濕陷性黃土路基改良成套施工技術(shù)應(yīng)用

李瀟

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016）

1 濕陷性黃土路基改良技術(shù)特點

路基的強度和穩(wěn)定性是確保公路質(zhì)量的基本條件，特別是西北黃土地區(qū)公路工程，提高黃土路基施工質(zhì)量尤為關(guān)鍵。黃土廣泛分布于中國的西北地區(qū)，特點為土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育，沒有遭到水浸時的強度通常較高，壓縮性較小，但一旦受到水的浸蝕，土結(jié)構(gòu)將被迅速破壞，導(dǎo)致較大附加下沉，強度迅速降低。如何在公路工程施工過程中消除黃土的這種濕陷性，提高路基施工質(zhì)量是我國西北地區(qū)高速公路建設(shè)面臨的一大難題。結(jié)合在青海地區(qū)黃土路基施工的研究及應(yīng)用，本文總結(jié)出一套適用于黃土路基改良的施工工藝，通過對濕陷性黃土路基采用水泥土改良+水泥土擠密樁+沖擊碾壓+強夯+液壓夯的成套施工技術(shù)進行綜合處治，可從各個方面改良黃土的濕陷性，提高施工質(zhì)量。

2 濕陷性黃土路基改良施工應(yīng)用

2.1 水泥土改良濕陷性黃土工藝

2.1.1 工藝原理

水泥改良濕陷性黃土，是通過均勻摻拌水泥，使粉性土顆粒在參與水泥水化反應(yīng)的過程中不斷積聚，在土體中形成一定比例的較大顆粒，從而提高土體顆粒間的嵌擠力和摩擦力，進而增強土體穩(wěn)定性和承載力。

2.1.2 施工技術(shù)應(yīng)用

水泥改良黃土路基施工與普通路基施工在前期工藝流程一致，按照路基標準化施工工藝進行掛線打方格布料，通過松鋪系數(shù)設(shè)置松鋪厚度，采用推土機與平地機組合進行平整，保證松鋪厚度均勻。素土攤鋪后及時檢測含水量，并與設(shè)計摻量下的水泥水化反應(yīng)所需的含水量進行對比，確保土體中水分滿足水泥凝結(jié)硬化的需要，保證改良效果。

水泥改良采用路拌法施工工藝，主要以粉料撒布車和冷再生路拌機為主，撒布車自動計量控制系統(tǒng)可以控制定速行駛時的每平方米撒布量，施工時及時檢查撒布厚度，翻拌后通過滴定試驗來驗證水泥的摻量和均勻性。水泥布料完成后，采用冷再生路拌機及時拌和，拌和深度嵌入下層1～2cm，確保上下層有效連接。在拌和過程中著重關(guān)注拌和深度，調(diào)節(jié)路拌機拌和參數(shù)，不得產(chǎn)生素土夾層，翻拌后及時檢測含水量和水泥劑量，檢測和滴定試驗要在翻拌后分上、中、下3個位置取樣，以此來檢查拌和均勻程度，檢驗合格后進行2次穩(wěn)壓和粗平。

黃土路基較普通路基壓實難度大，在常規(guī)施工機械中需增加羊角碾，羊角碾采用22t及以上機型，碾壓速度保持在2～4km/h，共碾壓4遍，待羊角碾碾壓完成后采用平地機將碾壓痕跡刮平，再采用振動壓路機進行碾壓。采用羊角碾碾壓能夠進一步擠密土體，提高壓實度，保證黃土路基施工質(zhì)量。

2.1.3 主要技術(shù)控制要點

（1）松鋪厚度控制

松鋪厚度為確保翻拌均勻程度和壓實系數(shù)的首要條件。冷再生路拌機的最大拌和深度為40cm，但濕陷性黃土的壓實系數(shù)較大，一般在翻拌時出現(xiàn)2次明顯翻松拋高現(xiàn)象，從而出現(xiàn)超出路拌機拌和深度導(dǎo)致夾層的情況。所以需要通過試驗段施工確定松鋪厚度。

（2）水泥劑量

施工前進行撒布量的計算和撒布車計量調(diào)整。撒布車自動計量控制系統(tǒng)可以控制定速行駛時的每平方米撒布量，施工時及時檢查撒布厚度，冷再生機應(yīng)緊跟撒布進行翻拌，縮短水泥在土體表面放置時間。翻拌后，及時按照檢測頻率在相應(yīng)位置開挖探坑，分上、中、下3個部位取土樣，及時驗證各區(qū)域水泥劑量和拌和均勻程度，根據(jù)試驗結(jié)果動態(tài)調(diào)整水泥撒布量。

（3）改良時間

改良時間是保證改良效果的決定因素。改良時間不足，水泥的水化反應(yīng)和改良土的積聚改良過程將達不到試驗確定的效果，導(dǎo)致實際土體最大干密度和最佳含水量等與試驗確定的土體工程性質(zhì)具有巨大差異，使整個施工及檢測過程無法進行對比評定。

