文／辛紅園 青海省交通建設管理有限公司 青海西寧 810003

引言：

黃土是在干旱和半干旱氣候條件下，由風力搬運堆積的沉積物。在我國，黃土主要分布在黃河中、小游地區(qū)，其中在黃土高原地區(qū)呈現(xiàn)連續(xù)分布[1]，青海省黃土主要分布于我國濕陷性黃土區(qū)劃中的隴西地區(qū)，具有自重濕陷性土層厚、自重濕陷性強、自重濕陷量大、黏土含量較多的特點[2]。國內(nèi)外專家學者對黃土濕陷性成因的研究由來已久，形成了鹽溶說、結(jié)構(gòu)學說、動水壓力說、抗剪強度降低說、微結(jié)構(gòu)不平衡吸力說等一系列研究成果[3-4]?？偠灾?，黃土濕陷變形是一個受物理、化學和力學等多方面因素共同作用的復雜過程，且水環(huán)境的影響至關重要，水侵入黃土自身的特殊架空孔隙結(jié)構(gòu)后，極大削弱黃土顆粒的聯(lián)結(jié)強度，在自重應力和附加應力的共同作用下，黃土原有土體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而引發(fā)濕陷[5-6]。本文依托項目西寧至互助一級公路擴能改造工程路線全長42.68 公里，采用高速公路標準，路線范圍內(nèi)分布有Ⅰ（輕微）非自重～Ⅲ級（嚴重）自重濕陷性黃土。為有效消除黃土濕陷性對路基穩(wěn)定性的影響，在項目建設過程中對黃土路基進行了改良施工，本文重點介紹強夯、沖擊碾壓、水泥土擠密樁、水泥土填筑在項目的應用以及相關工藝原理及控制要點，相關成果可為類似項目提供參考。

1.工藝原理

強夯法適用于Ⅲ級濕陷性黃土且填高大于4m 的路基段落，采用2000kN·m 能級的強夯設備，夯點采用正方形布置[7]，夯點間距4m，強夯施工前進行試夯，夯點的夯擊次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關系曲線確定，最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，點夯兩遍，滿夯一遍，采用輕錘或低落距多次夯擊，錘印相互搭接，滿夯完成后采用平地機將地表刮平。沖擊碾壓采用25KJ三邊形沖擊式壓路機對原地面以及每填高1.5m 沖擊碾壓一次[8]（30 遍），沖擊碾壓采用排壓法，縱橫向輪跡交錯，行駛速度宜在10～12km/h，輪跡之間相互重疊，每沖擊碾壓6 遍，用平地機刮平地表，采用鋼輪壓路機靜壓或振壓將地表面壓實1～2 遍，繼續(xù)沖壓施工。水泥土擠密樁采用機械成孔，選用相對單一的土質(zhì)材料，與水泥按一定配比，在水泥土拌合站充分拌合均勻制成水泥土，分層向孔內(nèi)回填并強力夯實，制成均勻的水泥土擠密樁，樁和樁間土一起形成復合地基[9]。水泥土填筑路基是以水泥土作為填料，按照路堤、下路床、上路床分別摻3%、4%、5%的水泥，采用路拌機翻拌均勻后進行碾壓整平，較普通路基施工多了撒布水泥及路拌機翻拌的施工工藝。

