戴 麗，王宏偉，李建兵

（1.南通理工學(xué)院，江蘇 南通 226001； 2.南通經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)公用事業(yè)管理有限公司，江蘇 南通 226001； 3.南通元亨建設(shè)工程有限公司，江蘇 南通 226000）

路基作為道路主要結(jié)構(gòu)，承受著路面?zhèn)鬟f的荷載，因此要求路基具有必要的強度和穩(wěn)定性［1-3］。實際工程建設(shè)中，由于路基壓實度不合格造成車轍、水毀、不均勻沉降等病害，導(dǎo)致路面使用性能下降，引起公路結(jié)構(gòu)損傷［4-6］。目前，路基補強壓實主要采用沖擊碾壓［7-8］和強夯［9］，由于沖擊碾壓具有較高工作效率，因此在路基補強中得到更為廣泛應(yīng)用。有研究表明，采用沖擊碾壓對1.5 m層厚度路基進行壓實，能夠提高路基壓實度3%～5%［10］。利用沖擊路壓機對細粒土砂礫路基進行沖擊壓實試驗，路基的平均彈性模量、壓實密實度等都得到較好改善，有效減小了工后沉降，避免路基變形沉降而引起的路面變形開裂［11-13］。從工程實際出發(fā)，針對我國西南某特殊黃土路基結(jié)構(gòu)為研究對象，分析沖擊碾壓工藝對黃土路基性能的影響，以期改善黃土路基使用性能。

1 工程背景

某高速公路國道主干線位于甘肅省境內(nèi)，路段設(shè)計為雙向四車道，道路全長92.4 km，路基寬28 m。公路段沿線經(jīng)過的渭河地區(qū)，屬于一級黃土平原區(qū)。該路段范圍內(nèi)以第4系黃土分布為主，占總路段的90%，其他包括馬蘭黃土、離石黃土和午城黃土。馬蘭黃土位于公路段K12＋000—K135＋200（該段長123 km）位置。土層結(jié)構(gòu)由淡黃色和灰黃色亞粘土構(gòu)成，垂直節(jié)理發(fā)育明顯，空隙大，具有很強的濕陷性和高壓縮性，承載能力較低。離石黃土位于馬蘭黃土下方，厚度幾十米到一百米不等，主要由亞粘土、橘色黃土為主，土質(zhì)較為均勻，結(jié)構(gòu)致密，承載能力相對較高。午城黃土位于離石黃土下方，厚度約50 m，主要以棕紅色和深紅色砂紙粘土為主，結(jié)構(gòu)緊密、柱狀節(jié)理豐富，并具有微膨脹性。圖1為土層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 土層結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram of soil layer structure

從土層結(jié)構(gòu)可以看出，該路段以高壓縮性和中壓縮性土層為主，黃土土層具有嚴重濕陷性［14］。在施工開挖過程中，需要進行大量填挖土方；為滿足道路設(shè)計要求，需采取相應(yīng)措施降低黃土濕陷性對路基影響，同時保證該土層的壓實度。對非自重引起的濕陷性路段，可采用沖擊碾壓方式壓實。對于填方較大的路段，每間隔一定高度對道路路基進行追密壓實。對自重濕陷性較嚴重路段，在填方路基兩邊10 m范圍采用振動壓實，在挖方區(qū)采用沖擊碾壓方式碾壓。

2沖擊碾壓工藝性能分析

2.1 試驗方案

對于選定的路基段，路基底基層是粉質(zhì)粘土，為濕陷性粘黃土，土層結(jié)構(gòu)松軟，壓縮性高，具有較大的孔隙，分別以該路段中三段道路為試驗對象，表1為試驗路基濕陷情況。對路段底基層進行碾壓，碾壓過程中，每填0.8 m或1.0 m，通過壓實路基達到要求，為保證碾壓路基穩(wěn)定性，通過沖擊壓路機再次對路基進行補壓，避免出現(xiàn)不均勻沉降。

表1 試驗路基濕陷情況表Table 1 Table of collapsibility of Test subgrade

在路基碾壓前，采用撒灰布線布置壓實路線，碾壓過程盡量保證車輪分布均勻。如圖2所示。壓實沖擊段大于200 m，路基兩端設(shè)置長度約40 m緩沖區(qū)。采用光輪機壓實地面，要求平整后地面坡度小于4%，高度小于0.1 m。為兼顧工作效率和工作環(huán)境，設(shè)定沖擊路壓機行駛速度12 km／h。在緩沖區(qū)，利用牽引車拖動沖擊碾壓，每次碾壓過程中，在縱向錯開1／6車輪距，依次前后獨立碾壓6次，再橫向錯開，保持車輪距重合度20～30 cm，完成一次碾壓周期。當完成兩次全周期碾壓后，由起始點開始，按相同要求進行縱向碾壓，即進行路基的沖擊碾壓。

