仅供参考 Ij@YOt
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冲击式压路机处理湿陷性黄土地基 TcO@q ]+S
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冲击式压路机处理湿陷性黄土地基 `"A\8)6-
1、概述 :* A6Ba
黄土地区的湿陷性黄土路基常因处治不当发生 路基变形沉陷。宣大高速公路k57～k126二期工程中，湿陷性黄土段长37.65km，宣大高速公路建设管理处为了保证高速公路的行车安全与正常使用，避免黄土湿陷发生路基病害，决定采用南非国生产的冲击式压路机对湿陷性黄土地段的路基底面进行填前碾压，以及利用湿陷性黄土填筑路基，结合综合排水措施，达到消除黄土地基湿陷，最大限度地降低路堤工后下沉量，提高黄土路基路面的整体强度。 (`<l" @:_*
冲击压实是用三边形或五边形“轮子”来产生集中的冲击能量达到压实土石填料的目的。图示冲击式压路机的基本原理。冲击式压路机在土石方压实作业中，突破了传统的碾压方式，当其一角立于地面，向前碾压时，产生巨大的冲击波，由于碾边顺序连续冲击地面，可使土体碾压均匀密实。该机以每小时9～12km的行驶速度碾压作业，即冲击碾每秒钟冲击地面两次，相当于低频大振幅冲击压实土体，并周期性地冲击地面，产生强烈的冲击波向地下深层传播，其压实度可随碾压遍数递增。压实机的高能量可对填料作深层压实，从而降低土的渗透性，为分层碾压或填方材料提供坚实的基础。 Me`jh8(K\6
湿陷性黄土冲击压实试验段位于8B1－b标段，k106＋910～k107～190，地形较平缓，原地面纵坡约为4％，属填方段，最大填土高度8.4m,最小填土高度4.4m，平均填土高度5.8m。据附近地勘资料：k105+407，湿陷黄土层厚0～10m，ρd=1.30g/cm3,ω=15.9%,δs=0.044,σ=160kpa;k106+800～830，湿陷黄土层厚0～16.4m，ρd=1.34g/cm3,ω=11.0%,δs=0.015,σ=150KPa;k107+450，湿陷黄土层厚0～9.6m，ρd=1.29g/cm3,ω=14.7%,δs=0.029,σ=170KPa。地下水位在地面以下20m。年降水量约200mm。冲击压实以10遍作为一个碾压单元，直至60遍止，各指标均按冲碾前后的定点测定。测试项目有：地面高程；冲碾地面的下沉量（S）；黄土的干密度（ρd）；含水量（W）；表面波密度仪测表面波（VR）计算干密度；动态圆锥贯入仪测地表下土体不同深度的贯入值（DN）；落锤式弯沉仪测土基强度（E）；；同时测试各段定点试坑的土性指标及湿陷系数（δs）。 4%KNHeaN
2、测试成果分析 5owUQg,W
2.1冲击碾压的下沉量 ( T VzYm
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黄土路基填前碾压采用25KJ三边形冲击式压路机，冲碾4m宽车道位于长280m，宽40m平面的边缘部位，在直线段布设测点。冲击压实机0～10遍沿：双边长240m、两端半圆形的车道以12km/h冲碾速度碾压；以后每增加10遍均依次沿直线段缩短40m、端部为半圆形的车道碾压；最后形成10、20、30、40、50、60遍的冲击碾压4m宽车道，在直线段测点处测定不同遍数的下沉量（S）；测定方法用水准仪直接在车道上量测下沉量，得到不同碾压遍数的平均下沉量（S），见表1。 c03A_2%
表1不同碾压遍数的平均下沉量S（cm） =zK7`5
遍 数 10 20 30 40 50 60 NMJ2 3 0?
