基于冲击压实技术在黄土路基施工中的应用研究

基于冲击压实技术在黄土路基施工中的应用研究

长安大学硕士学位论文冲击压实技术在黄土路基施工中的应用研究姓名：郑良飞申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：折学森20030415n内容提要本课题在对国内外有关冲击压实技术调研的基础上，依托西湟公路、马平公路、西塔公路及平阿公路试验段开展冲击压实试验研究，对各个试验段的试验结果进行分析、综合和总结，研究了冲击压实技术在青海黄土路基施工中的施I_-E艺、施工效果、检测方法及效益等问题。通过试验研究主要得出如下认识：①冲击压实技术处理湿陷性黄土地基时，其有效处理深度一般不超过80cm，冲压遍数以30遍左右为宜；②对路基分层冲压，在要求土体中各点压实度均达到规范要求时，路基冲压最佳组合为虚铺厚度80cm、冲压40遍；在只要求土体平均压实度达到规范要求时，路基冲压最佳组合为虚铺厚度80em、冲压30遍；③大面积施工时，质量控制方法可按照在以冲压遍数作为主要控制指标的同时，要求最后lO遍分计沉降量小于累计沉降量10％：④在施工单位自己购置冲击压实机情况下，与传统施工相比较，冲击压实技术是一种既能节约资金又能大量缩短工期的施工方法。关键词：冲击压实湿陷性黄土地基地基处理路基分层压实施工工艺检测方法效益2nAbstract’Basedontheinvestigationandstudyofimpactcompactiontechnologyincivilandabroad，thispaperdiscussestheimpactcompactionworkingsectionsthatincludeXiNing～HuangYuan、MaChangYuan～PingAn、XiNing～TaErSiandPingAn—ADaiexpressways。Throughcontrastanalysisandgeneralizationoftheworkingsections’testdataandaggregateanalysisofexpressways’testresult，thispaperstudiesconstructionprocess、constmctioneffect、testmethodandefficiencyofloesssubgradeconstructionappliedbyimpactcompactiontechnologyinQingHaiProvince。Conclusionsasfollowinghavegotthroughteststudy：@Whenimpactcompactiontechnologyisappliedtotreatcollapsibleloesssubgrade，theeffectdepthmaybetreatedgenerallycannotoverride80ginandimpactcompactionpassisoptimumat30times。蓬)Forstratifiedimpactcompactionofsubgrade，whencompactnessofeachlevelreachescodeslstandardslooselayingdepthof80anfits40impactcompactionpassistheoptimumcombinationofsubgradeconstruction。Whenaveragecompactnessineachlevelreachescodeslstandardslooselayingdepthof80gillfits30impactcompactionpassistheoptimumcombination。③Thequalitycontrolmethodmayrequestimpactcompactionpassasthemaincontrolindexandatthesametimethefinaldivisionsettlementislessthan10％oftotalsettlement豁largeareasubgradeisconstructed。@Ifconstructionorganizationitselfhaveimpactcompactor，impactcompactiontechnologycomparedwithtraditionalconstructionmethodscannotonlyeconomizeonfundbutalsoobviouslyshortenconstructionperiod。Keywords：Impactcompaction；collapsibleloesssubgrade；subgradetreated；stratifiedcompactionofsubgrade；constructionprocess；testmethod；efficiency3n第一章绪论一、冲击压实的原理及性蘸特点简介1、冲击压实的工作原理土体在压实过程中，压实机械所产生的应力使一定深度范围内的土体颗粒重新排列并挤密，土的密度和强度随之提高，士体渐渐由塑性状态变为弹塑性状态，直到弹性状态。土体只有在弹性状态下才能够承受一定的荷载而不变形。很显然，加大作用于土体的冲击能量，可以增加影响深度，提高土体的密实度，从而更容易使土体达到弹性状态。正是利用这一原理，最早由南非AubreyBerrange发明了冲击压实机，这种机械的冲击能较传统的振动压路机大6～10倍，影响深度大3～4倍。传统压路机压实轮为圆形，有的带有羊角，主要依靠振动力和静重压力的共同作用克服土颗粒间的摩擦力，使土颗粒产生位移并填充空隙而达到密实状态。而冲击压实机最显著的特点是压实轮形状是将传统圆形轮改为非圆形一三边形、四边形或五边形，这种轮子有一系列交替排列的凸点和冲压面。在行进过程中，由配套的大功率牵引车带动“凸轮”滚动前进，冲击压实轮的凸点交替抬升与下落，从而在行驶滚动中产生集中冲击能量，同时辅以滚压、揉压的综合作用，连续对土体产生碾压作用而使土体达到密实，其工作原理如图1．1：图卜1冲击压实机工作的基本原理图冲击压实机的冲击能是由压实机轮轴组件的质量、压实轮向量半径差所产生的势能所决定的，可按下式计算：E2m曲式中：E--势能(Ⅺ)：m一冲击压实机轮轴组件的总质量(kg)；旷重力加速度，通常取9．8m／s2：nh一轮子内外半径差值(m)。当冲击压实机的轮轴组件质量nl为12t，压实轮向量半径差值h为22cm时，由上式计算得该冲击压实机冲击能为25K2。这也是三边形冲击压实机的冲击能量。冲击压实机行进时压实轮对土体所产生的冲击力，根据动量和冲量原理可按下式计算：N=(mVl一mVll)／T式中：N一冲击力(N)；v‘一压实轮的终速度(m／s)，V1=O；V¨一压实轮的始速度(m／s)；T--时间变量(s)。压实轮的始速度与其线速度有关，线速度由牵引车的牵引速度决定，通常为9km／h～15km／h。当按12km／h计算时，压实轮的始速度为3．33m／s。；冲击作用时间与压实轮作用于土体长度有关，若取作用长度为0，0333m，则冲击作用的时间为0．Ols。将上述压实轮的始速度及作用的时间代入N=(mV—mvll)／T，则冲击力计算如下：N--(mVl一mVll)fr≈4000000N=4．0×103KN即以轮轴组件质量为12t的三边形轮子计算，该冲击压实机的冲击力最大可达4．O×103KN，但实际上受各种条件的限制，冲击力一般小于4．O×103KN，在3．O～4．0×103KN之间。2、冲击压实机的性能特点①大振幅低频率的振动冲击压实机振动振幅为0．22m，其频率在正常速度时为2hz。而振动压路机振动振幅一般为2mm，频率一般为25～35hz。振幅的大小不同对土体的作用效果的差别，可用锤子砸钉子的比方来说明。当锤子静止地压钉子时，振幅为0，钉子几乎不下降，当锤子用小振幅高频率击打钉子时(即轻轻而快速地砸)，钉子能被砸下一点，若用大振幅低频率击打钉子时(即将锤子轮得很高地砸)，可能一锤就能把钉子砸入被钉物件中。冲击压实机与普通振动压路机对土体的作用效果就可以用以上比方说明。②填方厚度大传统的压实方法填土厚度每层为30～40cm，施工周期长、成本高。而冲击压实技术填土厚度每层可选80～120em，打破了只有分薄层才能压实的传统方法。2n③压实速度快，工程效率显著冲击压实机两个非圆形压实轮宽度合计约2m，压实过程中行进的速度按12km／h计，填土厚度按0．Sin计，压实遍数按40遍计；传统的压实机宽度2m，行进速度按3．Skm／h计，填土厚度按0．3m计，压实遍数按8遍计。在达到相同压实度的情况下，冲击压实机每小时压实土体体积是传统压路机的近2倍。二、研究课题的提出及意义黄土在我国分布甚广，其中以西北地区黄土地层最厚、最完整、发育好、地层全，其特征比较典型。青海地区的黄土主要分布在湟水，大通河等河谷地区，土层连续性差，层厚变化大．分层土体性质差异明显。由于具有特殊的成分和性质，黄土在工程界占有特殊地位，它的最大特点是结构性强，遇水容易发生湿陷致使强度迅速软化。因此，黄土地区的工程时常会发生相关的病害。黄土地区高等级公路路基建设是需要关注的问题之一。青海省近年内开工或拟建的高等级公路中大部分路段位于黄土地层上，填筑料主要采用黄土。针对青海黄土地区公路建设特点，在黄土路堤分层压实施工及地基处理中能否采用冲击压实技术，其经济性及压实效果如何?其它省区的成功经验能否借鉴或套用?目前尚需要探索和试验证明。因此结合西湟一级公路、马平高速公路、西塔高速公路及平阿高速公路，开展采用冲击压实技术对青海黄土地区地基处理及路基分层压实的合理分层厚度、冲压遍数、旄工工艺以及检测技术等方面研究，都具有十分重要的经济和社会意义。．三、国内外研究及应用概况冲击压实技术于20世纪50年代由南非AubrcyBcrrangc提出，经历了70～80年代的研究才初具成熟。90年代这种技术开始向全球推广，1995年由南非兰派公司将这种压实设备传入我国，引起了我国科技人员的重视，道路与机场科技等人员对它经历了从不了解到逐步推广，直到广泛应用的过程。日本、美国、德国等发到国家在20世纪90年代便将冲击压实技术广泛地应用于机场工程、地基加固、水坝填筑、路基填筑等工程实践中，并制定了相关的标准。到目前，冲击压实技术已在我国14个省、市共60多项工程中得到了应用。这些工程在专业类型方面涉及道路、机场、水坝等。机场工程包括香港新赤腊角机场、首都机场、广州自云机场、重庆万州机场、贵州兴义机场、新疆且末机场n和华北某军用机场等；在公路方面有八达岭高速公路、京珠高速公路、山西宣大高速公路、广东莞深高速公路、重庆渝黔高速公路、黑龙江大齐高速公路等高等级公路。在工程性质方面涉及填土压实、软土处理、地基补强、破碎原路面等。在土质方面涉及黄土、块片石、砂土、粘土、软弱土等。下面通过冲压技术在各种土质中的应用情况来具体介绍其在我国的研究及应用概况。①黄土我国华北、西北有大片的黄土地区，这种土在自重应力或附加应力作用下遇水容易发生湿陷并沉陷，严重影响路基质量，从而导致路面的破坏。山西宣大高速公路湿陷性黄土路段采用冲压技术处理，得到如下结果；填前地基冲压40遍后，地表下lm内地基的平均压实度达到91％，平均弹性模量达到80Mpa，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。该研究表明冲击压实技术处理湿陷性黄土地基有效影响深度约为1米，冲压遍数以40遍为宜。山西宣大高速公路还以黄土为填料，对路基进行了传统压路机分层压实后的冲击压实技术补强处理，得到如下结果：分层压实后冲压20遍，每层厚度为O．8～1．0m，补压以后效果非常明显，平均下沉量为3．9cm，现场干密度提高lO．42了个百分点，DCP的击数增加了12．7％，模量值E增加了30Mpa；而从20～40遍，下沉量、千密度、DCP击数的增加较为缓慢。该研究表明传统压路机分层压实后每层补压厚度以O．8～1．0m、遍数以20遍为宜。②块石与碎石土石料填方路基难以压实原因在于石料往往级配不好，冲击压路机由于冲击能量大，能取得很好的效果。香港新赤腊角机场施工时，有一部分填料是风化花岗岩，采用冲击压实机冲压20遍时，层厚1．0m内的平均回弹模量为80Mpa，冲压40遍后，提高到170Mpa，远超过规定的模量值，这也是冲击压实技术首次在中国的应用，并且取得了成功。贵州兴义机场填方总高度为40m，采用块片石作为填料，冲击压实机冲压时每层虚铺厚度为1．2m，并且填料中粒径超过O．6m占总填料的18％，填料不均匀系数为5．1，曲率系数为1．5。经试验段试验结果表明．冲击压压实机冲击12～16遍后，压实度便达到了民航机场压实度要求。重庆五桥机场用泥岩碎石土作为填料，通过对虚铺厚度为0．6m、0．8m、1．0m的冲压比较，得出在含水量远低于最佳含水量情况下，每层虚铺厚度可达1．0m，4n并且甲均冲压27遍，便可达到压实度要求。以上研究表明：冲击压实技术能很好地应用于块片石填料压实，其填厚可达1．Ore左右，并且需要的冲压遍数较少，一般在30遍之内。③粗砂砂土是理想的筑路材料，也是较容易压实的土质。八达岭高速公路路堤高达34m，填料为完全风化的花岗岩形成的粗砂，每层虚铺厚度1．2m，冲压10遍后，平均累计沉降为8．5cm；冲压20遍后，平均累计沉降为10．9cm：冲压30遍后，平均累计沉降为12．7cm。冲压30遍后，90cm深度内平均压实度为96．3％，1．5m深度内平均压实度为86％，整个填土路堤压实度沿高度全部达到95％以上，均匀密实，路堤在冲压后的工后沉降率小于千分之一。④粉土粉土塑性指数低，粘性小，作为路基填料施工时不易压实成型，含水量大时更难压实。宁夏盐兴公路改建工程中，其部分地基为低液限粉土，冲击压实到50遍时地基累计沉降为24．5cm，冲击压实60遍时累计沉降27，3cm，差值已只有1．8cm，满足工程要求。其压实度在地表下30cm深度处，冲压30遍时即达到98．9％，在地表下80cm深度处则冲压50遍才到90．3％，该研究表明粉土冲压需要遍数较多，但仍能顺利完成。新疆且末机场在使用冲击压实技术处理粉土道基时，也取得了很好的效果。⑤软土、粘土粘土的压实不论对哪种机械来说都是比较困难的，因为它具有较高的粘性和不透水性，当它的含水量大、孔隙比大、并且压缩性达到一定指标时，便形成软土。贵州兴义机场原土基是红粘土，天然含水量为40％，孔隙比为1．4，经击实试验，最大干密度为1．789／era3，最佳含水量22％。由于天然含水量大于最佳含水量18个百分点等原因而形成软土。