（4）含水量控制

濕陷性黃土在挖、裝、運、平的過程中水分散失很快，而且在摻拌水泥后水化反應(yīng)消耗大量水分。為了避免二次或者多次補水，采取改良后一次補水二次翻拌的工藝，在路拌完成并檢測合格后及時進行二次穩(wěn)壓、灑水、二次翻拌、三次穩(wěn)壓、精平等工序，避免改良時間造成工序間斷，一方面可以快速補足最佳含水量，確保壓實效果，另一方面通過及時整平壓實來封水，減少補水后水分再次散失的時間。補水前檢測土體實際含水量，計算出與最佳含水量的差值，如果氣溫較高應(yīng)按照可施工含水量范圍的上限控制。另外，精平和壓實過程中，濕陷性黃土的表面水分散失較快，容易出現(xiàn)壓實過程中表面水分散失而開裂、起皮現(xiàn)象。在施工時，一方面要控制壓實時間，盡量安排在早上或者傍晚施工；另一方面出現(xiàn)起皮、開裂時采用霧炮機表面補水，確保壓實效果。

（5）表面收光

有效的改良時間可以避免壓實過程中水泥水化反應(yīng)使表面出現(xiàn)快速干皮現(xiàn)象，而且改良后的土體容許含水量增大便于達到壓實標準。但夏季氣溫較高時也可能出現(xiàn)起皮、干裂現(xiàn)象，所以壓實過程中一旦起皮，應(yīng)及時采取霧炮機輕微補水。

（6）水泥改良黃土路基效果

黃土的液限和塑限值因為水泥摻量增加而變大，最優(yōu)含水率及最大干密度也會隨之增大，黏聚力、內(nèi)摩擦角等指標也會因水泥摻量的提高而表現(xiàn)出增加的趨勢，尤其以黏聚力的增長趨勢更為明顯，經(jīng)過水泥改良后的黃土其無側(cè)限抗壓強度顯著增大，使黃土在經(jīng)過改良后能夠作為一種合格的路基填料而使用。

2.2 水泥土擠密樁工藝

2.2.1 工藝原理

水泥土擠密樁是利用沉管擠密法達到成孔效果。選用相對單一的填料，通過拌和機與水泥均勻拌和，形成質(zhì)量比為8%的水泥土，向孔內(nèi)分層回填且使用夾桿錘夯實，從而保證水泥土擠密樁的均勻性，樁與樁間土形成完整的復(fù)合地基[1-2]。

2.2.2 施工技術(shù)應(yīng)用

施工機具安裝好后應(yīng)保證整體穩(wěn)定，接著升起樁管，對著樁位緩緩下放，確保樁管、樁尖、樁錘中心位于同一垂線上，利用錘擊力和樁管自重把樁管壓進土中。成孔后及時清理和夯填孔底，夯擊次數(shù)至少在25次，再按照試驗明確的分層回填厚度和夯擊次數(shù)有序倒入填料和開展夯實作業(yè)。每層回填厚度約30cm、落錘高度不小于60cm。水泥土擠密樁回填及夯實作業(yè)不能中途中斷，防止擠密樁承載力下降。

2.2.3 主要技術(shù)控制要點

（1）成孔過程中樁機保持穩(wěn)定，不得出現(xiàn)移動、傾斜等情況，一開始需要輕擊慢沉，當樁管方向穩(wěn)定后方可調(diào)整到正常速度。

（2）用于樁孔夯填的錘需不超過樁孔直徑9～12cm，夯錘重量則要在100kg以上，錘底面靜壓力在20kPa以上。成孔后必須檢測虛土厚度，當厚度在500m內(nèi)時夯擊孔底，直到產(chǎn)生清脆聲音才能結(jié)束；如果厚度大于500mm則進行復(fù)打處理。

（3）成孔擠密采用“間隔分批、及時夯填”的方式。在局部處理過程中，必須由外到內(nèi)間隔1～2孔施工；整片處理時應(yīng)“從邊緣開始，均勻分布、慢慢加密”。

（4）如果土層含水量大或存在軟弱土層，拔管后樁孔一般會發(fā)生縮頸現(xiàn)象，從而縮小樁孔面積，使得夯錘不能下落，還會造成填料中途堵塞。如產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，應(yīng)認真處理。若較為輕微，或僅出現(xiàn)于樁孔上面，可鏟除孔壁突出部分；如縮頸嚴重時，則應(yīng)復(fù)打，具體操作是向孔中注入一定的干水泥，稍作暫停，然后重新打入樁管，把水泥擠向孔壁，達到吸收土中水分的效果，按照上述方法循環(huán)操作可解決縮頸問題。

2.3 沖擊碾壓工藝

2.3.1 工藝原理

沖擊式壓路機通過高速形式，獲得巨大的沖擊能量、深層的壓實效果和極高的壓實效率，其具有普通壓路機和強夯機械的優(yōu)勢，將強夯作用力變?yōu)檫B續(xù)滾動式?jīng)_擊，通過在壓實輪下較小面積內(nèi)產(chǎn)生強大沖擊力，使土體得到壓實。