圖2 沖擊碾壓行走線路Figure 2 Impact rolling walking line

2.2 試驗段檢測

沖擊碾壓前，沖擊過程、沖擊結(jié)束后分別每隔50 m進行人工開挖取樣，測量樣品物理指標。一共取5個樣品斷面，每個斷面取3個測點，測點分別布置在道路斷面中線和中線左右側(cè)15 m和20 m，共布置15個測點，圖3為位測點現(xiàn)場布置圖。分別記錄測點沉降數(shù)值大小，并檢測不同深度壓實度。沖擊結(jié)束后進行開挖試坑驗算，分別取0.5、1.0、1.5、2.0 m深度樣品進行相關(guān)性能參數(shù)檢測。

圖3 測點現(xiàn)場布置圖Figure 3 Site layout of measuring points

2.3 結(jié)果分析

孔隙比是衡量土體緊密度的指標。圖4可以看出，土層孔隙比隨著碾壓次數(shù)增多而減小，土體深度越深，孔隙比減小速率逐漸下降，說明土體在不斷重復(fù)碾壓過程中，上部土體孔隙率減小速率較快，而下部土體由于受上部的承壓作用，土體的孔隙減小幅度較小。

處理路基的目的是降低濕陷性對黃土路基影響［15］。由圖5可以看出，黃土土層的濕陷性系數(shù)隨著沖擊次數(shù)增加而不斷減小；隨著土層深度增加，重復(fù)碾壓對濕陷性的消除作用逐漸減弱，但土體濕陷性依然能得到有效改善，滿足路基使用性能需求。

土體壓縮模量是衡量地基容許承載力和計算地基變形的一個重要指標［16］，由表2可以看出，在土體表層2 m范圍內(nèi)，隨著沖擊次數(shù)的增加，壓縮模量得到提高，但在表層1 m內(nèi)的土層壓縮模量提高顯著；隨著土層深度增加，對壓縮模量改善作用逐漸下降。整體來講，在經(jīng)過沖擊碾壓后，土層承載力得到顯著提高。

圖4 不同碾壓遍數(shù)的土基孔隙率變化曲線Figure 4 Variation curve of porosity of soil foundation with different rolling times

圖5 不同碾壓遍數(shù)的土基濕陷系數(shù)曲線Figure 5 Collapsibility coefficient curve of soil foundation with different rolling times

表2 土層壓縮模量變化Table 2 Variation of compressive modulus of soil layer

土體沉降量能顯著體現(xiàn)沖擊碾壓效果。由圖6可以看出，土體累積沉降量隨著碾壓次數(shù)增加而不斷增大。其中土體沉降量在進行12遍壓實前的增幅顯著，當碾壓第12遍至40遍時，沉降量增幅逐漸下降，當碾壓至40遍后，土體沉降量幾乎不再發(fā)生變化，此時最大沉降量維持在27.9 cm。因此，通過不斷沖擊碾壓能夠讓路基提前達到施工要求，同時能降低土基不均勻沉降特性。

圖6 不同碾壓遍數(shù)的土基下沉量變化曲線Figure 6 Variation curve of soil foundation subsidence with different rolling times

圖7為碾壓遍數(shù)與壓實度的曲線關(guān)系?？梢钥闯?，在1.5 m深度范圍內(nèi)，隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實度逐漸提高。隨著土體深度不斷增加，壓實度下降，當沖擊遍數(shù)大于40次以后，在0～30 cm土體壓實度達到95%以上，30～50 cm深度的土體壓實度在90%以上，80～150 cm土體壓實度在85%以上。

圖7 不同碾壓遍數(shù)的壓實度曲線Figure 7 Compactness curves of different rolling times

3 結(jié)論

a.隨著碾壓次數(shù)增多，土層孔隙率逐漸減小，壓縮模量不斷提高，土層承載力得到顯著提高。土層越深，對土體的孔隙率和壓縮模量改善效果越小。

b.土體累積沉降量隨著碾壓次數(shù)增加而不斷增大。其中在進行12遍壓實前土體沉降改善顯著；12～40遍壓實過程中，沉降量改善效果開始下降；當壓實至40遍后，土體沉降量不在發(fā)生改變，此時最大沉降量維持在27.9 cm。

c.隨著碾壓遍數(shù)增加，壓實度逐漸提高。當碾壓遍數(shù)達到40遍后，0～30 cm土體壓實度達到95%以上，30～50 cm深度的土體壓實度在90%以上，80～150 cm土體壓實度在85%以上。