譚 練 武

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

雜填土是由于人類(lèi)的生活和生產(chǎn)活動(dòng)而形成的地面填土層，是道路建設(shè)尤其是市政道路建設(shè)中常見(jiàn)的一種軟弱土。雜填土的厚度一般變化較大，在大多數(shù)情況下，雜填土顆粒尺寸相差較為懸殊，顆粒之間的孔隙大小不一，往往都比較疏松，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性較高，一般還具有浸水濕陷性[1]。正因?yàn)殡s填土工程性能差，路基填筑中通常需要根據(jù)雜填土特性的不同采取換填、強(qiáng)夯或碎石樁擠密等方法進(jìn)行處理。

在工程實(shí)踐中，換填法一般適用于厚度不大于3 m的雜填土，該方法具有施工速度快，處理效果可靠的優(yōu)點(diǎn)，但其經(jīng)濟(jì)性隨著雜填土厚度的增加逐漸降低，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)廢棄土堆放的問(wèn)題。強(qiáng)夯處理法的處理深度一般可達(dá)6 m～8 m，且經(jīng)濟(jì)性好，但因?yàn)槠浜粨裟芫薮?，?duì)周邊建筑影響嚴(yán)重，通常在周邊建筑密集的市政道路工程中難以適用。碎石擠密樁在雜填土深度較大(通常不小于8 m)的工程中，適用性較好，能夠有效解決雜填土沉降大且不均勻的問(wèn)題。然而，由于碎石樁施工較為繁雜，施工周期較長(zhǎng)，具有明顯的規(guī)模效益，經(jīng)濟(jì)效益隨著雜填土厚度和范圍的減小而急劇下降。因此，碎石樁在工期緊張、雜填土厚度或處理范圍較小的情況下并不適用。

綜上，有沒(méi)有一種能適用于軟弱雜填土深度適中(深度6 m～8 m)、施工對(duì)周邊影響小且在各種規(guī)模軟弱土均能較高發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益的處理方案，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

1 沖擊碾壓技術(shù)

沖擊碾壓技術(shù)在我國(guó)古代就早有應(yīng)用，其主要應(yīng)用形式為人工打夯，由于純?nèi)斯どa(chǎn)效率低，壓實(shí)效果不明顯，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)該種施工方法的使用受到很大的限制，逐步被能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)壓實(shí)作業(yè)的光輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)取代。然而這兩種常規(guī)壓實(shí)方法由于壓實(shí)功能有限，通常難以取得深層壓實(shí)的效果。因此，一種兼具高效率連續(xù)壓實(shí)作業(yè)和巨大沖擊壓實(shí)功能的新型壓實(shí)機(jī)械的研制被提上日程。直至20世紀(jì)中葉，南非Aubrey Berrang首先開(kāi)發(fā)出了連續(xù)式?jīng)_擊壓實(shí)技術(shù)和設(shè)備，并以南非藍(lán)派公司為典型代表在后續(xù)工程實(shí)踐中該壓實(shí)技術(shù)和設(shè)備得到大規(guī)模應(yīng)用。

連續(xù)式?jīng)_擊碾壓技術(shù)于20世紀(jì)90年代在我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用，先后應(yīng)用于內(nèi)地和香港的機(jī)場(chǎng)、公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，取得較好的應(yīng)用效果。連續(xù)式?jīng)_擊碾壓技術(shù)設(shè)備由牽引機(jī)和壓實(shí)車(chē)兩部分組成，其主要原理是：由機(jī)器牽引拖動(dòng)非圓形壓實(shí)輪滾動(dòng)，非圓形壓實(shí)曲線(xiàn)輪對(duì)地表產(chǎn)生沖擊、碾壓、揉壓的綜合作用[2]。壓實(shí)輪在滾動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)滾輪以最大半徑與地面接觸時(shí)，滾輪重心位于最高點(diǎn)，滾輪轉(zhuǎn)過(guò)最大至最小半徑該過(guò)程對(duì)地表產(chǎn)生沖擊，此時(shí)的沖擊力除本身的勢(shì)能外還有沖擊產(chǎn)生的動(dòng)能，數(shù)量值相當(dāng)于壓實(shí)輪20倍～30倍自重；在滾輪繼續(xù)滾動(dòng)過(guò)程中，滾輪的非圓曲線(xiàn)輪廓持續(xù)對(duì)地表進(jìn)行揉壓、碾壓，此過(guò)程中作用于土體的功能是壓實(shí)輪滾動(dòng)時(shí)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能之和。