2.3.2 施工技術(shù)應(yīng)用

黃土路基每填高1.5m采用25kJ的三邊形沖擊式壓路機增強補壓1次（沖壓30遍為1次）。施工前，通過平地機整平原地面，然后利用鋼輪壓路機靜壓或振壓，達到地表壓實效果。沖擊碾壓時“先兩邊，后中間”，采用排壓法，錯輪實施、輪跡覆蓋，橫向軸緣相互重疊20～30cm，沖擊壓路機的行駛速度控制在10～12km/h較合適?？v向碾壓排列每次應(yīng)錯開一輪寬距離，確保每次沖擊碾壓能夠沖擊工作面波峰，提高著力點的均勻性，增強整體效果，依照此方法計算，該段路基全部碾壓完1次為碾壓1遍。第2遍由第1遍向內(nèi)移動30cm寬進行沖擊碾壓，第3遍再向內(nèi)移動30cm寬進行，以此類推至碾壓完全部工作面。最后通過平地機實施初步整平，并應(yīng)用鋼輪壓路機振動碾壓1～2遍，壓實收光。

2.4 強夯工藝

2.4.1 工藝原理

運用強夯法時，選擇20t、底面直徑為2.5±0.3m的重錘，通過重錘從高處落下所產(chǎn)生的沖擊力來改善土壤結(jié)構(gòu)，減小土體的壓縮性，消除濕陷性黃土的濕陷性。利用強夯法處理濕陷性黃土?xí)r，能夠提高土體結(jié)構(gòu)的均勻性，防止后續(xù)發(fā)生不均勻沉降問題[3]。強夯法對土體產(chǎn)生的作用可深達地表以下5m，能較好地解決濕陷性問題。除此之外，濕陷性黃土由于土體顆粒中所含有的水分極少，水分的不足使得土體顆粒長期處于不飽和狀態(tài)，因此使用強夯法施工能夠防止孔隙水壓力消散和排水固結(jié)現(xiàn)象，在濕陷性黃土路基填筑過程中采用強夯法可以獲得更好的效果。

2.4.2 施工技術(shù)應(yīng)用

強夯施工前應(yīng)通過試夯明確施工工藝，夯擊次數(shù)應(yīng)根據(jù)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量兩者之間的關(guān)系曲線確定，并應(yīng)滿足下列條件：強夯最后2擊的平均夯沉量不超過50mm。夯擊遍數(shù)共3遍，前2遍為間隔點夯，每遍夯擊5～6次，最后1遍為滿夯。

2.5 液壓夯

針對沖擊碾壓及強夯不能施工的地方，采用液壓夯補強。施工前開展線外夯擊試驗，明確夯擊次數(shù)、夯擊能等相關(guān)指標。一般情況下每個夯點需夯擊6～9次，使夯擊能達到36kJ，夯擊3次為1遍，當最后1遍與前1遍的相對夯沉量差值在10mm以內(nèi)時，可以此作為灌砂法檢測壓實度的依據(jù)。

3 水泥土改良黃土路基技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的灰土路基摻石灰相比，水泥土路基采用水泥作為外摻材料，避免使用石灰，減少對環(huán)境的影響；同時成套的黃土路基改良施工工法，能夠有效消除黃土路基的濕陷性，通過機械化和標準化的施工工藝，大大提高了黃土地區(qū)路基施工質(zhì)量及施工效率。

4 應(yīng)用前景

國內(nèi)對黃土路基的處置措施主要有強夯、沖擊碾壓以及在路床摻灰處理，雖能改善黃土路基的濕陷性，但是仍達不到有效消除的目的，采用成套的黃土路基改良施工工法，從基底開始通過換填及水泥土擠密樁對路基進行改良處理，并且路基所有填料均采用水泥改良土，填筑過程中不斷采用沖擊碾壓補強，最終達到消除黃土路基濕陷性，提高承載能力和穩(wěn)定性的目的，在黃土路基改良施工中具有較好的效果。

黃土路基經(jīng)過成套的改良施工后在強度、水穩(wěn)定性等方面有較大的提升，能提高路基的強度，改善路基不均勻沉降，增強路基質(zhì)量和耐久性，減少后期養(yǎng)護投入。該施工技術(shù)在施工質(zhì)量、技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)境保護等方面取得了較為顯著的成效，對黃土地區(qū)的高速公路建設(shè)及運營具有較大的推廣價值。

5 結(jié)語

本文對黃土路基改良施工進行分析研究，形成了一套完整的黃土路基施工工藝和方法，總結(jié)提煉出水泥土改良濕陷性黃土施工工藝、水泥土擠密樁施工工藝、沖擊碾壓、強夯及液壓夯施工工藝，為該類路基施工提供了豐富經(jīng)驗。