2.施工工藝流程及要點

2.1 工藝流程

強夯法：場地平整→標出第一遍夯點位置→夯機就位→第一遍夯擊→填平夯坑→標出第二遍夯點位置→第二遍夯擊→填平夯坑→第三遍滿夯。

沖擊碾壓：場地平整→壓路機靜壓→沖擊碾壓6 遍→平地機刮平→壓路機靜壓→沖擊碾壓6 遍→循環(huán)直至碾壓30 遍且沉降量滿足要求。

水泥土擠密樁：場地平整→樁孔定位、編號放樣→沉樁機就位→沉樁管至設計標高→拔管→檢查驗孔→夯實→檢測→成樁。

水泥土填筑法：下承層驗收→下層灑水打方格→上土→推土機粗平→素土灑水悶料→平地機精平→撒布水泥→水泥改良土拌和→平地機精平→碾壓成型→壓實度檢測。

2.2 工藝要點

2.2.1 強夯法工藝要點

為減少路堤工后沉降，確保路堤的穩(wěn)定性，對填土路基清除表土后，進行強夯處理并且碾壓密實，壓實度應滿足規(guī)范要求。填筑過程中，每填筑4m 高時，進行一次強夯處理。夯點間距采用正方形布置，主、副夯單位夯擊能應達到2000KN·m（能級為錘重與落距之乘積），每遍每點8 擊（或最后兩擊平均夯沉量按20mm 控制），強夯3 遍，最后一遍采用單位夯擊能為800KN·m 的低能量滿夯，互相搭夯不小于1/3 夯痕。具體參數(shù)應通過現(xiàn)場試夯確定，以消除地面下5m 以內(nèi)土層的濕陷性為原則，夯擊后對上部震松的土層進行輾壓。

2.2.2 沖擊碾壓工藝要點

路基填筑每填高1.5m 采用25KJ 三邊形沖擊式壓路機增強補壓一次（沖擊壓路機沖壓30 遍為一次）；沖擊碾壓前應先用平地機將原地面大致整平，再用鋼輪壓路機靜壓或振壓將地表適當壓實。沖擊碾壓宜采用排壓法，縱橫向輪跡交錯，縱向相錯16 輪軸距，橫向軸緣相互重疊20～30cm，沖擊壓路機的行駛速度宜在10～12km/h，沖擊碾壓采用來回錯輪的方式，輪跡之間相互重疊。縱向排列每次應錯一輪寬，有利于沖擊點的滿布、均勻，增強整體效果，整個場地全部壓完1 次為碾壓一遍。第二遍時應由第一遍向內(nèi)移動30cm 寬進行沖擊碾壓，第三遍再回到第一遍的位置沖擊碾壓，依次進行至最終遍數(shù)。

沖擊碾壓前6 遍宜采用低速沖壓，以避免沖擊坑太深，機械行駛困難，沖壓不均勻，影響碾壓效果，當?shù)鼗砻娉霈F(xiàn)較明顯的凹凸，致使不能保證行進速度時，應馬上停機，用平地機刮平后再繼續(xù)施工。每沖擊碾壓6 遍，用平地機刮平地表，采用鋼輪壓路機靜壓或振壓將地表面壓實1～2 遍，測一次觀測點處的沉降值、壓實度、濕陷系數(shù)深度。當觀測值不能滿足要求，繼續(xù)沖壓施工，并視含水率情況，必要時在繼續(xù)沖壓前灑水，當觀測值滿足設計要求時停止沖壓施工。

沖擊壓路機進行沖擊碾壓，機械行進速度維持在10～12km/h 之間，從路基的一側(cè)向另一側(cè)轉(zhuǎn)圈沖擊碾壓，沖擊碾壓順序應符合“先路邊，后中間”錯輪進行。碾壓過程中如果因輪跡過深而影響壓實時，可用機械平整后再進行沖擊碾壓，若路基表面揚塵，可用灑水車適量均勻灑水繼續(xù)沖碾。沖擊壓過程中表層產(chǎn)生波浪形起伏后，碾壓時要有意識地調(diào)整轉(zhuǎn)彎半徑，沖擊波峰，即實現(xiàn)單雙兩遍沖壓的波峰與波谷呈現(xiàn)交替狀，做到壓實質(zhì)量的均勻，滿壓、無漏壓，在每碾壓6 遍后要調(diào)整為反方向沖擊碾壓。沖擊碾壓工序完成后，采用平地機進行初步整平，再用鋼輪壓路機振動碾壓1～2 遍，進行壓實收光，整平壓實后表面必須平整密實、無輪跡、無松散、邊線圓滑直順。

2.2.3 水泥土擠密樁工藝要點

（1）施工放樣：施工前，根據(jù)樁位圖，通過坐標控制 點，準確定位出每個施工樁位點，并做好標識，經(jīng)檢驗無誤后，再進行施工，并做好施工記錄。

（2）成孔：水泥土擠密樁施工采用沉管擠密法成孔，廠拌質(zhì)量比為8%的水泥土，使用100kg～125kg 的夾桿錘夯實機分層回填夯實，機具安裝就位后，使其平整穩(wěn)固，然后吊起樁管，對準樁位，緩緩放下，使樁管、樁尖、樁錘處于同一垂線上，借錘擊力及樁管自重，將樁管壓入土中。管樁表面在6m、8m、9m、10m 做有進尺標記，用來控制成孔深度。樁尖開始入土時，先低錘輕擊，待沉入土中1-2m 各方面正常后，再用預定的速度、落距、錘擊沉管至設計深度。夯擊沉管時，若出現(xiàn)樁孔斜移、樁靴損壞等情況，應及時回填擠密重打，每次成孔拔管后應及時檢查樁尖。用柴油錘沉管至設計深度后，立即關閉油門，及時勻速（≤1m/min，軟弱層及軟硬交界處0.8m/min）拔管，有困難時可旋活樁管后起拔，拔出樁管后立即測量樁孔直徑和深度。

