檢測結(jié)果見表1。

JTG F80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[4]規(guī)定:高速公路處理地基位于路床頂面以下3m～5m處，壓實度設(shè)計值為93%。經(jīng)處治以后，該路段兩層壓實度變異系數(shù)1.15%，均小于2.0%，表明地基壓實的整體均勻性較高，有助于減小路基差異沉降。

表1 沖擊壓實后換填砂礫層的壓實度 %

2 沉降觀測及分析

2.1 實測沉降

為了觀察沖擊壓實后地基的變形情況，在經(jīng)沖擊壓實的砂礫層路中線位置埋設(shè)了沉降板，每填筑一層觀測一次沉降變形;填筑結(jié)束后，每15d觀測一次沉降變形。沉降觀測結(jié)果見表2。

表2 現(xiàn)場實測沉降值mm

2.2 泊松曲線預(yù)測沉降

根據(jù)工期沉降觀測結(jié)果，可以采用泊松曲線模型預(yù)測工后沉降量，泊松曲線預(yù)測模型如下式其中，y 為預(yù)測工后沉降，mm;t為工期，d;a，b，k均為模型的回歸參數(shù)。當t→+∞時，y→a，即為路基總沉降量。

以表2中沉降觀測結(jié)果為樣本，通過Origin8.0軟件進行回歸分析，得到模型參數(shù)見表3，預(yù)測沉降量變化規(guī)律見圖1。

預(yù)測總沉降量減去實測累計沉降量，即為剩余沉降量(見表4)。計算結(jié)果表明，軟基處理后，地基剩余沉降量占總沉降量的7.9%～11.6%。剩余沉降絕對值為2.8mm ～4.0mm，滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》中一般路段路基容許工后沉降值為100mm的要求。這表明以沖擊壓實為主的軟基處理方法處理后的地基，工后沉降小，具有較高的變形穩(wěn)定性。

表3 預(yù)測模型的回歸參數(shù)

表4 預(yù)測地基總沉降與剩余沉降mm

3 分層總和法計算地基沉降

原地基為軟弱地基，直接填筑路基可能會引起地基過大的沉降，因而需要計算施以等量路基填筑荷載后原地基的沉降量，以分析地基穩(wěn)定性，一般采用分層總和法計算地基土壓縮變形，如下式:

其中，S為土基的變形量;n為壓縮層厚度分層數(shù);σz(i)為第i層土平均附加應(yīng)力;hi為第i層土厚度;Esi為第i層土壓縮模量。

本文研究以沉降觀測的測點為計算點，采用分層總和法計算假設(shè)未對地基進行處理時原地基總沉降量，路基各結(jié)構(gòu)層參數(shù)見圖2和表5，計算結(jié)果見表6。

表5 不同路段的路基填土高度 m

表6 地基處理前后總沉降量對比分析結(jié)果mm

結(jié)果表明，軟土地基經(jīng)過以沖擊壓實為主的綜合處理措施處理后，地基沉降量減少約36%，即以沖擊壓實為主的地基處理方式有效減小了地基的沉降量。

4 結(jié)語

經(jīng)沖擊壓實處理，軟土地基的壓實度滿足相應(yīng)技術(shù)要求，能夠有效保證地基施工質(zhì)量。為綜合評價處治效果，本文對沖擊壓實后的公路地基的工期沉降進行長期觀測，主要結(jié)論如下:

1)軟基處理后，地基剩余沉降量占總沉降量的7.9%～11.6%，剩余沉降絕對值為2.5mm～4.0mm，工后沉降小，具有較高的變形穩(wěn)定性。2)采用分層總和法計算施以等量路基填筑荷載后原地基的沉降量，結(jié)果表明地基沉降量減少約36%，即以沖擊壓實處理方式有效減小了地基的沉降量。

[1]王吉利，劉怡林，沈興付.沖擊壓實法處理黃土地基的試驗研究[J].巖土力學，2005(5):755-758.

[2]徐 超，陳忠清.沖擊壓實法處理粉土地基試驗研究[J].巖土力學，2011，32(2):389-392.

[3]邢玉東.沖擊壓實法處理遼西濕陷性黃土路基的試驗研究[J].工程勘察，2008(3):17-20.

[4]JTG F80/1-2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].