采用其它机械设备不理想，最后决定采用冲击压实技术，在原地基表面铺20cm的砂石料作为排水层，冲击压实12遍后表层土压实度便到达95％蚍上，达到了压实度的要求。华北××军用机场原地面下有一层深度为1．0～1．2m的高压缩性低液限粘土，天然含水量为26％，压缩系数为1,32Mpal，压缩模量仅为1．90Mpa，孔隙比为1．07，击实试验得出其最大干密度为1．869／cm3，最佳含水量为14％。因土层天然含水量高出最佳含水量12个百分点等原因而形成软土。几经权衡，采用了冲击压实技术，在翻松晾晒，压压停停等措施下，在天然含水量高出最佳含水量12％的情况下，原地压实段冲压30遍，填土段冲压40遍后，消除了土层高5n压缩性，使土层达到了压实度要求，并且该工程还节约了部分资金。京沈高速路玉田段有长约16kin的浅层软土段，采用冲击压实技术处理后取得了很好的效果。黑龙江大齐高速公路用低塑限粘土作为路堤填筑填料，该土最佳含水量为11．5％。采用冲压技术进行分层压实，虚铺厚度为0．8m、1．Om，在含水量低于最佳含水量5％的情况下，经冲压40遍后达到了压实度要求。上述研究表明，冲击压实技术适合于浅层软土地基处理及粘土的压实。四、主要研究内容及方法1、主要研究内容①冲击压实对湿陷性黄土地基及湿软黄土地基的处理效果及有效影响深度。②冲击压实技术施工工艺。⑧路基分层压实施工的合理分层厚度及冲压遍数。④可靠实用的质量控制技术及检测方法。⑤冲击压实施工与传统方法施工的经济效益及时间效益对比。2、主要研究方法本课题在借鉴前人有关研究成果的基础上，以实体工程试验为主要依托，用辨证唯物论方法对有关资料和数据进行对比、分析、归纳和总结，最后将其上升为理论。本课题结合西湟一级公路、马平高速公路、西塔高速公路及平阿高速公路最具代表性的试验段开展试验，对各个试验段的试验结果进行分析、总结，讨论冲击压实技术在青海黄土路基施工应用中的施工工艺、施工效果、检测方法及效益等问题。在具体操作上是收集有关资料，部署各试验段操作程序。准确操作各类实验，记录各项数据，然后进行资料及数据的整理、汇总。6n第二章黄土的主要工程性质及地质结构特征一、黄土的分布范围及主要工程性质黄土在世界上分布很广，覆盖着全球大陆2．5％以上的面积。黄土主要分布在北美州的密西西比河和密苏里河流域、新西兰的东部、南部和北非、法国北部和东部、中欧中部、阿尔卑斯山麓和多瑙河流域、东欧平原、波兰、伏尔加河流域及我国。我国的黄土分布面积估计有64万km2，约占全国面积的6．3％，主要分布在北纬30。~49。，东经75。～127。之间。西起贺兰山，东至太行山，北到长城，南达秦岭，几乎全部都被黄土覆盖。尤其是在黄河中游地区(即龙羊峡一三门峡之间黄河及其支流流域范围内的地区)，厚层黄土连续覆盖，形成了奇特的地貌景象，为世界罕见。西北其他内陆地区黄土分布比较零散，主要分布在柴达木盆地东南部、河西走廓、天山南北麓、准噶尔盆地及塔里木盆地的边缘。青海地区黄土分布也较为零散，主要分布于柴达木盆地东南部及湟水河、大通河流域。从成因方面来说，湟水河和大通河流域的黄土主要是冲积类型，也间有洪积、坡积或洪一坡积等类型，而对于柴选木盆地的黄土，IB前意见还不统一。黄土一般具有以下基本特征和主要工程性质：①颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色。西湟公路、西塔公路全线黄土主要为褐黄色，马平公路及平阿公路全线黄土主要为黄色。②粒度成分以粘粒、粉土颗粒(0．05--．0．005mm)为主，粉土颗粒含量占总量的38％～88％，其中55％～70％者居多；粘土颗粒(0．005mm)成分占7～20％之间，一般为15％左右。与其他地方的黄土相比，青海地区黄土的粘粒含量要高一些；一般情况下，粘土含量越多，土颗粒之间结合越密实，土的重度也越大，所以青海地区黄土的天然重度及干重度均较大：西湟公路、西塔公路黄土成分以粘粒为主，表现为粘性土，天然重度及干重度均较大；马平公路及平阿公路全线黄土粒度成分以粉土为主，天然重度及于重度均较西塔公路小。③一般为非饱和土。青海地区天然黄土的含水量为6％～26％，饱和度为20％～80％；西湟公路、西塔公路黄土天然含水量很大，一般都大于15％。马n平公路及平阿公路黄土含水量较小，特别是粉性土填料，其天然含水量在7％左右。④压缩性大。天然黄土的孔隙比约为O．7--1．2，黄土中的碳酸盐类矿物一般具有可溶性；黄土的节理发育，并存在大孔隙，从而使黄土的可压缩性明显。青海地区天然黄土有肉眼可见的孔隙，直径一般在1．0mm左右，孔隙比较小。西湟公路、西塔公路黄土压缩系数在0．12～O．40MPal之阔，压缩模量在2．10～7．59MPa之间。马平公路及平阿公路地基压缩系数在0．13～O．44mPa4之间，压缩模量在2．13～&13MPa之间。⑤黄土的结构性强，并具有触变性，其中盐类矿物的成分和含量对黄土结构性的影响显著。但当土中易溶盐含量小于0．50％时，对黄土的形状实际上没有多大影响。青海天然黄土易溶盐总含量在O．052～0．15％之间。⑥黄土具有湿陷性。黄土湿陷性与沉积年代和地区环境密切相关。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。西湟公路K16+647～K17+309、K19+115～K20+873等段属于II级非自重湿陷性黄土。西湟公路K13+850～K16+647等段属于I级非自重湿陷性黄土。西湟公路K17+309～K19+115等段属于III～Ⅳ级自重湿陷性黄土。西塔公路K3+207～K3+930、K4+122～K4+286、K4+457～K4+747、K4+935～K5+173、K5+305～K5+573、K6+825～K6+936、K8+442～K8+500、K11+865～K12+625、K15+752～K15+893及K16+842～K17+065等段湿陷性黄土表现为自重湿陷性黄土。西塔公路K5+920～K6+195、K9+617～K9+783、K10+182～K10+320、K13+215～K13+429、K17+247～K17+425段及平阿公路K0+825～K1+915、K1+945～K3+935、K3+980～K23+320、K24+125～K24+920、K34+580～K35+200、K39+190～K40+115段主要表现为非自重湿陷性黄土。马平公路K49+116～i(49+360、K52+010～K52+350及K55+490～K55+575等段属于II级非自重湿陷性黄土。K48+000～K49+000等段属于lI级自重湿陷性黄土。⑦黄土具有湿软性。黄土水稳定性差，沉积年代近的黄土崩解性强烈。西塔公路K17+620～K18+640段地基天然含水量为20％～26％，因含水量过高等原因而形成湿陷性与软弱性并存的湿软性黄土地基。二、黄土主要的地质结构及特征我国黄土以黄河中游地区最为发育，几乎完全将地表覆盖，形成了地层连续、厚度大、类型多、面积广的黄土区。堆积厚度一般都在10～40m之间，最8n大厚度可达200m。六盘山是黄河中游气候的分界线。六盘山以西的黄土地区，由于气候干燥，成岩作用较浅，所以黄土颜色较淡，胶结粒松，没有大的碳酸钙结核。而六盘山以东地区则成另外一种情况，黄土颜色较深，胶结较好，多钙质结核，根据地层剖面可明显划分出岩石地层。青海地区黄土属于黄河中游六盘山以西的黄土地区，黄土颜色较淡，胶结粒松，没有大的碳酸钙结核。并且各地黄土的地质结构变化大，层位不稳定，受其形成原因及环境条件的影响，分布范围呈间断性，土体的物理力学性质差异较大。青海地区黄土多为非自重湿陷性黄土，湿陷性较明显，有时湿陷性与软弱性并存，湿陷等级多为I～II级。湿陷性土层厚度也不一致，从l到10余米不等；其分布连续性差，一般不成片，在湟水河、大通河流域，湿陷性黄土分布相对集中一些，但也多呈岛状分布，但综合分布面积很大，是不容忽视的不良地基。下面根据地质调查，简要叙述各依托工程沿线黄土地基的地质结构及特征。1、西湟一级公路黄土地质结构及特征西湟一级公路大部分位于黄土地段。OKl8+376处取样试验结果表明：地基表面为约O．5m厚的耕士。其下为5．00m的II级自重湿陷性黄土土层，土质为低液限粘土，颜色呈褐～褐黄色，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒，孔隙、虫孔发育，土质不均一，上部有少量根系，局部含生物贝壳。稍湿、硬塑。再往下为卵石下卧层，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圆状、扁平状，分选性差，粒径多在6～20cm之间。岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。②K17+716处取样试验结果表明：表层llm范围内为素填土，成份以粘土为主。其下为4．00m厚I级非自重湿陷性黄土土层，土质为低液限粘土，呈褐黄色，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒、植物根系，局部夹低液限粉土，稍湿、硬塑。再往下则为卵石层，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圆状、扁平状，分选性差，粒径多在6—20cm之间。岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。⑨K19+900处取样结果表明：表层O．5m深范围内为耕土，呈褐色，成份以粉土为主，含砂粒，结构根系较发育。其下为6m深的II级自重湿陷性黄土土层，呈褐～褐黄色，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒，局部含生物贝壳，孔隙、虫孔发育，土质疏松不均，上部央低液限粉土，稍湿～湿，软塑～硬塑。再往下则为卵石层，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圆状、扁平状，分选性差，粒径多在6～20cm之间。岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。2、马平高速公路黄土地质结构及特征马平高速公路绝大部分路段位于黄土地段，湿陷性黄土路基约有24．5km，9n占线路总长的54．6％。①K48+166处取样试验结果表明：表层O．50m深范围内为耕土，呈褐色，成份以粉土为主，含砂粒、根系，孔隙发育，稍干～稍湿、稍松。其下为I级非自重湿陷性黄土土层，厚度为4．8m，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒，土质疏松不均匀，孔隙、虫孔发育。再往下则为4．20m厚的卵石层，呈散粘结构、磨圆度多呈亚圆状，分选性差，粒径多在6～20cm之间，且含粉粒。岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。②K48+395处取样试验结果表明：表层为约1．50m厚的素填土，成份以粉土为主，含少量砾粒及卵石，土质疏松不均一。其下为II级自重湿陷性黄土土层，厚5．6m，呈灰褐色，成份以粉粒、粘粒为主，含少量砾粒及碳粒，孔隙、虫孔较发育，土质不均一，上部夹低液限粉土，稍湿，硬塑。再往下则为4．20m厚的卵石层，呈散粘结构、磨圆度多呈亚圆状，分选性差，粒径多在6～20cm之间，且含粉粒。岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。(萤K48+738处地质取样试验结果表明：表层1．60m范围内为素填土，呈褐黄色，成份以粉土为主，次为碎石团块，稍湿、稍松～中密。其下为4．30m厚的II级自重湿陷性黄土土层，成份以粉粒、粘粒为主，含粉砂粒。再往下为1．10m厚的细砂夹低液限粉土，呈青灰色，成份以细砂为主，夹有薄层低液限粉土，含中粗砂，见云母碎片，稍湿，中密。底部为卵石层，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圆状、扁平状，分选性差，粒径多在6～20cm之间，卵石占全重50--60％，含漂粒、粉粒。其岩性成份以石英岩，中酸性火成岩为主。3、西塔公路黄土的地质结构及特征西塔公路全线均处在黄土区。①K17+620～K18+640段地基为湿软性黄土地基。根据地质调查，该地基表层为耕土，褐色，天然含水量大于20％，饱和度97％以上，为完全饱和的淤泥质土；以下2～5m厚土层为黄土状低液限粘土，呈黄褐色、软塑、饱和状态，土质较均匀，粉质含量较大，天然含水量为21．1％～26．5％，饱和度为94％～100％，土层的塑性指数为12～25，表现为湿陷性与软弱性并存。再往下为圆砾土，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圊状、扁平状，分选性差，粒径多在6-25em之间，卵石占全重50---60％，含漂粒、粉粒。其岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。②线路其他地方黄土表现为黄土状粘性土，厚度在10米以上，并且大部分地段上层黄土有湿陷性。根据地质调查，地基表面大部分为耕土，颜色为黄褐色，天然含水量在13％～26％之间不等。其下为2～6m的湿陷性土层或一般土层，土质为低液限粘土，颜色呈褐～褐黄色，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒，孔隙、虫孔发育，土质不均一，上部有少量根系，局部含生物贝壳。再往下则为圆砾士，呈散粒结构，磨圆度多呈距圆状、lOn扁平状，分选性差，粒径多在6～25cm之间，卵石占全重50～60％，含漂粒、粉粒。其岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。4、平阿公路黄土的地质结构及特征平阿公路全线大部分处于黄土地段，且其中多数处于非自重湿陷性黄土地段。①湟水河南岸K0+370～K0+825段饱和黄土路基不稳定区，黄土体厚度为0．9～6．0m。根据地质调查，地基表层为耕土，呈黄色或黄褐色，成份以粉土为主，含砂粒，结构根系较发育：其下为1．0～5．Om厚黄土层，呈褐～褐黄色，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒，局部含生物贝壳，孔隙、虫孔发育，土质疏松不均，上部夹低液限粉土，很湿，软塑～硬塑。再其下为卵石下卧层，其厚度为1．8～5．