（3）填料的拌制與運輸：水泥土采用廠拌，各種用料計量準確，配合比符合設計，外觀顏色均勻一致，水泥土拌合均勻，不含有大于20mm 的土塊，拌合后確保水泥土含水量接近最優(yōu)含水量，采用運輸車覆蓋運輸，水泥土運至現(xiàn)場后可根據(jù)“手捏成團，落地散花”判斷其含水量是否合適。水泥土應隨拌隨用，已拌成水泥土不得超過6 小時或隔夜使用，被雨水淋濕的水泥土嚴禁使用，下雨期間不得進行水泥土拌制。

（4）回填夯實：成孔后及時夯填，向孔內(nèi)填料前先夯實孔底，樁孔填料前，應清底并夯實，夯擊次數(shù)一般不少于25 次，然后根據(jù)確定的分層回填厚度和夯擊次數(shù)逐次填料夯實。水泥土分層回填夯實，逐層以量斗定量向樁孔內(nèi)下料，每層回填厚度280-320mm，每次下土時長約4s，采用提升式夯實機分層夯實，落錘高度0.6m，夯擊次數(shù)每層25 次。水泥土回填夯實采用連續(xù)施工，每個樁孔一次性分層回填夯實，不得間隔停頓或隔日施工以免降低樁的承載力。

（5）質(zhì)量控制：樁孔質(zhì)量檢驗應在成孔后及時進行，所有樁孔均需檢驗并做出記錄，檢驗合格后方可進行夯填施工?？變?nèi)填料的夯實質(zhì)量，應及時抽樣檢查，其數(shù)量不應少于總孔數(shù)的2%，每臺班不應少于1 孔；自樁頂向下0.5m 起，宜每1m 取2 個土樣測定干密度；平均壓實系數(shù)λc 不應低于0.97，其中壓實系數(shù)最小值不應低于0.93。應抽檢處理深度內(nèi)樁間土的平均擠密系數(shù)ηc，檢測探井數(shù)不應少于總樁數(shù)0.3%，且每項單體工程不得少于3 個；自樁頂高程向下0.5m 起，在檢測孔中宜每1m 取2 個土樣采用環(huán)刀法(樁孔外100mm 處1 個、相鄰中心點1 個)測定干密度，計算該層土的擠密系數(shù)平均值，成孔后3 個孔之間的平均擠密系數(shù)不宜小于0.93，最小擠密系數(shù)不宜小于0.88。承載力檢驗應在成樁后14d-28d 后進行，檢測數(shù)量不應少于總樁數(shù)的1%，且每項單體工程復合地基靜載荷試驗不應少于3 點。在場地內(nèi)均布檢測點(取土探井)，檢測點孔徑可取600mm，檢測點深度宜大于處理深度1m，每個檢測點均按照豎向1m 的間距采?、窦壴瓲钔翗?，用以測定各層土的濕陷性、壓縮性、干密度及其他相應的物理力學性質(zhì)指標。

2.2.4 水泥土填筑法

（1）基底驗收：嚴格按照《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》第一冊：土建工程（JTGF80/1-2017）進行驗收，驗收過程嚴格執(zhí)行“三檢制度”，主要指標包括壓實度、縱斷高程、平面偏位、寬度、平整度、橫坡度、邊坡坡度，驗收合格后進入下一道工序。

（2）基底掛線打方格：方格尺寸按照試驗段確定的松鋪厚度及每車方量計算方格大小。方格大小要求大小一致，橫平豎直。

（3）方格上土：每個方格一車，倒土盡量成一條直線，便于推土機初平。

（4）推土機初平：上土完成后采用推土機初平，保證路基橫、縱坡度和寬度。

（5）素土灑水悶料：試驗室檢測路基天然含水量，根據(jù)水泥穩(wěn)定土的最佳含水量確定加水量，用灑水車進行補水，直到滿足規(guī)范要求，使素土含水量上下保持一致。

