黃土路基施工工藝研究

馬勇

(中交二公局第三工程有限公司)

在交通事業(yè)不斷發(fā)展的背景下，我國(guó)加大了對(duì)公路建設(shè)的投入，因此每年都會(huì)投入巨額資金建設(shè)高速公路。我國(guó)黃土分布較廣，主要集中于黃河中下游及東北地區(qū)，多具有濕陷性特征，我國(guó)濕陷性黃土約占總面積的60%，且有多條公路經(jīng)過(guò)濕陷性黃土地區(qū)。對(duì)此，保證黃土地基強(qiáng)度，已成為保證路基穩(wěn)定的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)公路等級(jí)的提高，高級(jí)路面也在迅速增加，這對(duì)公路路基強(qiáng)度提出了更高的要求。由于高速公路對(duì)路基沉降有著嚴(yán)格要求，因此施工單位需要加強(qiáng)對(duì)黃土路基加固措施的研究，從而更好地保障黃土地區(qū)路基的質(zhì)量安全。

1 黃土路基特性及加固方法

黃土分為濕陷性與非濕陷性?xún)煞N類(lèi)型。非濕陷性黃土在水作用下結(jié)構(gòu)不會(huì)變化，而濕陷性黃土危害大，其在浸水條件下會(huì)導(dǎo)致土結(jié)構(gòu)被破壞，從而影響自身的土質(zhì)穩(wěn)定性。在我國(guó)，濕陷性黃土分布具有區(qū)域性，主要集中于甘肅關(guān)中、河南河北等地區(qū)。

濕陷性黃土根據(jù)產(chǎn)生情況可分為自重與非自重濕陷。自重濕陷黃土在浸水下土體結(jié)構(gòu)破壞速度快，又因黃土具有大空隙性，所以土體間膠結(jié)力減小導(dǎo)致土體顆粒變形。

黃土在我國(guó)黃河流域分布廣泛，在陜甘寧青晉等黃土集中連續(xù)分布地區(qū)，濕陷性黃土超過(guò)35×104km2，且土層厚度幾米到數(shù)百米，濕陷性黃土塑性指數(shù)為8～13，顆粒間以碳酸鹽膠結(jié)，受水浸泡后顆粒連續(xù)受到破壞。濕陷性黃土為交通建筑帶來(lái)很多困難，會(huì)在修建公路時(shí)導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降。另外，公路邊坡還會(huì)由于受到雨水沖刷而造成水土流失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因水土流失造成路基病害經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。針對(duì)此種情況，采用地基處理的方式來(lái)增強(qiáng)地基強(qiáng)度，可以使地基處理后達(dá)到設(shè)計(jì)要求，減小外部荷載過(guò)大沉降變形，從而消除動(dòng)力荷載下引起飽和軟黏土的振動(dòng)液化。

黃土濕陷性評(píng)價(jià)是施工中的重要內(nèi)容，黃土地基處理主要目標(biāo)是消除濕陷性，主要思路是減小空隙比，阻止引起濕陷性外部條件。路基是高速公路的基礎(chǔ)，其剛強(qiáng)度及保持耐久性是確保車(chē)輛安全舒適運(yùn)行的前提，采取合理加固路基方法對(duì)減少沉降起到重要作用。

目前，我國(guó)濕陷性黃土地基處理方法包括換填土法、化學(xué)加固法等。其中，強(qiáng)夯法在加工松軟土方面具有良好效果，原理是利用夯錘重力將其提升自由下落沖擊，減少軟土空隙，增強(qiáng)地基承載力；換填土法主要加工對(duì)象是軟土，原理是用具有較大承載力的土代替承載力較低的土；擠密樁法采用水泥土擠密樁，符合復(fù)合地基原理，擠密樁施工后樁側(cè)頭擠密；化學(xué)加固法包括高壓噴射注漿法，即利用水泥與土體發(fā)生反應(yīng)加工地基[1]。