5m，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圆状、扁平状，分选性差，粒径多在6～20cm之间。卵石占全重40～50％，砾粒占20～25％，砂粒占10～15％，岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。。②线路K0+825～Kl+915、K3+980～K23+320、K24+125～K24+920、K34+580～K35+200、K39+190～K40+115段主要为I～II级非自重湿陷性黄土和Ⅱ～ⅡI级非自重湿陷性黄土，次为少量Ⅵ级自重湿陷性黄土、饱和黄土及一般黄土。根据地质调查，表层为素土或耕土，呈黄色或黄褐色，成份以粉土为主，含砂粒，结构根系较发育；其下0．8～4．0m范围内为湿陷性黄土层，呈褐～褐黄色，成份以粉粒、粘粒为主，含砂粒，局部含生物贝壳，孔隙、虫孔发育，土质疏松不均，稍湿～湿，软塑～硬塑。再往下则为卵石下卧层，呈散粒结构，磨圆度多呈亚圆状、扁平状，分选性差，粒径多在6～20cm之间。卵石占全重40～50％，砾粒占20～25％，砂粒占10～15％，岩性成份以石英岩、中酸性火成岩为主。其中K34+580～K35+200的下卧层为碎石类土，其厚度为3．O～10．3m。③线路Kl+945～K3+935段为ⅡI～Iv级非自重湿陷性黄土，土体厚度为8．4～32．0m。根据地质调查，表层O．6～1．0m范围内为素土或耕土，呈褐黄色，成份以粉土为主，次为碎石团块，稍湿、稍松～中密。其下为湿陷性黄土层，成份以粉粒、粘粒为主，含粉砂粒。底部为卵石下卧层，其上部为钙质胶结，较密实，下部呈半胶结状，埋深较大。n第三章西湟一级公路冲击压实试验段试验结果一、西湟公路试验段概况1．1西湟公路概况西宁至湟源一级公路是丹东～拉萨国道主干线的重要组成部分，是内地通往青海、西藏的交通要道，是青海省内6个州市与西宁连接的必经之路。它在青海及国家公路网中起着举足轻重的作用。它的建设将会缩短青海与内地的距离，促进青海的经济发展，加强民族团结。同时也对巩固国防具有重要意义。西湟公路起点位于西宁市城北区的朝阳村，接在建的平西高速公路终点，向西沿湟水河左岸上行，穿越西宁市城北区，沿祁连路，经朝阳区东西路，跨：ILJrl河和小桥大街后，沿柴达木路布线，经西宁钢厂、马坊、大堡子、第一机床厂、上吧浪、多吧镇、扎麻隆、湟源峡至终点湟源县，接丹拉公路湟源至倒淌河一级公路起点。线路全长48．9km。线路自东向西经西宁盆地西缘湟水河I、II级阶地，湟源东峡谷、湟源盆地、湟水河II级阶地，地貌单元总体上分为河谷盆地、盆地边缘的黄土丘陵、基岩峡谷三个地貌单元。根据外营力作用特点和地貌单元可分为三种地貌类型：堆积地貌区，主要是湟水河冲积平原地貌，即湟水河I、II级阶地及山前洪积扇构成，其中I、II级阶地沿湟水河普遍发育l漫蚀剥蚀构造地貌区，主要分布于湟源峡，一般谷地海拔高程2440屯600m，相对高差500～800m，流水浸蚀作用强烈，山坡陡峭，河谷狭窄，横断面多呈v字形I构造浸蚀地貌区。多分布于西宁盆地和湟源盆地外缘，为Ⅵ级以上高阶她，上部为黄土，下部为第三级泥岩、石膏岩，流水浸蚀作用强烈，相对高差30～500m，冲沟沟底大都切入第三系红层中，总体上呈现黄土粱峁微地貌，高阶地前缘坡度3oorqoo，常形成大小规模不等的黄土小滑坡体。线路所经地区属高原性半干旱大陆性气候区，寒长暑短，受地形制约，地势低而开阔的河谷地带气温高，地势高亢的山区气温则低。历年最高气温38．7Co(2000年西宁)，最低气温-26．6Co。主导风向东南，历年平均风速1．8～3．9m／s，最大风速28m／s。多年无霜期西宁138天，湟源67天，多风少雨，昼夜温差大，日照充分，且四季不分明。多年平均气温湟源为3．OCo，西宁为5．9C0，多年平均降雨量西宁为368．24mm，湟源峡为500mm，湟源县为n408．9mm，年主要降雨量集中在6至9月，以暴雨为主，随海拔增高降雨量增大。蒸发量西宁为1762．gmm，湟源为1461．1ram。最大冻土西宁为1．3m，湟源为0．9m。1．2试验段概况该冲击压实试验段位于西湟公路K20+673～K20+873段，面积约为l万m2。试验段填土高为2．4m～5．0m。地貌形态以侵蚀性地貌为主，属第四系全新统冲积物Q4，处于湟水河II级阶地。土质为Ⅱ级非自重湿陷性黄土，其湿陷层厚度为1．0～4．3m，其中，上部为耕土，成份主要为黄土状粉土，内含植物根，稍密，稍湿。该试验段地基土的最大干密度为17．9KN／m3，最佳含水量为12．3％。图3-1给出试验段的纵断面图。表3．1给出该试验段黄土的主要物理力学性质指标。f———一．．：x～～～一～～。—／～地面标膏t■iIili§目lliiii复计标高ⅧlIli3》Iil弱i里程帏号i《{目《目《{l《1《；图3_1西溲公路K20+673～K20+837冲压试验段纵断面简图表3-1西澧公路K20+673～K,20+837段黄土的主要物理力学性质指标表物理力学指标土的统计台水量干密度孑L隙比压缩湿陷类别项目系数模量系数WYd口挖E。6．(％)(kN／一)O神(㈣最小值8．312．940．8160．1511．00．003一般黄土擐大值23．814．601．038O．1812．90．008平均值14．113．750．9250．1712．00．007非自最小值8．314．50O．8160．131．40．018重湿陷性最大值18．916．171．1351．4414．80．064黄土平均值14．515．400．9590．3910．30．03813n二、试验方案1、准备工作冲击压实的准备工作主要包括仪器准备、人员配备及机械配备。①仪器：标尺、水准仪、灌砂法、环刀、沉降标(铁钉加红飘带)、动态圆锥贯入仪(DCP)、皮尺、弯沉仪等。②人员：测量员一名、试验员两名、民工四名、现场指挥一名。③机械；冲击压实机、压路机、平地机、推土机、洒水车、交通工具。2、施工步骤①在原设计勘探资料的基础上进行地基补充勘探。之后，再进行冲击压实处理。②补充勘探完成后，视实际情况进行地面整平、洒水，然后布设沉降标并测其标高，开始压实。③在冲击完10遍后，进行压实度及沉降的检测，视实际情况进行地面整平、洒水，重新布设沉降标(沉降标的位置与原来一致)，开始压实。重复这个步骤，直至达到规定的要求。④冲击压实完成后，用压路机压实1～2遍，以确保表面压实度。三、主要试验结果及分析为了更准确确定冲压遍数与有效影响深度之间的关系，本试验段进行了压实度、沉降量及探坑取样、静力触探等试验。3．1压实度检测及分析压实度检测压实度采用环刀法、灌砂法及核子密度仪检测，表3-2给出检测结果平均值。从表3．2可以看出，冲压lO遍后至30遍后．地表下80cm以内平均压实度由84．2％提高到93．4％：而在80cm以下，压实度提高很小，仅仅从77％提高到79．6％。并且，冲压30遍后，80cm以内的压实度达到地基规范要求。从压实度变化情况来看，冲击压实的有效处理深度在80cm左右。3r2沉降量观测冲击压实的冲压效果最直接的表现是沉降值。地表的沉降使得地基士密实度提高。沉降量是根据冲压前后的高程差来计算的。冲压测量前，在地基表面用铁钉加红飘带准确定位。按每约50m一个断面，每个断面距路基中线5m左右各一个测点布设，冲压完后均测其顶端高程。冲击压实过程中，测读了三组14n数据。观测断面均选择在K20+670、K20+717、K20+767、K20+820及K20+870五个断面上。观测点共10个，分别位于五个断面中线左、右各10m处，观测结果见表3-3。冲压遍数测点深度(era)分层压实度(％)平均压实度(％)原地面0～1580．20～1591．030～4582．584．21065～8079．i81．3105～12078．777145～16075．3O～1591．930～4588．688．22065～8084．284．O105～12079．477．8145～16076．10～1598．O30～4592．093．43065～8090．287．9-105～12079．779．6145～16079．5表3-3西湟公路K20+673～K20+873段冲击压实沉降观测结果表项目lo遍(cm)20遍(em)30遍(cm)K20+670左lOm11．918．120．0右lOre11．521．421_8K20+717左10m15．926．226．6右lOm14．224．O24．5K20+767左10m14．323．323．2右lOre16．621．021．8K20+820左lOm12．316．017．O右10m15．316．416．6K20+870左lOm14．121．O19．2右10m12．918．119．1平均分计沉降(cm)13．95．O2．1平均累计沉降(cm)13．918．921．On从表3．3可以看出，冲压10遍后的平均分计、累计沉降量为13．9cm。冲压20遍后的平均分计、累计沉降量分别为5．Ocm、18．9cm。冲压30遍后的平均分计、累计沉降量分别为2．1cm、21．Ocm。由表3—3及上面统计可以得出如下认识：①第一个10遍后的分计沉降量是最大的，占总累计沉降的66．2％，是第二个lO遍后分计沉降的2．8倍。②最后10遍的分计沉降量为总累计沉降量的10％。从沉降的角度看，冲压30遍后，地基的下沉量已经很小，因此冲压遍数以30遍为宜。3．3探坑取样分析为系统比较冲击压实前后地基土的物理力学性质指标变化情况，本课题在K20+725、K20+825两处进行探坑取样，结果见表3-4、表3-5。从表3-4及表3-5试验结果可以看出，冲压前后，孔隙比在80cm以内有明显的降低，平均降低16．33％；80cm以下无明显变化，平均仅仅降低2．8％。压缩系数和压缩模量的影响深度也在80cm左右，压缩系数最大减小幅度为48～74％。摩擦角和粘聚力在整个深度范围内的变化情况不明显，初步分析主要是因为压实后随即挖探坑进行取样，土的结构遭受破坏，新的结构未完全形成所导致。另外，从消除湿陷性来看，80c,n深范围内的土体在处理后湿陷性基本消失，80cm之下仍有湿陷性存在。因此，从孔隙比、压缩性及湿陷性的角度来讲，冲压的有效影响深度为80cm左右。测点深度孔隙比压缩摩擦角粘聚力湿陷系数系数o模最El(cm)由6。(MPal)(Ⅲ堍)O～151．1020．504．1413250．02925～401．0070．633．1919230．044处45～600．9950．882．2717210．035理前65～801．030O．692．941023．50．039106～1200．9660．513．8520250．045145～160O．876O．394．8122240．0270～150．8100．268．0l15240．01325～400．6840．405。8223260．009处45～600．737O．434．5417250．020理后65～800．952O．345．7423270．017105～1200．9690．1413．7l17290．009145～1600．9250．209．6324280．02816n测点深度孔隙比压缩摩擦角粘聚力湿陷系数a模量Bs系数(cm)击(MPa-1)(MPa)6s0～151．2851．251．831327．5O．12225～40l_02l0．424．6520220．047处45～600．9380．229．6928250．02l理前65～800．956O．1513．043026．60．117105～1200．87O．229．353819．5O．017145～1600．9880．219．4728240．0180～15I．0080．326．3414260．01225～400．7880．258．9419270．005处45～600．8550．414．7732250．005理后65～800．8630．209．841934．50．031105～120O．9090．1413．6420230，014145—1600．897O．238．2524260．0174．静力触探为进一步检验冲击压实有效影响深度，本课题在冲击压实段进行了两处静力触探，分别位于K19+455及K19+560。静力触探曲线图见图3—2及图3-3。从图中可以看出，贯入阻力在O，8～1．0m以下几乎没有变化。ops【X土o‘pd】t|1l图3-2西湟公路KI9+455处静力触探曲线图n0246Ps[XIO‘Pal400012016n【n】图3-3西湟公路K19+560处静力触探曲线图n第四章马平高速公路冲击压实试验段试验结果一、马平公路试验段概况1．1马平公路概况马平公路是丹东～拉萨国道主干线的重要组成部分，是内地通往青海的必经之道，也是青海及国家公路网的重要组成部分。它的建成必将促进青海的经济发展，加强民族团结，同时也对巩固国防具有重要意义。马场垣至平安高速公路起点(K39+000)位于高庙镇长里店村南侧的湟水河北岸。经高庙镇南侧跨湟水河，路线进入湟水河南岸；经乐都县城南、大峡至终点平安县平安镇(K83+914．391)，与平安至西宁高速公路相接，全长44．892km。路线大致呈东西走向，主要跨越的河流是湟水河。路线所在区域属湟水流域东段，为新生界碎屑充填的高原盆地的一部分，盆地自周边向中心分别为变质岩、火山岩组成的高山、中高山；黄土覆盖的低山丘陵和宽广的第四系河谷平原。本段路线沿途跨2个地貌单元——低山、丘陵及河谷平原。路线大部分处于湟水河漫滩及I～II级阶地交互的河谷平原上。其中路线通过河床、漫滩1198米，共17处，占路线全长的2．7％、I级阶地26652m，共14段，占路线全长的59．3％，Ⅱ级阶地17090米，共7段，占路线全长的38％。本项目沿青海省地势相对较低的湟水河谷地实施，海拔在1892～2100m之间，属干旱半干旱气候类型，多年平均气温6．9℃。1．2试验段概况该冲击压实试验段位于马平公路K49+200～K49+480处，共280m。试验段位于湟水河北岸II级阶地后缘，大深沟洪积扇轴部及两侧。根据勘探资料，试验段5．60m深范围内湿陷性黄土和非湿陷性黄土同时存在，其中在2．5--2．7m深范围内存在非湿I辑性黄土土层。自地面算起，6m深度内总湿陷量为38．2era，自重湿陷量为13．1cm，为II级非自重湿陷性黄土场地。该地基土的最大干密度为18．22KN／m3r最佳含水量为11．8％。图4．1为试验段纵断面图，表4．1给出探井取样得出的主要物理力学性质指标。19n豳p1马平公路K49+200～K49+480冲压试验段纵断面简图表4．1马平公路H9+趵舡K49+4∞段地基黄土的主要物理力学性质指标表物理力学指标土的统计孔隙压缩湿陷类别项目含水量干密度比系数模量系数Ⅳ(∞Yd(kN／m3)ed№㈣E．