（6）平地機精平：用光輪壓路機靜壓1 遍，根據(jù)設計標高用石灰點標注控制點標高，平地機按照測量標高進行整平。

（7）水泥布料：用專用的水泥粉料撒布機進行布料，保證布料均勻，布料數(shù)量根據(jù)每平方米的布料數(shù)量對粉料撒布機電腦進行設置，保證水泥劑量滿足規(guī)范要求。

（8）水泥穩(wěn)定土拌合：水泥布料完成后，路拌機及時進行拌合，拌合深度要嵌入基底1-2cm，保證上下層有效連接。在拌合過程中，及時檢查拌合深度，對路拌機拌合參數(shù)進行調(diào)整，保證拌合深度，不得出現(xiàn)素土夾層。

（9）含水量檢測：路拌機拌合完成后，試驗室及時檢測水泥劑量和含水量，水泥劑量要滿足規(guī)范要求，含水量應控制在最佳含水量±2%范圍內(nèi)，不滿足要求進行補水或晾曬，直到含水量滿足要求。

（10）碾壓成型：首先采用22T 羊角碾進行碾壓，碾壓速度保持在2～4km/h，共碾壓4 遍，待羊角碾碾壓完成后，平地機將碾壓痕跡刮平，再采用26T 振動壓路機進行碾壓，碾壓速度保持在2～4km/h，先靜壓1 遍，再振動碾壓3 遍，最后靜壓1 遍，直線段采用從兩邊向中間碾壓，曲線段采用從內(nèi)側(cè)向外側(cè)碾壓，碾壓順序都是由低到高，碾壓時采用梯隊作業(yè)，按照路基試驗段確定的機械組合和碾壓遍數(shù)。碾壓先慢后快，碾壓要均勻，輪跡重疊寬度滿足規(guī)范要求。

3.改良效果

通過采用強夯、沖擊碾壓、水泥土擠密樁、水泥土等工藝對濕陷性黃土路基進行改良施工，第一方面，經(jīng)檢測黃土路基壓實度、彎沉等指標均符合《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》第一冊：土建工程（JTG F80/1-2017）的規(guī)定，有效確保了路基工程質(zhì)量；第二方面，根據(jù)項目交工后的試運營情況，路基工程整體穩(wěn)定，未出現(xiàn)路基沉陷病害，節(jié)約了路基濕陷病害整治費用，節(jié)省了公路養(yǎng)護成本；第三方面，與傳統(tǒng)的灰土路基摻石灰相比，水泥土路基填筑采用水泥作為外摻材料，避免使用石灰，減少對生態(tài)環(huán)境的影響，取得了較好的環(huán)保效益。綜上所述，濕陷性黃土路基采用強夯、沖擊碾壓、水泥土擠密樁、水泥土等改良施工工藝，通過機械化和標準化的施工，能夠有效消除或降低黃土路基的濕陷性，使得西寧至互助一級公路擴能改造工程黃土路基實現(xiàn)了內(nèi)實外美，創(chuàng)造了良好的社會效益。

結(jié)語：

本文針對西寧至互助一級公路擴能改造工程路基濕陷性黃土處置問題，對施工過程中采用的強夯、沖擊碾壓、水泥土擠密樁、水泥土填筑等工藝進行了總結(jié)介紹，通過上述工藝在本項目的實踐表明：一是在準確判定黃土濕陷性程度的情況下，根據(jù)不同路段質(zhì)地條件，合理選取強夯、沖擊碾壓、水泥土擠密樁、水泥土填筑等工藝工法，通過施工方案的專項設計和現(xiàn)場的嚴格管控，能夠有效提升濕陷性黃土路基施工質(zhì)量；二是在生態(tài)敏感地區(qū)，特別是缺少石灰材料的地區(qū)，根據(jù)黃土路段的濕陷性嚴重程度，可探索采用水泥土代替石灰土填筑路基，以期實現(xiàn)工程建設質(zhì)量與生態(tài)環(huán)保效益的平衡；三是水是黃土路基濕陷的重要條件，無論采取何種方式對濕陷性黃土路基進行處置和改良，都應以完善路基防排水設施為前提。