2 濕陷性黃土路基施工工藝

2.1 工程概況

濕陷性黃土路基的施工難度較大。以2016 年8月～2017 年吳定高速路基10 標(biāo)的施工為例，該項(xiàng)目具有大量的黃土路基施工。施工單位在原地面清表后，由試驗(yàn)室對(duì)填挖方段原狀土取樣，做標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。對(duì)原狀土含水量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)挖方段原狀土距地表2m 內(nèi)含水量為3%～5%。填方段原狀土為耕地，含水量8%。由于定邊縣楊井鎮(zhèn)周?chē)彼钣盟畯闹車(chē)罹h(yuǎn)運(yùn)。為確保項(xiàng)目土方施工用水，在互通區(qū)內(nèi)打機(jī)井一口，24 小時(shí)抽水量為700m3。

2.2 施工工藝

由于黃土具有濕陷性，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯或者灰土擠密樁進(jìn)行處理。然而，填筑隔水層灰土前壓實(shí)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，原因是黃土的天然含水量小。對(duì)此，在強(qiáng)夯完成后，施工單位要用推土機(jī)將施工面整平，并根據(jù)含水量與最佳含水量的差值補(bǔ)水，同時(shí)在用大型旋耕機(jī)翻拌后，再灑剩余用水量與翻拌測(cè)定含水量，待合格后方可采用光面壓路機(jī)快速穩(wěn)壓，用羊角碾快速碾壓，碾壓時(shí)重疊1/3 輪距[2]。

除此之外，施工單位還要用平地機(jī)將路基表面刮平，再用光面壓路機(jī)碾壓兩遍，采用灌砂法壓實(shí)度檢測(cè)效果良好。一次報(bào)檢合格率在95%以上?？紤]到水分蒸發(fā)散失，施工單位要適當(dāng)?shù)卦黾友a(bǔ)水量。黃土路基施工工藝流程具體如圖1 所示。

圖1 黃土路基施工工藝流程

2.3 施工步驟

⑴填方路基施工前，必須確保黃土含水量達(dá)到最佳。在挖方段開(kāi)多條深溝，深度1.5m，采用多級(jí)抽水，用水龍帶將水抽到挖方段取土處。

⑵次日用挖機(jī)翻拌，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)含水量不均勻，且成本高，效率低。

⑶由于水源距取土挖方路段較遠(yuǎn)，難以滿(mǎn)足工地填方用土需求，因此采用填方現(xiàn)場(chǎng)加水，處理好原地面打石灰方格，根據(jù)運(yùn)輸車(chē)箱容量，按設(shè)計(jì)松鋪厚度30cm 計(jì)算，用推土機(jī)攤鋪平整，根據(jù)測(cè)定的原狀土含水量，先灑計(jì)算用水量的一半。

⑷由于黃土土質(zhì)原因，采用大型旋耕機(jī)翻拌，翻拌一遍后再灑另外一半的計(jì)算水量，考慮到當(dāng)?shù)貧夂蚋稍?，?jì)算用水時(shí)在最佳含水量的基礎(chǔ)上加兩個(gè)點(diǎn)。碾壓前含水量測(cè)定效果較好，多點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果接近最佳含水量。

⑸采用20 噸以上光面壓路機(jī)快速完成靜壓，三臺(tái)羊角碾以最快速度完成路基壓實(shí)。

⑹強(qiáng)震碾壓四遍后壓實(shí)度達(dá)到93%，由于含水量不均勻個(gè)別點(diǎn)壓實(shí)度達(dá)不到，相對(duì)最佳含水量存在偏差，但總體合格率非常高。由于施工工藝符合黃土特性，施工非常順利。

⑺黃土路基的施工關(guān)鍵點(diǎn)是土的最佳含水量的控制。黃土路基施工在施工現(xiàn)場(chǎng)用水車(chē)加水，再用水車(chē)補(bǔ)水，用旋耕機(jī)翻拌，土的含水量較為均勻。有利于保證工程質(zhì)量，降低施工成本。

3 黃土路基加固施工技術(shù)要點(diǎn)

黃土最大特點(diǎn)是具有濕陷性，典型外部特征體現(xiàn)在天然狀態(tài)下具有大孔隙，顏色在干燥時(shí)為淡黃色，濕潤(rùn)時(shí)呈褐黃色；土在干燥狀態(tài)有較高強(qiáng)度，由于土質(zhì)垂直方向分布小管道保持豎立邊坡，土結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生附加下沉產(chǎn)生濕陷。黃土路基工程施工要通過(guò)首件工程試驗(yàn)路段施工試驗(yàn)，驗(yàn)證施工設(shè)備工作性能，機(jī)械設(shè)備配套情況，總結(jié)路基填挖方法，指導(dǎo)全線路基工程施工。