(^Ⅱ)a)6．最小值7．911．940．821O．155．02非湿陷性黄土最大值16．415．1l1．i09O．2015．O平均值17．313．560．9470．3l12．1最小值8．412．110．7930．183．270．017湿陷性黄土最大值18．214．501．2371．5711．24O．048平均值13．413．6l0．980O．415．85O．02l二、试验方案本次试验将试验段分成6个区，即lO遍区、20遍区、30遍区、40遍区、50遍区及60遍区。其他试验方案跟西湟公路相近，此处不再叙述。三、主要试验结果及分析为了更准确确定冲压遍数与有效影响深度之间的关系。本试验段进行了压实度、沉降量、湿陷系数及静力触探等试验。3．1冲击压实前后干密度、压实度变化冲击压实前测定地面下15cm的干密度，各不同冲压遍数后，测各点冲压后20n地面下15cm的干密度、压实度，并选一测点挖试坑测地面下60cm、80cm、120c=处的干密度、压实度。土的重型击实最大干密度为18．23kN／m3，最佳含水量为11．8％。冲压试验前后的干密度、压实度变化情况见表4—2。—＼指标干密度pl含水量w压实度K～＼点位～＼KN／m3％压前15am15．48412．18510遍15cm16．7586．692压后60cm14．89612．28280cm14．30812．978压前15cm16．07212．88820遗】5c=】7．4447．996压后60cm14．9948．28280cm12．8389．870压前15cm14．60212．08030遍15cm17．0527．594压后60cm16．75810．O9l120cm15．】913．O83压前lScm15．38612．38415ca18．52210．210240遍60cm17．1511．O94‘压后80cm16．464lO．790120cm14．40612．479压前15c=l5．28811．98415cm18．42411．610150遍60c=16．46410．390压后80cm15．38611．484120cm14．60211．980160cm13．62214．075压前15cm15．88¨．98615ca18．9148．810460遍60cm16．7588_7492压后120cm14．014lO．577160cm13．81811．O76从表中的压实度可以看出，冲压40遍后，60cm内平均压实度i两896，80cm内平均压实度i=91％，已达到压实度的规范要求。50遍、60遍平均压实度i值2ln增民不多。从干密度、压实度随冲压遍数的增加而增加的情况来看，冲压遍数以30～40遍为宜。3．2沉降量的观测冲击压实的冲压效果最直接的表现是沉降值。地表的沉降使得地基土密实度提高。沉降量是根据冲压前后的高程差来计算的。冲压测量前，在地基表面用铁钉加红飘带准确定位。按每约50m一个断面，每个断面距路基中线5m左右各一个测点布设，冲压完后均测其顶端高程。各点平均沉降量检测结果见表4_3。I冲压遍数1020304050601分m撇(衄)11_76。73．41．31．5L6l累Ⅲ邴疆妇)11．718．42I．823．124．625．2从表如3可以看出：①前20遍的沉降占总累计沉降量的81．o％，前lO遍占46．4％。②当冲压40、50、60遍后，分计沉降量为1．3cm、1．5cm、1．6cm，分别占总累计沉降的5．2％、5．9％、6．3％。③40、50、60遍后的分计沉降量，与30遍后豹分计沉降量相比，没有较大的增长，说明冲压30遍后，地基的下沉量已经很小。所以从沉降量舶角度分析，冲压遍数以30遍为宜。3．3湿陷系数沿深度的变化为了研究冲击压实对改变天然状态黄土湿陷性的影响，在冲击压实后子不同深度处取样测定干密度和湿陷系数。天然状态的土性指标为：t=8．0--14．6％，6产O．0006-4)．0961。pd=12．54～13．13kN／m，，Ii=6．0～10．O试验结果如表4．4所示。漩指标土样编号(m)12l21232l41252161172l722723pd17．318．11了．215．918．319．516．017．617．5106．o_0010o．嗍o_0D19o．∞18o．00叮n嗍n00410．00D4o．0015pd13．813．916．O15．515．114．314．416．115．6606。o．0015o．∞13n嗍n潞n0口盯10．艟lOo．似nol63也0141pd13．312．914．513．514．214．O13．915．114．1806。n∞3ln0503o．01∞0．哪0．0D09o．00lln04盘o．∞130．0002pd12．哇13．212．511．813．513．612．912．411．41206．n嘞o‘∞66n03100100帕nol34n毗o．嗍o．翩n∞0l22n从表4-4可以看出，lOcm深处湿陷系数6。全部小于0．015，湿陷性完全消失；60cm深处湿陷系数6，全部小于0．021，湿陷性完全消失；80cm处，有3个土样未消除湿陷性；120cm处湿陷性基本上都存在，只是比天然状态的0．0961略有降低。所以从消除湿陷性的角度考虑，冲击压实的有效深度为60cm～80cm。4．静力触探为进一步检验冲击压实效果，分别在冲击压实区域和为处理区域各进行了一处静力触探。静力触探曲线图见图4_4，虚线是原地基的静探曲线。从图中可以看出，冲压后地表下1．Om深范围内地基土的比贯入阻力有很大程度提高，最大值为105×102kPa，平均值为81x102kPa。O．8～1．Om深度以下几乎没有影响。ps￡x10。pdl0246●O曩口12口16d【门】图4—4K48+350处静力触探曲线图n第五章平阿高速公路冲击压实试验段试验结果一、平阿公路试验段概况1、平阿公路概况平安至大力加山公路平安至阿岱段，是青海省“十五”期间重点建设的骨架道路“两横兰纵三条路”中的一段，是青海对外联系的八个出口道路中两个出口的共用段，是西北加强与西南、中南地区经济联系的纽带，在青海公路网中起着重要的作用。平阿公路起点桩号K0+000位于互助园艺场与平西高速公路相接，路线向南跨湟水河、祁家村，经青海棉纺厂东北角，沿白沈家沟西岸南行，经沈家、大寨子、新庄、古城至石壁，沿扎隆峡左岸南行。以隧道穿过青沙山，经全藏、沿浪龙沟右岸下行至终点阿岱K40+500。与正在修建的阿岱至大力加山二级公路及阿岱至赛尔龙公路以平交相接，路线全长41．02公里，另建平安连接线1．45公里。全线按四车道高速公路标准建设，一次规划，分期实施。近期除互通立交区段一次建成外，其余均先建右半幅，预留左半幅。K0+000～K20+100段长20．62公里(K4+322．532=1<3+800长链522．532米)，计算行车速度为100km／h，路基全幅宽26m，半幅宽13m；K20+100～K40+500段长20．4公里，计算行车速度为60km／h，路基全幅宽22．5m，半幅宽11．25m。平安连接线按二级公路标准设计，路基宽12m。2、试验段概况平阿公路全线丈部分路段位子黄土地层上，为了更好地验证黄土路堤分层压实能否采用冲击压实技术及其压实效果和效益如何，同时，为了使试验成果能更有效地指导全线施工，本区试验段选在平阿公路最具代表性的K9+525-K9+675段及K15+690～K15+915段。两试验段的填士高度均约在2．5～3．5米之间。分别按虚铺厚度为80cm、100cm、120em一层进行冲击压实，其中K9+525～K9+675未做120era的试验。两试验段第一层、第=层填料均为粉质细粒土，最大干密度为1．879／era3，最佳含水量为11．6％。此土是全线90区使用最多的土。K15+690～K15+915段第三层填料为黄土中间夹杂砂粒的砾类土，最大干密度为2．19／cm3，最佳含水量为7．8％。是全线93区使用最多的土：n二、施工方案1、准备工作冲击压实的准备工作主要包括仪器准备、人员配备及机械配备。①仪器：标尺，水准仪、灌砂法、环刀、沉降标(铁钉加红飘带)、动态圆锥贯入仪(DCP)、皮尺、弯沉仪等。②人员：测量员一名、试验员两名、民工四名，现场指挥一名。③机械：冲击压实机、压路机、挖土机、运输工具、平地机、推土机、洒水车、交通工具。2、施工步骤分层压实包括虚铺厚度为80cm、lOOcm、120cm冲击压实施工，三种不同虚铺厚度施工工艺基本相同，因此此处仅介绍虚铺厚度80cm施工工艺。④上土之前，先作土样的击实试验及筛分试验。②按虚铺厚度为80cm上土，为了控制填土厚度，应在路基旁边放置标尺或用水准仪控制，用推土机及平地机整平场地，视实际情况洒水，布设沉降标并测其标高，开始压实。压实时应先沿边线压5～10遍，以减少压实过程中路基侧向变形。③在冲击完lO遍后，进行压实度及沉降的检测，视实际情况进行地面整平、洒水，重新布设沉降标(沉降标的位置与原来一致)，开始压实。重复这个步骤，直到达到规定的要求。④冲击压实完成后，用压路机压实1～2遍，以确保表面压实度。三、主要试验结果及分析为了更准确地确定冲击压实的压实效果、有效影响深度及最佳检测方法，平阿公路试验段采用了多种检测方法，即压实度、沉降量及动态圆锥贯入DCP试验检测方法。其中，Kg+525～K9+675试验段第一层(虚铺厚度80cm)及第二层(虚铺厚度100cm)采用压实度及沉降量检测方法对冲击压实的效果进行检测：K15+690～K15+915试验段第一层(虚铺厚度80crn)、第二层(虚铺厚度100cm)及第三层(虚铺厚度120cm)均采用压实度、沉降量法对冲击压实的效果进行检测，其中第一层、第二层还进行了动态圆锥贯入DCP试验。两试验段冲击压实完成后，均在其顶面进行了回弹模量的检测试验。3．1主要试验结果K9+52¨(9+675、K15+690～K15+915试验段检测结果见表5．1、5-2、5-3。n测点深度分层平均DCp冲压遍数压实度含水量沉降(era)(cm)DⅣ平均击数(％)(趣nO(次)0～1588．9第1030～4585．185．410．37．812．875——50～6582．3层0～1591．8虚2030～4588．588．1lO．23．3lO．O96铺50～6584．O厚O～1591．7度3030～4590．990．59．52．49．61028050～6588．8厘0～1595．4米4030～4595．595．811．71．38．112150～6596．40～1592．3第2030～4586．387．19．212．212．380——70～8582．8一层O～1593．7虚4030～4591．389．79．26．510．098铺70～8584．1厚0～1595．8度5030～4593．292，59．22．38．g11110070～8588．4厘O～1596．4～米6030～4595．594．59．41．28．O12470～8591．5O～1591．730～4588．32085．37．98．760～758Z．390～10578．7O～1594．4第4030～4593．188．97．84．4=60～7585．7～层90～10582．2虚O～1596．7铺5530～45941491．27．62．9厚60～7589．7度90～10584．1120O～1597．7厘30～4595．4米6593，37．71．760～7591．790～10588．50～1597．930～4595．67594．37．8O．960～7592．290～10591．4n测点深度分层压实度平均压实度平均含水量沉降冲压遍数(c砸)(％)(cm)O～1588．71030～4585．286．08．87．3第50～6584．2一—_0～1593．1层虚2030～4588．088．98．94．3铺50～6585．5厚O～1595．4度3030～4593．192．38．83．080厘50～6588．4米0～1596．34030～4596．695．98．6i．450～6594．70～1592．12030～4589．788．79．612．3第70～8584．3——一0～1594．4层虚4030～4592．590．29．85．7铺70～8583．8厚0～1595．4度5030～4592．892．39．92．0100厘70～8588．7米0～1596．86030～4593．193．710．4Ll70～8591．2表5_3平阿公路冲击压实完成后回弹模量试验结果汇总表试验段序号E0值(MPa)弯沉值131．700．754233．680．709329．790．80l442．720．559K9+525～K9+675531．690．753634．890．684730．170．791833．940．703l33．940．703K15+690～K15+915228．110．849339．450．605n3．2试验结果分析3．2．1压实度检测结果分析注；冲击压实前土体各点压实度均按75％计。由表5．1及表5-2可以看出：①当虚铺厚度为80cm，冲压遍数由10遍增到40遍时。K9+525～K9+675试验段第一层平均压实度由86．O％提高到95．9％，提高了9．9个百分点，层内各分层及平均压实度均达到了规范要求；K15+690～K15+915试验段第一层平均压实度由85．4％提高到95．8％，提高了10．4个百分点，层内各分层及平均压实度达到了规范要求。②当虚铺厚度为100cm，冲压遍数由20遍增加到60遍时，K9+525～K9+675试验段第二层平均压实度由88．7％提高到93．7％，提高了5个百分点，层内各分层及平均压实度达到了规范要求；K15+690～K15+915试验段第二层平均压实度由87．1％提高到94．5％，提高了7．4个百分点，层内各分层及平均压实度达到了规范要求。③当虚铺厚度为120cm，冲压由20遍增加至75遍时，K15+690～K15+915试验段第三层平均压实度由85．3％增加到94．3％，提高了9个百分点，层内各分层及平均压实度达到了规范要求。下面从分层压实度及平均压实度两个角度来分析。3．2．1．1分层压实度(1)虚铺厚度80cm·①冲压lO遍后：土体表层(O～15em)处压实度，K9+525～Kg+675试验段提高了13．9％，K15+690～K15+915试验段提高了13．7％，平均13．8％，提高幅度很大；中间层(30～45cm)处压实度，K9+525～Kg+675试验段提高了lO．2％，K15+690～K15+915试验段提高了lO．1％，平均10．15％，提高幅度比表层稍小：底层(50～65cm)处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了9．