連續(xù)沖擊碾壓技術(shù)突破了傳統(tǒng)的靜壓和振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)，以全新的方法達(dá)到對(duì)路基的深層壓實(shí)和補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)壓實(shí)技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。例如：可以大幅提高路基的壓實(shí)度、承載力和整體強(qiáng)度；能夠加快土體固結(jié)，顯著減小工后沉降；可提高路基的均勻性、整體性和防滲性能。有研究表明，連續(xù)沖擊碾壓技術(shù)的影響深度可達(dá)5 m，遠(yuǎn)大于約30 cm的路基分層填筑厚度[3]。連續(xù)沖擊碾壓技術(shù)相較于傳統(tǒng)壓實(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如表1所示。根據(jù)對(duì)比結(jié)果可知，連續(xù)沖擊碾壓技術(shù)在填筑較厚路基土及整體壓實(shí)性能方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

表1 沖擊碾壓技術(shù)與傳統(tǒng)壓實(shí)技術(shù)對(duì)比表

2 土工格室

土工格室是一種常見(jiàn)的由高分子聚合物寬條帶經(jīng)強(qiáng)力焊接而成的三維網(wǎng)狀土工特種材料，它常被鋪設(shè)在地基中以達(dá)到改善地基抗拉和抗剪能力，提高土體承載力，降低地基沉降的目的[4,5]。

土工格室用于加固軟土地基時(shí)的作用機(jī)理是：地基中未加入土工格室筋體時(shí)，地基在荷載的直接作用下形成一個(gè)楔形主動(dòng)受壓區(qū)，主動(dòng)受壓區(qū)的應(yīng)力通過(guò)過(guò)渡區(qū)傳遞到被動(dòng)受壓區(qū)，被動(dòng)受壓區(qū)在受到力的作用下發(fā)生破壞向上隆起，從而地基發(fā)生不均勻沉降。當(dāng)加入土工格室筋體時(shí)，土體和土工格室之間產(chǎn)生橫向側(cè)限力和豎向摩阻力，可有效限制主、被動(dòng)受壓區(qū)的變形，避免被動(dòng)區(qū)發(fā)生隆起破壞，減小不均勻沉降，同時(shí)形成網(wǎng)兜效應(yīng)，提高土體的承載能力[6]。土工格室軟土地基加固機(jī)理如圖1所示。

由于土工格室工程性能優(yōu)越，其被廣泛應(yīng)用于軟土路基處理領(lǐng)域以解決工后沉降大或不均勻沉降問(wèn)題[7]，相對(duì)于其他軟弱土路基處理方案主要特點(diǎn)如表2所示。

表2 軟土路基處理方案對(duì)比表 m

根據(jù)對(duì)比可知，土工格室處理軟弱土地基具有較好的經(jīng)濟(jì)性，但單獨(dú)應(yīng)用時(shí)處理深度有限，在處理深度較厚軟土?xí)r(>5 m)，為保證處理效果應(yīng)考慮采用其他技術(shù)措施聯(lián)合應(yīng)用。