黃土填方路基需嚴(yán)格控制松鋪厚度，有重型壓實(shí)機(jī)具的除外。為確保路基壓實(shí)寬度，填土?xí)r根據(jù)填方高度設(shè)置30cm～50cm 的富余寬度，保證壓路機(jī)在確保安全下壓到路基邊緣。路基在填筑時(shí)盡早做出橫坡。每層施工時(shí)打石灰方格控制層厚，有利于93 頂、96 頂?shù)某尚褪┕?。路基成型層施工采用灰點(diǎn)跟蹤法施工，技術(shù)人員用水準(zhǔn)儀控制標(biāo)高，與平地機(jī)駕駛員密切配合，進(jìn)行路基成型層施工[3]。

填方段原地面清表后采用強(qiáng)夯處理，在上面鋪50cm 的10%石灰土墊層，兩側(cè)設(shè)置石灰土隔水墻。路基要求采用路拌法施工石灰土墊層，施工工藝是先在填土前的路段放出中線，根據(jù)運(yùn)土車(chē)單車(chē)運(yùn)載方量，計(jì)算出上土石灰方格的尺寸，每個(gè)方格倒一車(chē)土，灑水量為計(jì)算補(bǔ)水量的一半，可把補(bǔ)水量加大兩個(gè)點(diǎn)，灑完水后用翻拌，再灑另外一半水，測(cè)定含水量是否達(dá)到最佳含水量。用光面壓路機(jī)穩(wěn)壓，打方格上消解后的石灰，可以采用石灰撒布機(jī)，根據(jù)試驗(yàn)確定的石灰土干密度確定消石灰的用量，為保證灰劑量，采用內(nèi)摻法。每噸石灰土中土的質(zhì)量為900㎏，消石灰為100㎏。消石灰撒布均勻后采用寶馬路拌機(jī)拌和，用光面壓路機(jī)穩(wěn)壓，用三臺(tái)羊角碾快速碾壓，強(qiáng)震碾壓四遍后抽檢壓實(shí)度，用平地機(jī)將灰土表面刮平，用20 噸以上光面壓路機(jī)強(qiáng)震碾壓兩遍，再通知監(jiān)理報(bào)檢壓實(shí)度。施工關(guān)鍵控制點(diǎn)是最佳含水量控制。

黃土路基填筑檢測(cè)包括碾壓層厚度試驗(yàn)、含水量與壓實(shí)度試驗(yàn)。碾壓前對(duì)填土層松鋪厚度檢查，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)黃土地區(qū)按25cm、35cm 松鋪厚度對(duì)比試驗(yàn)，選擇有利于施工進(jìn)度達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，檢查壓實(shí)厚度，與松鋪厚度比較計(jì)算壓實(shí)系數(shù)。廠拌法施工根據(jù)測(cè)定的原狀土含水量，確定每方土補(bǔ)水的重量，根據(jù)土的重量確定要摻石灰的重量，把廠拌機(jī)的稱(chēng)重和加水系統(tǒng)標(biāo)定準(zhǔn)確，用水量要根據(jù)氣候等情況適當(dāng)增減。施工前先試拌，各系統(tǒng)環(huán)節(jié)正常才能正式拌石灰土。由于廠拌法成本高，難以滿(mǎn)足前場(chǎng)用土需求，如設(shè)計(jì)無(wú)特殊要求，盡量采用路拌法施工，施工成本較低。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，黃土是特殊土，其獨(dú)特性是具有濕陷性，由于濕陷性黃土具有大孔隙率特點(diǎn)，存在上部荷載時(shí)遇水發(fā)生濕陷。高速公路由于速度快，對(duì)路基沉降要求高，路線經(jīng)過(guò)黃土地區(qū)時(shí)選擇何種加固措施滿(mǎn)足線路要求非常重要。對(duì)黃土地基加固處理措施中，路基站場(chǎng)處理措施應(yīng)用水泥土擠密樁加固地基方案較多。路基工程施工離不開(kāi)科學(xué)管理，在黃土地基路基施工壓實(shí)控制難度大，要不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。