4％。K15+690～K15+915试验段提高了7．3％，平均8．35％，提高幅度最小。各分层土体未达到压实度规范要求。②冲压20遍后：土体表层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了4．4％，K15+690～K15+915试验段提高了2．9％，平均3．7％；中间层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了2．8％，K15+690～K15+915试验段提高了3．4％，平均3．1％，提高幅度比表层稍小；底层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了1．3％，K15+690～K15+915试验段提高了1．7％，平均1．5％，提高幅度最小。表层土体已经达到压实度规范要求，中间层和底层还未达到压实度规范要求。◎冲压30遍后：土体表层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了2-3％，K15+690～K15+915试验段降低了O．1％，平均提高了1．1％：中间层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了5．1％，K15+690～K15+915试验段提高了2譬n2．4％，平均3．8％，提高幅度比表层大；底层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了2．9％，K15+690～K15+915试验段提高了4．8％，平均3．9％，提高幅度与中间层接近。表层及中间层土体已经达到压实度规范要求，底层还未达到压实度规范要求。④冲压40遍后：土体表层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了0．9％，K15+690～K15+915试验段提高了3_7％，平均2．3％；中间层处压实度，K9+525～K舛675试验段提高了3．5％，K15+690～K15+915试验段提高了4．6％，平均提高了4．1％。提高幅度比表层大：底层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了6．1％，K15+690～K15+915试验段提高了7．6％．平均6．9％，提高幅度最大。各分层土体均达到压实度规范要求。两试验段虚铺80cm各分层压实度增长规律见图5．1及图5．2。图5_1K15+690～K15+915虚铺∞∞分层压实度与压实遍数关系圈(2)虚铺厚度100cm图5吨Kg+525～Kg+675虚铺80cm分层压实度与压实邃数关系图因为有了第一层的指导，第二层冲压试验时，免去了第10遍及30遍后的检测。①冲压20遍后：土体表层(O～15cm)处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了17．1％，K15+690～K15+915试验段提高了17．3％，平均提高了17．2％，提高幅度很大；中间层(30～45cm)处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了14．7％，K15+690～K15+915试验段提高了11．3％，平均提高了13．O％，提高幅度比表层小4．2％；底层(70～85cm)处骶实度，K9+525～K9+675试验段提高了9．3％，K15+690～K15+915试验段提高了7．8％，平均提高了8．6％，提高幅度最小。表层土体已经达到压实度规范要求，中间层和底层还未达到压实度规范要求。n②冲压40遍后：土体表层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了2．3％，K15+690～K15+915试验段提高了1．4％，平均提高了1．9％；中间层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了2．8％，K15+690～K15+915试验段提高了5．O％，平均提高了3．9％，提高幅度比表层大2．O％；底层处压实度，K9+525～K9+675试验段降低了0．5％。K15+690～K15+915试验段提高了1-3％，平均提高了O．4％，提高幅度最小。表层及中间层土体已经达到压实度规范要求，底层还未达到压实度规范要求。③冲压50遍后；土体表层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了1．0％，K15+690～K15+915试验段提高了2．1％，平均提高了1．6％；中间层处压实度，K9+525～K舛675试验段提高了O．3％，K15+690～K15+915试验段提高了1．9％，平均提高了1．1％：底层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了4．9％，K15+690～K15+915试验段提高了4．3％，平均提高了4．6％，提高幅度最大。表层及中间层士体已经达到压实度规范要求，底层还未达到压实度规范要求。④冲压60遍后：土体表层处压实度，K9l+525～K9+67S试验段提高了1．4％，K15+690～K15+915试验段提高了0．6％，平均提高了1．0％：中间层处压实度，K9+525～K9+675试验段提高了0．3％，K15+690～K15+915试验段提高了2．3％，平均提高了1．3％；底层处压实度，K9+5251(9+675试验段提高了2．5％，K15+690～K15+915试验段提高了3．1％，平均提高了2．8％，提高幅度最大。各分层土体均达到压实度规范要求。两试验段虚铺厚度为100cm各分层压实度增长规律见图5-3及图5_4。图鲫K15+690～K|,6+915虚铺100dn分层压实度与压实遍数关系圈(3)虚铺厚度120cm因为有了第一层及第二层的指导，田5．4Kg+525～Kg+675虚铺lOOcm分鏖压实度与压实遍数关系图冲压试验时，兔去了第10遍及30遍后n的检测。受地形的限制，K9+525～K9+675试验段虚铺厚度120em试验未做。①冲压20遍后：士体表层(0～15em)处压实度提高了16．7％；上中间层(30～45cm)处压实度提高了13+3％；下中间层(60～75cm)处压实度提高了17．3％：底层(90～105em)处压实度提高73，7％。表层土体已经达到压实度规范要求，上、下中间层和底层还未达到压实度规范要求。②冲压40遍后：土体表层处压实度提高了2．7％；上中间层处压实度提高了4．8％；下中间层处压实度提高了3．4％；底层处压实度提高了3．5％。表层、上中间层土体已经达到压实度规范要求，下中间层和底层还未达到压实度规范要求。③冲压55遍后：土体表层处压实度提高了2_3％；上中间层处压实度提高了l_3％；下中间层处压实度提高了4．0％；底层处压实度提高了1．9％。表层及上中间层土体已经达到压实度规范要求，下中间层和底层还未达到压实度规范要求。，④冲压65遍后：土体表层处压实度提高了1。O％；上中间层处压实度提高了1．0％；下中间层处压实度提高了2．0％；底层处压实度提高了1．4％。表层及上、下中间层土体已经达到压实度规范要求，底层还未达到压实度规范要求。⑤冲压75遍后：土体表层处压实度提高了0．2％；上中问层处压实度提高了O．2％；下中间层处压实度提高了0．5％；底层处压实度提高了2．9％。各分层土体均达到压实度规范要求。虚铺厚度为120cm各分层压实度增长规律见图5．5。分层压实度与压实遍数关系图与压实遍数关系图综合以上统计分析，可以得出如下认识：①在冲击压实的前lO遍内，土体各分层的压实度迅速增加，特别是表层；此后，各层的压实度的增长速度较缓慢。n②如果将压实遍数等分成三段，那么在前段遍数内，表层的压实度增长最快；中间段遍数内，中间层的压实度增长最快；后段遍数内，底层的压实度增长最快。③冲击压实的影响深度随着压实遍数的增加而增加；在各分层压实度(即土体中任意点压实度)均达到规范要求情况下，大体上，当虚铺厚度每增加20cm时，冲压遍数也需增加约20遍。所以当分别以虚铺厚度80cm，lOOem，120era一层来填24米高且表面积相同的路基，达到规定的压实度时，用gOcm一层进行路基填筑时共需30(层)×40(遍／层)=1200遍l用100can一层进行填筑时共需24(层)×60(遍／层)=1440遍；用120cm一层进行填筑时，共需20(层)×80(遍／层)=1600遍。所以在要求层内土体各分层压实度均达到规范要求时，虚铺厚度为80am、冲压40遍为最佳组合。3．2．1．2平均压实度(1)虚铺厚度80cm：冲压10、20、30、40遍后，土体平均压实度K9+525～K9+675试验段分别提高了11．0％、2．9％、3．4％、3．6％，K15+690～K15+915试验段分别提高了10．4％、2．7％、2．4％、5．3％，平均分别提高了10．7％、2．8％、2．9％、4．5％。冲压30遍后，K9+525～K9+675及K15+690～K15+915段的层内平均压实度分别为92．3％、90．5％，达到规范要求。(2)虚铺厚度lOOcra：冲压20、40、50、60遍后，土体平均压实度K9+525～K9+675试验段分别提高了13．7％、1．5％、2．1％、1．4％，K15+690～K15+915试验段分别提高了12．1％、2．6％、2．8％、2．0％，平均分别提高了12．9％、2．1％、2．5％、1．7％。冲压40遍后，K9+525～K9+675及K15+690～K15+915段的层内平均压实度分别为90．2％、89．7％，基本达到规范要求(3)虚铺厚度120em：冲压20、40、55、65、75遍后，土体平均压实度K15+690～K15+915试验段分别提高了10．3％、3．6％、2．3％、2．1％、1．0％；冲压50遍后，由图5-6可以查出。K15+690～K15+915段的层内平均压实为90．4％，达到规范要求。各虚铺厚度平均压实度增长规律见图5击。综合以上统计分析及图5-6，可以得出如下认识：①在冲击压实的前10遍。层内平均压实度迅速提高。此君，增长速度较缓慢。并且在中间和后面遍数段内，增长速度相对均匀。②在只要求层内平均压实度达到规范要求情况下，大体上，当虚铺厚度每增加20cm时，冲压遍数也需增加约lO遍。所以当分别以虚铺厚度80era，100era，n120cm一层来填24米高且表面积相同的路基时，用80cm一层进行填筑共需30(层)X30(遍／层)=900遍；用lOOcm一层进行填筑时共需24(层)X40(遍／层)=960遍；用120cm一层进行填筑时，共需20(层)×50(遍／层)=1000遍。所以在只要求层内平均压实度达到按范要求情况下，虚铺厚度为80cm，冲压30遍为最佳组合。3．2．2含水量检测结果分析根据击实报告，两试验段第一层、第二层填料均为粉质细粒土，最大干密度为1．879／cm3，最佳含水量为11．6％；KIS+690～KIS+915段第三层填料为黄土中间夹杂砂粒的砾类土，最大干密度为2．Ig／cm3。最佳含水量为7．8％。在冲击压实的过程中，K9+525～Kg+675试验段第一层平均含水量为8．8％、第二层平均含水量为9．9％；K15+690～K15+915试验段第一层平均含水量为10，4％，第二层平均含水量为9．3％，第三层平均含水量为7．8％。两试验段第一层、第二层含水量偏离最佳含水量最大为2．8％，最小为l-2％，平均偏离最佳含水量为2．O％。从压实效果来看，能达到预期的压实效果，从施工现场情况来看，含水量过低，不仅影响压实效果，并且在施工过程中造成很大的扬尘，对附近的农作物及其他生态造成不利的影响。因此，对于黄土地区的粉性土，冲击压实施工时，含水量宜控制在偏离最佳含水量2．0个百分点以内。KIS+690～KIS+915段第三层含水量基本为最佳含水量。3．2．3沉降量检测结果分析由表5．1及表5-2可以看出：在虚铺厚度为80cm、冲压遍数由lO遍增到40遍时，K9+525～K9+675处分计沉降量由7．3cm下降到1．4cm，累计沉降量为16cm，末次沉降量为累计沉降量的8．8％；K15+690～K15+915处分计沉降量由7．$cm下降到1．3cm，累计沉降量为14．8cm，末次沉降量为累计沉降量的8．8％。当虚铺厚度为lOOcm、冲压遍数由20遍增加到60遍时，K9+525～K9+675处分计沉降量由12．3cm下降到1．Icm，累计沉降量为21．Icm，末次沉降量为累计沉降量的5．2％{K15+690～K15+915处分计沉降量由12．2cm下降到1．2cm，累计沉降量为22．2cm，末次沉降量为累计沉降量的5．4％。当虚铺厚度为120cm、冲压由20遍增加至75遍时，K15+690～K15+915处分计沉降量由g．7cm下降为0．9cm，累计沉降量为18．6cm，末次沉降量为累计沉降量的4．8％。为了便于总结两试验段沉降量规律，作K9+525～K9+675和K15+690～K15+915的各虚铺层的沉降量坐标圈如图5．7、图5-8、图5-9、图5．10及图5-1l和总累计沉降坐n图5．7KIS+690～K15+915虚铺800m圉5-8Kg+525～Kg+675虐铺800m分计沉降与压实遍数关系圈分计沉降与压实遗数关系圈图5-9KIS+690～K15+915虚铺1000m圈5_10Kg+52．5～Kg+675虚铺lOOcm分计沉降与压实遍数关系图分计沉降与压实追数关系圈图5-11K15+690～K15+915虐铺120e．m图5-12各虚铺厚度总累计分计沉降与压实遍数关系围沉降柱状对比图n从表5-I、表5．2以及上六图可得出以下认识；①由于各试验段填料压缩性不一样，各层的累计沉降量不一样；②虚铺为80cm时，前20遍的平均沉降占总沉降的77．3％，晟后lO遍的沉降占总沉降的10．5％；虚铺为100cm时，前20遍的平均沉降占总沉降的56．6％，最后10遍的沉降占总沉降约5．1％；虚铺为120cm时，前20遍的平均沉降占总沉降的49：90／6，最后10遍的沉降占总沉降的5．1％。由此可见，沉降主要集中前20遍，占到慈沉降的一半以上，并且随虚铺厚度的减少而增大，而最后10遍沉降仅占总沉降的lO％以下。③第一个lO遍的沉降是最大的，大约是第二个10遍沉降的2倍。3．2．4Dl诤、回弹模量检测结果及分析动态圆锥贯入仪(DCP)的英文是DgnamicConeDenetromEter,简称贯入仪，属小型轻便地基原位测试触探仪，其锤重8kg，落距575mm．