S值（平均） 9.7 20.4 21.8 25.1 26.6 29.2 z<m,Xj4w
n 4 4 9 8 7 10 `Ft.Rwj2:m
cv 0.433 0.287 0.270 0.192 0.150 0.173 rPv+eM" >
2.2冲碾前后干密度的变化 1Ty{k^ %
冲碾前测定地面下15cm的干密度，冲碾不同遍数后，测各点地面下15cm的干密度，并选一测点挖试坑测地面下15cm、60cm，110cm、160cm处的干密度，采用灌砂法测定，后以环刀法核对。土的重型击实最大干密度为1.86g/cm3，最佳含水量11.8％。原状土的干密度ρd=1.34g/cm3,w=8.1%～12.5％，压实度Kh＝72％。冲击压实机冲碾40遍后，60cm内Kh=98％，110cm内Kh=91％,50遍、60遍Kh值增加不多，冲碾30遍则压产度为92％、88％。从干密度随冲碾遍数的增加而增加的情况看，填前碾压遍数以40遍为宜。冲击碾 40～60遍后，加固地基的有效深度可达1.5～2.0cm，并形成地面下连续均匀的加固层。 kbI:}b7H
2.3动态圆锥贯入仪（DCP）测试 >(<OhS(
动态圆锥贯入仪（DCP）的英文是Dynamic Cone Penetrometer,简称贯入仪，属小型轻便地基土原位测试的触探仪，其锤重8kg，落距575mm，贯入杆长1000mm，杆直径φ16mm，圆锥头直径20mm,锥尖为600,贯入杆旁连续1000mm的读尺，直接读记每击一次的贯入值。这种原位测试的DCP贯入仪在国外已经在使用中积累了与相应土性指标的关系。其每锤击一次（blow）的贯入值（mm）为DN（mm/blow），DN已经与土的弹性模量（E）、加州承载比（CBR）、无侧限抗压强度（UCS）建立了关系式，在南非用DN值作为路面设计的参数。DN与CBR、E、UCS的关系式如下： Y6?d
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DN与CBR关系式：CBR＝441DN－1.31 （1） uV#/Lgw{M
DN与关系式：E＝1123DN－1.064 （2） /IxMRi=
DN与UCS关系式：UCS＝3218DN－1.158 （3） 5Q?7 xTQ
对两试验段的各测试点在冲击碾压前后进行了DCP测试，根据DN值与下沉量（S）、干密度（ρd）等指标建立了关系式，整理分析结果如下。 n,wLk./`
根据两试验段各测试点的DN值，进行汇总计算出冲碾前后各遍的平均DN值，列于表1、图1。可以看出冲碾前后各不同遍数在地面下不同深度的平均DN值的变化规律。由DN值与CBR、E、UCS的关系，根据公式（1）、（2）、（3）可整理出冲碾前后不同碾压遍数时在不同深度下CBR、E、UCS的强度变化规律。以冲碾40遍为例，土基E值在深度50cm内每10cm土层的E均大于100MPa，特别是30cm内强度最大，在深度80cm下其E值由29.5MPa提高到66.8MPa。使地基的UUCS由62KPa提高到150KPa，CBR值由5.1%提高到13.8％，已超过上路床CBR为8的要求，地基承载力提高二倍，已满足地基加固的要求。 \XCs(lNh
DCP贯入土中1m深度的总击数N与冲碾地基下沉量S（cm）关系式： k10dkBoEX
s=10.16+0.155N (4) pV =X
n=23,r=0.752 `-hFk 88
表2 冲碾前及冲碾不同遍数在地面下各深度的DN值 :cnH@:
深度（cm） 0遍 10遍 20遍 30遍 40遍 50遍 60遍 DCACj-f
10 23.48 13.03 11.01 12.03 12.02 10.53 9.47 EZ8Ih,j9
20 23.93 10.44 9.26 8.72 7.17 5.73 5.99 $83TA> <a
30 28.94 11.40 9.43 9.44 6.97 6.64 5.00 F7E # x
40 33.73 15.49 9.73 9.19 8.01 7.44 5.50 ";J1$a
50 35.15 16.19 13.19 9.67 9.79 7.65 7.18 :y"Zc1_E
60 36.49 19.06 15.04 12.33 11.83 8.29 8.32 # W @6@Mv
70 34.66 21.41 16.90 14.89 12.24 9.57 9.78 bnt>j0E
80 33.49 24.94 19.69 16.70 14.25 11.49 11.60 FGo{6'K(:
表3 N与S的相应值 PTfTT_t
N 次 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 I&^ B?"Y