3 應(yīng)用實(shí)例

湖南省長(zhǎng)沙市竹隱路為開(kāi)福區(qū)高嶺國(guó)際商貿(mào)城中的一條城市主干道，主要服務(wù)于長(zhǎng)沙北城區(qū)的商貿(mào)物流，該道路K2+320～K2+470路基區(qū)域?yàn)檐浫蹼s填土，填土厚度約6 m～8 m。道路臨近已建商貿(mào)城，商貿(mào)城建筑距離道路紅線(xiàn)約5 m，為配合商貿(mào)城開(kāi)業(yè)道路建設(shè)工期緊張。原施工圖設(shè)計(jì)該區(qū)域采用碎石樁處理，但工期較長(zhǎng)無(wú)法滿(mǎn)足商貿(mào)城開(kāi)業(yè)工期需求，且造價(jià)較高，結(jié)合建設(shè)單位及主管各方意見(jiàn)擬變更設(shè)計(jì)方案。經(jīng)各方討論，設(shè)計(jì)單位提出采用藍(lán)派壓路機(jī)沖擊碾壓加土工格室處理聯(lián)合處理的方案。

具體實(shí)施方案為：1)清除表層浮土厚度約1 m。2)采用藍(lán)派壓路機(jī)沖擊碾壓至路基無(wú)明顯變形，沖擊壓路機(jī)型號(hào)為藍(lán)派25T3-25KJ，該沖擊壓路機(jī)總體重量為27 t，輸出功率為265 kW，沖擊壓實(shí)輪的重量為12 t，三角形壓實(shí)輪的公稱(chēng)直徑為2 m，輪徑最大最小差值為22 cm，工作運(yùn)行速度為12 km/h～15 km/h，最大沖擊力250 t。3)采用12 t光輪壓路機(jī)靜壓整平路面。4)鋪設(shè)土工格室層，土工格室片高20 cm，材質(zhì)為HDPE，抗拉強(qiáng)度不小于150 kN，連接點(diǎn)抗拉強(qiáng)度不小于150 kN，對(duì)應(yīng)延伸率不大于15%，連接點(diǎn)連接直徑不小于2.5 mm；土工格室網(wǎng)帶連接方式采用U型鋼釘插接編織，U型釘直徑不小于2.5 mm；U型鋼釘已做鍍鋅防腐蝕處理，土工格室張拉到位時(shí)每一個(gè)U型鋼釘均為一剛性支撐點(diǎn)，在路基中用45°鋪設(shè)。土工格室鋪設(shè)寬度與路基同寬，土工格室內(nèi)填充20 cm砂性土，格室填充飽滿(mǎn)后整平以確保格室能正確張拉。整平壓實(shí)后，在格室層上設(shè)置30 cm厚的集配碎石。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，為更好的發(fā)揮土工格室的網(wǎng)兜效應(yīng)，施工中保持土工格室布網(wǎng)主受力方向與路線(xiàn)縱向垂直，同時(shí)連接到位并及時(shí)填埋。土工格室施工過(guò)程中應(yīng)注意防曬，以免影響土工材料性能。5)土工格室層以上土層按一般路基填筑要求分層壓實(shí)。6)路基結(jié)構(gòu)層頂設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，以觀察后期路基沉降情況。沉降觀測(cè)采用金屬沉降板加載沉降法，為避免影響行車(chē)安全，沉降板分設(shè)與道路中心雙黃線(xiàn)與路側(cè)分隔帶處，以二級(jí)中等精度要求進(jìn)行幾何水準(zhǔn)測(cè)量高程，觀測(cè)值誤差小于1 mm。

竹隱路本路段于2016年12月建成通車(chē)，目前已安全運(yùn)行4年，沉降觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)值反饋結(jié)果顯示該路段平均工后沉降約20 mm～30 mm，與一般填筑路基段基本一致，處理區(qū)域未見(jiàn)路面開(kāi)裂情況，可見(jiàn)該方案處理效果明顯，取得了很好的工程效果。

4 結(jié)語(yǔ)

沖擊碾壓和土工格室在路基填筑工程中都有著廣泛的應(yīng)用，兩者均可有效減小路基的沉降、改善路基填筑性能。一般認(rèn)為，沖擊碾壓是從路基豎向改善土體壓實(shí)性能，而土工格室則是在水平向上對(duì)土體進(jìn)行加強(qiáng)。本文將兩者結(jié)合起來(lái)，形成一種路基雙向加固處理方案應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中，并取得了良好的工程效果。