贯主杆长1000mm，杆直径由16mm，圆锥直径20mm，锥角为60度，贯入杆旁连接1000mm读尺，直接记录每击一次的贯入值及总击数。这种试验要求土质均匀且不含砂石杂质，因此我们选择了填料均匀且不含砂石杂质的K9+525～K9+675段第一、二层。回弹模量检测是在冲击压实完成后的路基顶面进行的。在虚铺厚度为80cm、冲压遍数由lO遍增到40遍时，DCP平均击数由75击增加到121击：当虚铺厚度为100cm、冲压遍数由20遍增加到60遍时，DCP平均击数由80击增加至124击。DCP检测结果基本反映了随着压实遍数的增加土体逐渐密实的结果。K9+525～K9+675处回弹模量平均值为33．57MPa，弯沉平均值为O．719，K15+690～K15+915处回弹模量平均值为33．83MPa，弯沉平均值为O．719。均达到设计要求；各测点的回弹模量及弯沉值也基本达到设计要求。四、效益分析1、经济效益分析前面从压实度与压实遍数的角度分析了冲击压实最佳虚铺厚度和遍数的组合。以下从经济效益角度进行分析。表5．4是各虚铺厚度的主要机械平均使用费用对比表(其中括号内是在只要求层内平均压实度达到规范要求情况下的数据，括号外数据是在要求各分层压实度均达到规范要求情况下的数据。机械单价按施工单位提供的各种机械出租价格计。)n从表5．1、表5-2以及上六图可得出以下认识：①由于各试验段填料压缩性不一样，各层的累计沉降量不一样：②虚铺为80cm时，前20遍的平均沉降占总沉降的77’3％，最后10遍的沉降占总沉降的10．5％；虚铺为100cm时，前20遍的平均沉降占总沉降的56．6％，最后10遍的沉降占总沉降的5．1％；虚铺为120em时，前20遍的平均沉降占总沉降的49．9％，最后10遍的沉降占总沉降的5．1％。由此可见，沉降主要集中前20遍，占到总沉降的一半以上，并且随虚铺厚度的减少而增大，而最后lO遍沉降仅占总沉降的10％以下。③第一个10遍的沉降是最大的，大约是第二个10遍沉降的2倍。3．2．4DCP、回弹模量检测结果及分析动态圆锥贯入仪(DCP)的英文是ngnamicConeEMnetromEteL简称贯入仪。属小烈轻便地基原位测试触探仪，其锤重8kg，落距575mm，贯主杆长1000ram，杆直径由16mm，圆锥直径20mm．锥角为60度，贯入杆旁连接1000mm读尺．直接记录每击一次的贯入值及总击数。这种试验要求土质均匀且不含砂石杂质，因此我们选择了填料均匀且不含砂石杂质的Kg+525～K9+675段第一、二层。回弹模量检测是在冲击压实完成后的路基顶面进行的。在虚铺厚度为80em、冲压遍数由lO遍增到40遍对，DCP平均击数由7S击增加到121击：当虚铺厚度为100cm、冲压遍数由20遍增加到60遍时，DCP平均击数由80击增加至124击。DC'P检测结果基本反映了随着压实遍数的增加土体逐渐密实的结果。K9+525～K9+675处回弹模量平均值为33．57MPa，弯沉平均值为0．719，K15+690～K15+915处回弹模量平均值为33．83MPa。弯沉平均值为O．719，均达到设计要求；各测点的回弹模璧及弯沉值也基本达到设计要求。四、效益分析1、经济效益分析前面从压实度与压实遍数的角度分析了冲击压实最佳虚铺厚度和遍数的组合。以下从经济效益角度进行分析。表5—4是各虚铺厚度的主要机械平均使用费用对比表(其中括号内是在只要求层内平均压实度达到规范要求情况下的数据，括号外数据是在要求各分层压实度均达到规范要求情况下的数据。机械单价按施工单位提供的各种机械出租价格计。)n表5—4各虚铺厚度平均机械使用费用对比表单位：元／一—＼盛铺厚度80cmlOOcm120cm机械类型、＼冲击压实机12．5(9．38)15．00(10．00)15．63(10．42)光轮压路机0．200．140．12推土机1．241．371．49平地机0．41(O．27)0．49(O．31)0．46(0．33)合计14．35(11．09)17．00(11．82)17．70(12．34)从上表可知虚铺厚度为80cm的主要机械使用费用为14．35(11．09)元／m3，分别比虚铺100cm、120cm少2．65(O．73)元，一、3．35(1．25)：元，mj。其中，冲击压实机使用费用少2．5(O．62)元／m3、3．13(1．04)元／m3。所以从经济效益角度来分析，在只要求层内平均压实度达到规范要求情况下，虚铺80em压实30遍是最佳组合；在要求各分层压实度均达到规范要求情况下，虚铺80cm压实40遍是最佳组合。这个结果跟上面用压实度分析是一致的。为了与传统施工进行经济效益对比，本试验统计了平阿路K15+9804：16+130段4层共填高120em的按传统施工平均主要机械使用费用并与冲击压实的最佳组合(虚铺80cm、压实40(30)遍)时进行对比。如表5．5。表5—5传统施工与最佳组合冲压压实机械使用效益表平均费用(元／甜)机械类型传统施工冲压施工冲击压实机12．5(9．38)振动压路机1．73光路压路机0．870．20推土机2．2lf24平地机1．44O．41(0．27)合计6．2414．35(11．09)从表5．5中可得知，传统施工机械(压路机、推土机、平地机)使用平均费用为6．24元／m3：最佳组合冲击压实机械使用平均费用为14．35(11．09)元，m3。所以从机械使用平均费用来分析，传统施工远远低于冲击压实使用，按最佳组合施工，传统施工机械使用平均费用比冲击压实少8．11(4．85)元／m3，传统施工主要机械使用平均费用仅为冲击压实的43．5(56．3)％。2、时间效益分析从施工工期方面看，除去下雨耽误、做实验及平时因机械设备及试验人员调度不及时耽误时间，计入晚上加班时间，传统施工K15+980～K16+130段共3600m3共耗时5天，冲击压实施工K15+690～K15+915段共16686m3及K9+525K9+675段共6600m3分别耗时7．5天、3天时间。K15+980～K16+130段平均耗费时间为1．39天，千米3，冲击压实段平均耗费时间仅O．45天，千米3，约是传统施工的三分之一。37n第六章西塔高速公路冲击压实试验段试验结果一、西塔公路试验段概况1、西塔公路概况．西宁至塔尔寺高速公路，是西久公路的首段，也是西久公路的重要组成部分，是省会西宁通向贵德、果洛及四川阿坝地区的主要通道，也是通往佛教圣地塔尔寺的最主要通道。它的建成对西宁及青海省公路网的完善起着至关重要的作用。全线路基宽度为26米、四车道，大部分路段位于黄土地区。其黄土表现为黄土状土，厚约为20米，质地坚硬，致密，无大孔，具节理．有褐色小斑，中间无古土壤层，一般在第三纪红粘土之上。2、试验段概况为了更好地验证黄土地区路堤分层压实及地基处理能否采用冲击压实技术及其压实效果和效益如何；同时，为了使试验成果能更有效地指导全线施工，本区试验段选在西塔公路最具代表性的K17+620～K17+850段及K18+340～K18+600段。两试验段地基平均天然含水量分别为20．1％、23．9％，地质勘探表明，两试验段由于含水量过高等原因使两试验段地基均已形成湿软性黄土地基。试验段所在路段施工由四川路桥集团公司二处第三项目都负责t整个工期为18个月。两试验段长度分别为230米和260米，路基底宽约为40米，路基边坡为l：1．5，试验段填土高度在2．5～3．7米范围内。K18+340～K18+600段用冲击压实技术进行地基处理，而K17+620～K18+040段用强夯法进行地基处理。之后，分别按虚铺厚度为80cm、100cm一层进行冲击压实。两试验段除17+620～K17+850段第一层为夹杂大量风化岩块、碎石的土外，其余填料均为粘性黄土，其最大干密度为1．99／cm3，最佳含水量为14．1％，此土是全线90区使用最多的土。二、地基处理2．1施工方案西塔公路湿软地基处理施工方案跟西湟公路相似，此处不再叙述a2．2、地基处理主要试验结果及分析K17+620～K17+850段强夯处理地基的检测主要内容是压实度，检测结果见n表6．1。测点深度分层平均分层平均压实度含水量(CBI)(％)O～1591．321．235～5089．321．4135～15084．425．986．223．9235～25081．726。l285～30088．322．1335～35082．026．6由表6．1可以看出：强夯后的地袭下350cm平均压实度为86．2％，分层压实度最高为91．3％，最低为81．7％：层内平均含水量为23．9％，分层含水量最高为25．6％，最低为21．2％。此处的最佳含水量为15．0％。从上表可以看出，地基的天然含水量很高，平均高出最佳含水量约9个百分点。西塔公路K18+340～K18+600段冲击压实处理地基的检测主要内容是压实度、沉降及动态圆锥贯入Ⅸ强试验，检测结果见表6．2。表6-2西塔公路K18+340～K18+600段冲击压实处理地基垴果汇总表冲压测点深度分层平均DCP压实度含水量沉降遍数(cm)(cm>DⅣ平均击数(％)(次)(∞)O～1585．2原30～4584．8地60～7577．578．2面90～10571．9120～13571．40～1591．O30～4590．O1060～7589．285．620．68．926．73790～10578．7120～13579．10～1593．630～4590．52060～7585．583．11．923．24390～10575．8120～13570．2n续表6-20～1595．230～4589．93060～7587．489．94．719．74890～10585．9120～13591．3O～1590．330～4589．74060～7585．683．9—0．340．82490～10581．2120～13572．40～1590．130～4587．25060～7588．384．91．047．12l90～10585．0120～13573．8该地基的天然含水量平均为20．6％，高出最佳含水量约5个百分点。冲击压实过程中间有严重的“弹簧”及“翻浆”现象。由表6-2可以看出，原地基下120cm范围内的平均压实度为78．2％；当冲击压实10～50遍时，地基下120cm范围内的平均压实度分别为85．6％、83．4％、89．9％、83．6％、84．9％l地基在冲击压实后与原来相比，压实度有很大的提高，但是。地基的压实度并没有随着压实遍数的增加而增加，特别是到了后面20遍。地基的压实度反而降低了。当冲击压实10～50遍时，其沉降量分别为8．9cm、1．9cm、4．7cm、--0．3em、1．0CITI，累计沉降量为16．2cm。随着压实遍数的增加，沉降量表现不规则。前30遍的结果基本反应了地基下沉压实的情况：第40遍时，沉降量出现了负值，说明地基出现了反弹现象。到冲压第50遍后，地基又稍有下沉。当冲击压实10～50遍时，DCP试验击数值分别为37、43、49、24、2l击。前面30遍的结果基本反应了地基在冲击压实下，土体逐渐密实的情况：冲压到40、50遍时，DCP试验击数反而降低了15～27击，说明地基出现了反弹现象。从上面的检测结果来看。用冲击压实处理深度较大湿软性黄土地基是不太n合适的。但从上面压实度检测结果可见，在冲击压实后，地面以下80cm内各分层的压实度均在85％以上。从压实度、沉降及动态圆锥贯入DCP试验检测结果看来，当冲压到40、50遍时，地基反而出现反弹现象。所以用冲击压实技术处理湿软黄土地基时，其有效影响深度一般为$0em，压实遍数以30遍为宜。兰、路基分层冲压3．1施工方案路基分层压实施工方案与平阿公路基本相同，此处不再叙述。3．2分层冲压施工主要检测结果及分析为了更准确确定冲击压实的压实效果、有效影响深度及最佳检测方法，西塔公路试验段采用了多种检测方法，即压实度、沉降量及动态圆锥贯入DCP试验检测方法。其中K17+620～K17+850试验段第一层(虚铺厚度60era)采用压实度及沉降量检浏方法；K17+620～K17+850试验段第二层(虚铺厚度80cm)、第三层(虚铺厚度100cm)采用压实度、沉降量及动态圆锥贯入DCP试验。K18+340～K18+600试验段第一层(虚铺厚度80cm)、第二层(虚铺厚度100cm)采用压实度、沉降量及动态圆锥贯入DCP试验。两试验段冲击压实完成后，均在其顶面进行了回弹模量的检测试验。由于连续下雨地原因，K17+620,-。K17+850试验段第三层(虚铺厚度lOOcm)及K18+340～K18+600试验段第二层(虚铺厚度100era)的检测有些缺省，并且未达到预期效果。因此，以下分析中将其与其他分开分析。K17+620～K17+850试验段的第一层(虚铺厚度60cm)的填料是夹杂大量风化岩块、碎石的土，并且受原地面不平的影响，将原来予设的虚铺厚度为80cm改为虚铺厚度为60cm。该试验段冲压后压实度是用小桶灌砂法检测的。需要说明的是，传统的小桶灌砂法对夹杂硬岩块的土料盐实度检测本身具有很大弊端，检测结果带有很大的不确定性，并且对于该种填料目前还没台公认有效的检测方法。所以下面的分析中主要以沉降量分析为主。冲击压实前土体各赢压实度均按75％计：3．2．1主要试验结果两试验段主要试验结果见表6．3、6_4、6．5。4ln测点深度分层平均沉降DCP冲妊遍数压实度含水量DN平均击数(cm)(era)(％)(胁)(次)第0～1585．1——1030～4595．390．214．57．7层50～65虚O～1590．3铺2030～4582．986．613．82．0厚50～65度0—v1594．8603030～4586．790．313。lO．5厘50～650～1589．41030～458&084．817．86．012．378第—_50～6578．9一0～1592．6层虚2030～4588．O86．916．32．810．493铺50～6580．2厚0～1594．8度3030～4591．592．116．91．18．21128050～6590．1厘米O～154030～4550～650～151030～4570～85第0～15=2030～4586。185．919．O10．4一层70～8585．7虚0～15铺厚3030～45度70～851000～1592．9厘4030～4588．188．719．03．415．47l米70～8585．10～156030～4570～85n铡点深应分层平均沉降DCP冲压遍数压实度含水量平均击数(cm)(c脚)DN(％)(次)(mm)0～1589．21030～4585．885．014．85．411．88150～6580．1第——0～1592．4层2030～4589．O88．314．72．811．