S（cm） 21 21.8 22.6 23.4 24.1 24.9 25.7 26.5 27.2 28 28.8 29.6 30.3 ;^za/h>r
2.4 表面波压实密度仪检测 4 , "%
BAJ－3B型表面波压实密度仪是新型快速无损检测仪器，表面波在材料中的传播速度与激振频率、传播深度具有如下关系： *Hx{ eqC
VR＝λfλ=2D （5） 0l=g$G
\%
D=VR/2f } QVREj
式中 VR：表面波速度（m/s） f：表面波振动频率（Hz） 1|_jV7 `Mz
#q 'J`BC
图1 冲碾前后不同地面深度的DN值 [LDsn]{
D：垂直振动平均深度范围（m） λ：波长（m） ^iAOz-H
根据实验研究证明，表面波在材料中的传播速度VR与材料的干密度、强度、弹性模量等工程力学数存在良好的相关性，可建立起相关方程式。因而，通过在现场检测得到施工结构材料中的表面波速度，即可计算出材料的力学参数，对施工质量进行监测与评定。本次试验用面波仪检测各测点的表面波速度 VR，按不同遍数汇总得出平均VR值，得到VR与ρd的对应关系式： #!(OTe L
ρd＝0.0214VR-1.088 （6） .Az' THD}
n=8 , r=0.935 x8 YuX*/I
各测点按两个表面波振动频率（f＝100，50）可得到两种深度土体的平均干密度 ρd。黄土为具有结构性的细粒土，所测数值对于碾压前后的VR值变化不大，对原状土的VR值偏大，而冲碾后的VR值偏小，且各冲碾不同遍数的VR变化范围小，影响ρd值的准确性，由碾压后地表下60cm深度的VR值计算的ρd值明显小于挖坑实测的ρd值。这说明面波仪检测不太适合于细粒土。 s{\USD6
2.5 落锤式弯沉仪（FWD）测定 lcR53X
根据部标JTJ059－95公路路基路面现场测试规程T0953－95落锤式弯沉仪（FWD）试验方法对冲击碾压前后地基土进行FWD测定。本次FWD测定冲碾前及冲碾后各遍测点的动态弯沉及弯沉盆。经过计算汇总分析后得到各遍地表下1m内的平均弹性模量值E，列于表4。表明土基加固层1m内的弹性模量E由原地面的34MPa提高到100MPa，其中冲碾40遍后的E达80MPa以上，与DCP测定的E值基本接近。 ~jWG U-m
表4 各遍地表下1m内的平均弹性模量值E x p<\7m_N
碾压遍数 0遍 10遍 20遍 30遍 40遍 50遍 60遍 qO AK`{b
E（MPa） 34 37 66 77 80 82 100 EUZ#o\6
2.6黄土湿陷系数试验 ^EY^.?Mg
为了掌握湿陷性黄土地基冲击碾压加固前后湿陷性质的变化情况，在各遍的试坑测试中，增加取土做不同深度的土性指标及湿陷系数，共计10个试坑34个土样，土的天然含水量ωn为8.0％～14.6％；干密度ρd为1.28～1.99g/cm3,比重G平均为2.70，塑性指数IP＝6.0％～9.8％，塑限ωp=12。2％～16.2％，压缩系数α为0.10～0.36MPa-1,湿陷系数s=0.0006～0.0961，现整理出d与s的相关式： zXWf($^&E
s＝2.105d-12.905 （7） .21[3.bp/q
n＝34,r=-0.908 }{/3yXk[G
为了便于查找s与d的相应值，列于表4，表明黄土的干密度达到1.50g/cm3以上，Kh大于80％，s值则小于0.015，为非湿陷性黄土。当Kh达到90％（ρd＝1.67g/cm3），s为0.0027，由表4冲碾40遍后地面下110cm内的平均压实度为91％，s相应为0.0022，已不会发生湿陷变形。 jI:5[. Y
表5 黄土干密度ρd湿陷系数δs相应值 -8H0f- 1
ρd 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 Wm_:1~
δs 0.0713 0.0438 0.0274 0.0174 0.0112 0.0074 0.0049 0.0033 0.0022 0.0015 0.0011 0.0008 0.0005 8D7 = ]
3、结论 ,)-7f|
根据冲碾40遍时，地基的下沉量及相应地表下110cm内土基平均压实度达到91％，湿陷系数为0.0022，以及几种测试强度指标的相互论证，地表下土基1m内平均弹性模量E已达到80MPa以上，在路基底面下1m内经冲碾压实，形成连续、均匀、密实的加固硬层，其技术指标已超过路基上路床标准，完全符合黄土地基加固质量要求。因此，黄土地基加固按冲击碾压40遍进行施工。冲击式压路机能够大大提高路基压实的施工效率。DCP测定的DN值可作为每段代表土质测试的抽查指标。 3.,O7 k7y
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