290虚铺50～6585．1厚0～1593．4度803030～4590．489．915．62．210．3100厘50～6585．8米0～1595．74030～4591．092．216．01．38．111850～6589．8O～1576．51030～4578．O76．614．970～8575．2O～1587．8第2030～4586．684．916．1——一70～8580．4层虚O～1585．0铺3030～4584．284．516．010．7108厚度70～8584．2100厘O～1579．8米4030～4579．819．32．48．99070～8579．9●0～1594．26030～4582．985．518．43．970～8579．5n表6．5西塔公路凰弹横量试验结果试验段序号E0值(MPa)弯沉值l29．190．818224．130．989327．180．878K17十620～K17+850451．570．463518．871．265611-192．133137．620．634239．240．608328．10O．849K18+340～K18+600433．940．703537．740．632624．450．9763．2．2试验结果分析3．2．2．1压实度检测结果分析以下只对虚铺厚度80cm的情况进行压实度分析。①冲题10遍后：士体表层(0～15cm)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了14．4％，K18+340～K18+600试验段提高了14．2％，平均14．3％，提高幅度很大；中间层(30～45em)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了11．o％，K18+340～K18+600试验段提高了10．8％，平均10．9％，提高幅度比表层稍小i底层(50～65cm)处压实度，K17+620～K1”850试验段提高了3．9％，K18+340～K18+600试验段提高了5．1％，平均4．5％，提高幅度最小。各分层土体均未达到压实度规范要求。两试验段的层内平均压实度分别提高了9．8％、10％，平均9．9％，层内平均压实度均未达到压实度规范要求。②冲压20遍后：土体表层(0～15cm)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了3．2％，K18+340～K18+600试验段提高了3．2％，平均3．2％．提高幅度很大：中间层(30～45em)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了2，O％，K18+34．0～K18+600试验段提高了3．2％，平均2．6％，提高幅度比表层稍小：底层(50～65cm)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了1．3％，K18+340～K18+600试验段提高了4．0％。平均2．6'／0，提高幅度与中问层相当：各分层土体均未达到压实度规范要求。两试验段的层内平均压实度分别提高了2．8％、3．3％，平均3．1％，层内平均压实度均未达到压实度规范要求。③冲压30遍后：土体表层(0～15cm)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了2．2％，K18+340～K18+600试验段提高了1,0％，平均1．6％，提高幅度很小；中间层(30～45cm)处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了3．5％，K18+340～K18+600试验段提高了1．4％，平均2．5％；底层(50～65cm)n处压实度，K17+620～K17+850试验段提高了9．9％，K18+340"--K18-+600试验段提高了0．7％，平均5．3％，提高幅度较大；KlT+620"--K17+850试验段各分层土体均已达到压实度规范要求，K18+340～K18+600试验段未完全达到压实度规范。两试验段的层内平均压实度分别提高了5．2％、1．8％，平均3．5％，层内平均压实度均达到压实度规范要求。④冲压40遍后：因为在冲压30遍后，K17+620～K17+850试验段各分层土体压实度及层内平均压实度均达到压实度规范，下面统计的只是K18+340～K18+600试验段的数值。土体表层(O～15em)处压实度，提高了2-3％：中间层(30～45cm)处压实度提高了0．6％；底层(50～65cm)处压实度提高了4．O％，提高幅度较大。试验段各分层土体均已达到压实度规范要求。层内平均压实度提高了2．3％，达到压实度规范要求。两试验段虚铺厚度为80cm各分层压实度增长规律见图6．1、6-2、6-3、6-4。分层压实度与压实遍数关系图图6_3K17+620～K17+850段虚铺80e．m平均压实度与压实遍数关系图圈8-2K18+340～K18+600段虚铺800m分层压实度与压实遍敦关系圈囤6-4K18+3,40～K18+600段虐铺80c,．m平均压实度与压实遍数关系图n从上面统计分析及图6-l～图6．4，可以得出如下认识：①在冲击压实的前lO遍内，土体平均压实度及各分层的压实度迅速增加，特别是表层；此后，平均压实度及各分层压实度的增长速度较缓慢。②如果将压实遍数等分成三段，那么在前段遍数内，表层的压实度增长最快；中间段遍数内，中间层的压实度增长最快；后段遍数内，底层的压实度增长最快。③冲击压实的影响深度随着压实遍数的增加而增加：④冲压30遍后，两试验段的平均压实度均达到了规范要求。3．2．2．2沉降量检测结果分析K17+620～K17+850试验段的第一层t虚铺厚度60crn，土中夹礓石料)在冲压10～30遍后，分计沉降量分别为7．7cm、2．0cm、0．5cm，累计沉降量为10．2cm。其中末次分计沉降仅占累计沉降量的4．9％，可以说明在冲压30遍后，土体已经达到密实状态。K17+620～K17+850试验段第二层(虚铺厚度80cm)在冲压10～30遍后，分计沉降量分别为6．8cm、2．0cm、1．1cm，累计沉降量为9．90n。其中末次分计沉降仅占累计沉降量的11．1％，可以说明在冲压30遍后，土体已经基本达到密实状态。K18+340～K18+600试验段第一层(虚铺厚度80cm)在冲压10～40遍后．分计沉降量分别为5．4em、2．8cm、2．2cm、1．3em，累计沉降量为11．7cm。其中末次分计沉降仅占累计沉降量的11．1％，可以说明在冲压40遍后，土体已经基本达到密实状态。各虚铺层的沉降量坐标图见图6．5、6．-6、6．7、总累计沉降坐标图见图6．8。从上面的统计及图6．5～图6—8，可以得出如下认识：①虚铺为60era的累计沉降量与虚铺为80crn的累计沉降量接近：⑦两试验段各虚铺厚度的平均末次沉降量基本在累计沉降量10％之内。③第一个lO遍的沉降是最大的，大约是第二个10遍沉降的2倍。图瞄K17+620～K17+850虞铺80e,m分计沉降与压实遍数关系圉圈争6K17+620～K17+850虚铺800ln分计沉降与压实遍数关系图n田6_7K18+340～K18+800虚铺80e,m圈8_8各虚铺卑度总累计分计沉降与压实遍数关系圈沉降柱状对比圈3．2．2．3D11P、回弹模量检测结果及分析K17+620～K17+850试验段第二层(虚铺厚度为80c-m)在冲压10～30遍后，DCP平均击数由78击增加至112击；K18+340～K18+600试验段第一层(虚铺厚度80cm)在冲压10～40遍后，DCP平均击数由81击增加至118击；DCP检测结果基本反映了随着冲压遍数的增加土体逐渐密实的情况。K17+620～K17+850回弹模量平均值为27．02MPa，弯沉平均值为1．091：K18+340～K18+600段处回弹模量平均值为33．52MPa，弯沉平均值为0．734。3．2．3两试验段虚铺厚度lOOem试验结果分析说明当进行到虚铺lOOcm冲击压实试验时，由于连续降雨，导致了该层试验未达到预期效果，下面将其过程简述如下：(其中数据是各个探坑检测结果，而不是各探坑的平均结果。)K17+620～K17+850段第三层，填土100cm后，由于连续的降雨，路基的含水量很大(一般大于18％)，为了降低路基的含水量，予9月25日用推土机对其进行了翻晒，9月29日对其冲击压实了20遍。路面下深度0～20cm的压实度变化范围为75．5％～91．7％；深度20～50cm的压实度变化范围为83．4％～88．1％，平均压实度85．9％，平均含水量19．00A。后来又对其进行了20遍的压实，各分层平均压实度基本还可以，但各探坑点的差异较大。在两次进行探坑试验中，检测到含水量平均达到19％。因天气原因，沉降量及DCP试验只在第二次试验时做了。不便于分析。总之，该层试验因含水量太高，压实度等均末达到预期效果。K18+340～K18+600段第二层，路基填料100cm厚度已经完成。冲击压实30遍后．因连续降雨部分路段含水量高，9月19日用推土枫对含水量大的部分进行了翻晒，9月22日对其冲击压实了10遍(共40遍)，路面下深度30～50cmn的压实度变化范围为74．0％～84．9％：深度60～80cm的压实度变化范围为72．4％～83．9％，平均压实度79．s％，平均含水量19．3％。因冲击压实后表面有20～30cm厚的硬壳层和部分翻浆地段，于9月25日用推土机对翻浆的部分进行了翻晒，并对其硬壳层进行了松动。由于施工机械的原因，松动的效果不太理想。9月28日对该试验段冲击压实了20遍(共60遍)，表面下深度0～20em的压实度变化范围为91．7％～98．5％，深度30～50cm的压实度变化范围为75．O％～87．O％，深度60～80cm的压实度变化范围为77．6％～82，3％，平均压实度85．8％，平均含水量18．4％。从上面的统计可以知道，在冲压前30遍时。由于含水量稍低，检测结果基本反应了土体逐渐密实的情况。但是到了后来，由于含水量明显增加，压实度反而降低了，DCP试验结果也反应这种反弹现象。根据试验段100cm路基填方日前的旌工情况，原先拟定的120em填方的压实度将很难达到要求，为减少不必要的损失，经试验人员研究决定，放弃原先计划的120era填方冲击压实试验。两试验段的虚铺厚度为lOOem层虽未达到预期效果，但是从反面可以得到如下认识：①用冲击压实技术进行粘性土的分层填筑时，虚铺厚度一般不宜高于80era。因为虚铺厚度超过80era时，一旦遇到连雨，便会使土体的含水量急剧增高，在土体内形成软弱层，使冲击压实无法正常进行；其次，粘性土一旦含水量增高，其表层容易形成硬壳而使其水分蒸发不易，不利于冲击压实施工。②用冲击压实技术进行粘性土的分层填筑时，含水量应控制在最佳含水量的1．5个百分点以内，并且宜低不宜高。四、效益分析4．1、地基处理效益分析4．1．1经济效益分析以下地基处理的经济效益分析主要是将冲击压实技术处理与强夯法处理进行对比，见表6_6。从表6．6可以看出，强夯法处理地基的平均机械费用为19．78元／m2，冲击压实法平均机械费用为15．3元，m2。西塔公路K18+340～K18+600冲压处理湿软性黄土地基时的结论为：一般的有效处理深度为80era，冲压遍数以30遍为宜。按上结论推算，则冲击压实平均机械费用为7．65元r,／m2，与强夯法比较，具有明显的经济效益。48n——＼压实路段K17+620～K17+040K18+340～K18+600项目～—＼(强夯)(60遍冲击压实)单价(元／Ⅲ2)19．780．25面积(舻·遍)420×379620×60费用(元)307381．2144300平地机费用(元)}816×3洒水车费用(元)j105．5合计(元)307381．2146853．5单位面积平均费用(元／矿)19．7815．3备注K18+240～K18+600段冲压面积均按360X37m2计4．1．2冲击压实与强夯的时间效益对比分析试验段地基处理期间，除去试验、人员机械调度及雨天等其它因素所耽误的时间，klT+620～klS+040强夯处理段，共耗时20天，每天处理面积约为777m2／天：k18+340～k18+600冲击压实处理段，共耗时4天，每天处理面积约为2405m2／天。强夯法每天处理地基的数量约是冲击压实技术的I／3。因此，从施工工期考虑，冲击压实法是处理浅层地基的一种较好的方法。4．2、路基分层填筑效益分析4．2．1经济效益分析冲击压实对路基分层填筑的经济效益分析是通过对冲击压实和传统施工机械台班费用的对比进行的。由于连日阴雨导致了虚铺厚度为lOOcm层未能达到预期的效果，对某一试验段单一土层进行经济效益比较分析，势必会产生不准确的结论。在假定同样体积的土需要的运输工具及挖掘机的台班数相同的条件下，对两处冲击压实试验段全部填方的总费用和平均费用进行比较和分析，并给出相对宏观的经济效益评价。机械使用费用见表6．7。(各种机械的单价均按设计文件计)。表卜7传统施工与冲压施工机械使用效益表总费用(元)平均费用(元／m3)机械类型冲压施工传统施工(35631m3)(9128m3)冲压施工传统施工冲击压实机427885}12．0lf压路机1388l33050O．393．62推土机2438114706O．681．6l平地机27662．412321．6O．781．35洒水车659．4247．9250．02O．03合计49380960325．513．866．61n从上表中可以得知，传统施工平均机械(压路机、推土机、平地机、洒水车)使用费用6．61元／m3，冲击压实试验段平均机械(冲击压实机、压路机、推土机、半地机、洒水车)使用费用为13．86元，m3，为传统施工平均机械使用费用的2．1倍。4．2．2冲击压实与传统施工的时间效益对比分析从施工工期方面看，除去下雨，做实验及平时机械设备、人员调度的不及时耽误的时间，计入加班时间，传统施工K16+600～K16+800段(9128m3)，共需lO天，平均耗时O．912天／千米3；冲击压实施工段K17+620～K1”850段和K1$+340～K1$+600段(合计3563lm3)，共需12天，平均耗时0．337对千米3，约是传统施工的三分之一。n一、地基处理第七章综合分析与讨论本课题主要研究冲击压实技术对湿陷性及湿软性黄土地基处理效果。依托的试验段为：西湟公路K20+673~l(20+873段湿陷性黄土地基、马平公路K49+200～K49+480湿陷性黄土地基、西塔公路K17+620～K18+040段及K18+340～K18+600段湿软性黄土地基，其中西塔公路K17+620～K18+040段湿软性黄土地基采用强夯法处理与冲击压实处理进行效果对比。1．1、试验总结1．1．1西湟公路湿陷性黄土地基处理试验总结西湟公路湿陷性黄土地基采用冲压处理，当冲压遍数由10遍增加到30遍后，地表下80cm以内平均压实度由84．2％提高到93．4％，达到了压实度规范要求；而80cm～120cm内平均压实度仅仅由77％提高到79．6％。冲压30遍后的分计沉降量很小，仅为总累计沉降量的10％。冲压前后，孔隙比在80cm以内有明显的降低，平均降低t6．33％；80cm以下无明显变化，平均仅仅降低2．8％。压缩系数和压缩模量的影响深度也在80cm左右，压缩系数最大减小幅度为48～74％。从消除湿陷性来看，80cm深范围内的土体在处理后湿陷性基本消失，80cm之下仍有湿陷性存在。静力触探表现为贯入阻力在0．8～1．0m以下几乎没有变化。根据以上试验结果，可以初步得出冲击压实法处理湿陷性黄土地基的有效影响深度在80cm左右，冲压遍数以30遍为宜。1．1．2马平公路湿陷性黄土地基处理试验总结马平公路湿陷性黄土地基采用冲压处理，当冲压遍数达到30～40遍时，地基的下沉量及相应地表80cm内土体平均压实度达到91％。沉降量在30遍后已经很小，小于总累计沉降量的10％。从消除湿陷性来看，80era深范围内的土体在处理后湿陷性基本消失，80era之下仍有湿陷性存在。静力触探表现为贯入阻力在O．8～1．0m平均弹性模量已达到80MPa，以下几乎没有变化。土体已经形成连续、均匀、密实的加周硬层。根据以上试验结果，可以初步得出冲击压实法处理湿陷性黄土地基的有效影响深度在80cm左右，冲压遍数以30～40遍为宜。1．1'3西塔公路湿软性黄土地基处理试验总结西塔公路K18+340～K18+600段是湿软黄土地基．其湿软深度达5米以上，5In地基的天然含水量为20．6％，高出最佳含水量约5个百分点，冲击压实过程中“弹簧”及“翻浆”现象严重。从试验检测结果来看，整体效果不理想，只有地表以下80cm以内各分层土体的压实度始终在85％以上，80em以下效果很差。西塔公路K17+620～K18+040段地质状况跟西塔公路K18+340～K18+600段相近，是典型湿软黄土地基，强夯后地表下350cm内平均压实度为86．2％。1．2、关于冲压处理湿陷性黄土地基处理讨论冲击压实和强夯法处理地基的原理都是用一定的冲击能量使土体里的水分扩散固结并挤密压实土体而达到加固士体的目的。因此其有效影响深度与冲击能量的大小有密切相关，冲击能量大，有效影响深度大。从前面处理检测效果来看，强夯因为冲击能量大，有效影响深度达350cm。而采用冲击压实技术处理的其他三试验段，压实度、湿陷性、沉降量及孔隙比等指标均表明，在地基土表面80cm以内，冲压前后各种指标数值的变化很大，并在冲压约30遍后，各种指标均能达到要求。而在80cm以下，冲压前后各种指标数值的变化很小，并且大多数不能达到要求。结合前人研究成果，可以得到如下结论：冲击压实技术只适合于浅层湿陷性及湿软性黄土地基的处理，且其有效影响深度一般不超过90cm，冲压遍数以30遍左右为宜。二、路基分层冲压路基分层冲压是本课题研究的重点，试验段分别平阿公路最有代表性K蚪525～K9+675段及K15+690～K15+915段和西塔公路最有代表性K17+620～K17+850段及K18+340～K18+600段。西塔公路两试验段进行虚铺100era试验时，因连日阴雨及雨后暴晒，致使粘性土填料表层以内含水量高于最佳含水量4～5个百分点不能蒸发而形成表层硬壳、内部软弱的土层，冲压时翻浆现象严重，效果不佳，故其实验检测结果未做综合分析。下面数据为西塔及平阿公路的各虚铺厚度平均数值。l、压实度总结分析及讨论下面的压实度数据中，西塔公路K17+620～K17+850的第一层填料为土石混合物，目前对于土石混填的检测，还没有统一标准。这次试验用的小桶灌砂法检测，使检测结果误差很大，因此在压实度分析中未将其列入，分析时仅将其他虚铺厚度的实验检测结果综合分析。不同压实遍数下各虚铺厚度压实度结果见表n7-1。根据表7-I作坐标图7-1、7-2、7-3及74。冲压测点深度分层平均测点深度分层平均压实度冲压遍鼓压实度遍数(cm)(％)0～1585．110O～1589．110遍30～4595．390．2遍30～4585．585．950～6580．1虚O～1590．30～1592．5铺20遍30～4582．986．6铺20厚50～65厚遍30～4588．488．2度50～6583．70～1594．80～1593．86030遍30～4585．790．38030厦厘遍30～4591．591．2来50～65米50～6588．30～1595．840遍30～454030～4594．494．750～65遍50～6593．70～1592．20～159I．720遍30～4588．087．82030～4588．385．370～8583．6遍60～7582．30～1594．190～10578．740遍30～459L990．OO～1594．470～8584．04030～4593．188．90～1595．6遍60～7585．7虚50遍30～4593．092．4虚90～10582．2铺70～8588．6铺0～1596．7厚0～1596．6厚度60遍30～4594．394．1度5530～4594．491．210070～8591．4120遍60～7589，7厘90～10584．1米0～1597．7米6530～4595．493．3遍60～7591．790～10588．50～1597．97530～4595．694．3遍60～7592．290～1059l-453n豳7-1虚铺80aa分屡压实度与压实遍数关系图图7-3虚铺t20uⅫ分层压实度与压实遍数关系图1．1分层压实度图7-2虚铺tOOe．m分层压实度与压实遍数关系图图7-4备虐铺厚度平均压实度与压实遗敷关系图从表7．1及图7．1、7．2、'7-3可以得出如下认识：①在冲击压实的前约10遍内，各分层土体的压实度迅速增加，特别是表层；此后，各层土体的压实度的增长速度较缓慢。②如果将压实遍数等分成三段，那么在前段遍数内，表层土体的压实度增长最快；中间段遍数内，中间层土体的压实度增长最快；后段遍数内，底层土体的压实度增长最快。③冲击压实的影响深度随着压实遍数的增加而增加；在要求备分层压实度均达到规范要求情况下，虚铺厚度为80cm时，冲压40遍压实度达到要求：虚铺厚度为100cm时，冲压60遍压实度达到要求；虚铺厚度为120cm时，冲压75遍压实度达到要求。在各分层压实度均达至日规范要求情况下，大体上，当虚铺厚n度每增加20cm时，冲压遍数也需增加约20遍。所以当分别以虚铺厚度80cm，lOOcm，120cm一层来填24米高且表面积相同的路基时，用80cm～层进行填筑共需1200遍，用lOOcm一层进行填筑时共需1440遍，用120cm一层进行填筑时，共需1600遍。所以虚铺厚度为80cm，冲压40遍为最佳组合。2．2平均压实度由表7-l及图74可以得出如下认识：①在冲击压实的前约lo遍，层内平均压实度迅速提高，此后，增长速度较缓慢，并且在中间和后面遍数段内，增长速度相对均匀。②在虚铺厚度为80cm时，冲压30遍压实度达到规范要求；在虚铺厚度为100cm时，冲压40遍后压实度达到规范要求：在虚铺厚度为120cm时，由40遍及55遍情况可以推算出，冲压50遍后压实度达到规范要求。由此可以推出，在只要求层内平均压实度达到规范要求情况下，大体上，当虑铺厚度每增加20cm时，冲压遍数也需增加约lO遍。所以当分别以虚铺厚度80cm。lOOcm，120cm一层来填24米高且表面积相同的路基时，用80cm一层进行填筑共需900遍，用lOOcm一层进行填筑时共需960遍，用120cm一层进行填筑时，共需1000遍。所以虚铺厚度为80cm，冲压30遍为最佳组合。2、含水量总结分析及讨论平阿公路两试验段第一层、第二层填料均为黄土地区粉质细粒土，K15+690～K15+915段第三层填料为黄土中间夹杂砂粒的砾类±：在冲击压实的过程中，两试验段第一层、第二层的含水量基本上低于最佳含水量2．0个百分点以内，K15+690～K15+915段第三层含水量基本为最佳含水量。从冲击压实效果看来，对于黄土地区的粉性细粒土，当含水量低于最佳含水量2．0个百分点以内时，冲击压实能达到预期的效果，影响不大。西塔公路虚铺厚度为80cm及lOOcm层的填料为黄土地区粘性土，在虚铺厚度为80cm时，含水量基本控制在最佳含水量1．5个百分点以内，冲压的效果也很好；在虚铺厚度为lOOcm时，由于连续降雨的原因，使土体的含水量超过最佳含水量4~5个百分点从而使冲压时出现严重的翻浆现象，压实度未达到预期效果。因此，在黄土地区粘性土进行冲击压实旌工时，含水量对压实效果很重要，一般应控制在1．5个百分点以内，且宣低不宜高。3，沉降量总结分析及讨论沉降量综合统计结果见表7-2。n虚铺厚度(cm)10遍20遍30遍40遍50遍55遍60遍65遍75遍累计607．72．OO．510．2806．63．32．21I313．410012．36．12．21．221．81208．74．42．91．70．917．6从表7-2可知，由于各试验段填料压缩性不一样。各层的累计沉降量差别较大。从备层沉降量检测结果来看，可以得出如下规律：①虚铺为60cm时，前20遍的沉降量占累计沉降量的95．1％，最后10遍的沉降量占累计沉降量的4．9％；虚铺为80cm时，前20遍的平均沉降量占累计沉降量的77．3％，最后lO遍的沉降量占累计沉降量的10．5％；虚铺为100cm时，前20遍的平均沉降萤占累计沉降量的56．6％，最后lO遍的沉降量占累计沉降量的5．1％；虚铺为120cm时，前20遍的平均沉降薰占累计沉降量的49．9％，最后10遍的沉降量占累计沉降量的5．1％。由此可见，沉降量主要集中在前20遍，占到累计沉降量的一半以上，并且随虚铺厚度的减少而增大。而最后lO遍的沉降量仅占累计沉降量的10％以下。②冲压10遍后的沉降量最大，大约是冲压第二个10遍沉降量的2倍。⑧将累计沉降量与压实遍数制成坐标图(如图7-5)，各虚铺厚度均为一条经过原点的近似向下抛物线的左半部分，经回归分析(如图7-6)，其误差最大也只有1．3％。图7_5各虚铺厚度沉降量与圈7-6各沉降量与压实遍数曲线压实遍数关系图二次回归曲线图4、DCP、回弹模量总结分析及讨论由于连续下雨的原因，西塔路的虚铺100cm层的试验均获得预期效果。n因此其结果未列入。DCP及回弹模量统计结果见表7-3、表7-4。l虚铺厚度(cm)10遍20遍30遍40遍50遍60遍I807893105120I1008098111124试验段序号E0值(MPa)弯沉值l31．700．754233．680．709329．79O．80l442．720．559K9+525～K9+675531．∞0．753634．890．684730．170．791833．940．703l33．940．703K15+690～K15+915228．1l0．849339．450．605在虚铺厚度为80cm、冲压遍数由lO遍增到40遍时，DCP平均击数由78击增加到120击；当虚铺厚度为lOOcm、冲压遍数由20遍增加到60遍时，DCP平均击数由80击增加至124击。DCP检测结果基本反映了随着压实遍数的增加土体逐渐密实的规律。平阿公路K9+525～Kg+675处回弹模量平均值为33．57MPa，弯沉平均值为O．719，平阿公路K15+690～K15+915处回弹模量平均值为33．83MPa，弯沉平均值为O．719，均达到设计要求；各测点的回弹模量及弯沉值也基本达到设计要求。5、质量控制及检测方法讨论在试验中，为了寻找一种简单而准确有效的检测方法，本课题选择了几种检测方法，压实度检测、沉降量检测及DCP检测，以压实度检测为主，沉降量为辅，DCP检测为参考。从检测的情况来看，压实度检测是最原始的，但也是最准确的，是目前规范规定的检测路基压实是否达到要求的最主要标准。但是在冲击压实施工中。因为填土的厚度比较大。在检测时，需要在路基表面往下挖65～105cm的探坑，并n且还要分层检测，这样不仅费力，而且费时。沉降量的检测相对于压实度的检测来说就容易操作多了，从上面的检测结果不难发现，在压实度检测达到规范要求的情况下，末次分计沉降量(即冲压最后10遍的分计沉降量)均小于累计沉降量的10％。因此，在冲击压实施工中，可以辅用最后10遍分计沉降量小于累计沉降量的10％来作为质量控制和检测手段。DCP基本上能反映了土的密实情况。但其要求土质均匀且不含砂石杂质。其次对于不同的土体，其最终的击数均不相同，很难制定统一的标准，是一种还不成熟的检测方法。鉴于以上情况，本课题认为在冲击压实施工中以冲压遍数为主要的质最控制指标，同时参考用用最后lO遍分计沉降量小于累计沉降量的10％来作为质量控制和检测手段。6、牵引速度讨论从理论上讲，冲击压实机牵引速度越快，冲击压实的效果越好，但是从实际操作的情况看来，冲击压实的牵引速度受多方面的限制。①司机舒适程度：在场地整平后刚开始压实时，由于场地平坦，牵引速度可以加快，一般稍大于12Km／h。但随着压实遍数的增加，地面的不平整度加大。车身的颠簸程度也随之加大，为了正常行使，司机不得不降低速度。否则司机在车上无法坐稳，车身甚至会跳起来而颠覆{②在有坡的情况下，下坡时的牵引速度较大，上坡时受马力的限制，其速度可能会降低；③牵引速度与填料压缩性有很大的关系，压缩性较小的填料，牵引速度可以较大；压缩性较大的填料，牵引速度较小。总之牵引速度主要受司机的舒适程度、车身条件及冲压工作面的平整程度等因素的影响。司机在能正常操作的情况下，应尽量加大牵引速度。三、施工工艺冲击压实的施工工艺总的来讲是比较简单的，可以按照前面几章所述来进行，但在冲压施工的过程中应注意如下几点；①含水量应保持在最佳含水量附近；n②受冲击压实机的机型限制，被冲压的路基长度不小于120m，宽度不小于15m：⑧每一层冲压前，应先沿路基边沿冲压5遍左右，以减少在冲压过程中冲击能对路基的侧向挤压作用。④用冲击压实机进行路堤边沿压实时，速度应稍慢，否则可能引起车身滑出路堤：⑤冲压时应注意轮迹的连续性，特别是调头处，不要预留空白带而影响压实效果；⑥受冲击压实机的机型限制，冲击压实机不宜作为构造物两端3～5米内的压实。构造物两端路段，在冲压过后，应采用传统压路机或强夯等方法进行补压，以确保构造物两端的压实度。四、效益情况地基冲压处理及路基的分层冲压的经济效益及时间效益的研究主要是通过与传统施工的对比分析而开展的。本课题对平阿公路及西塔公路的冲压施工时的主要机械台班做了详细的记录，并根据设计文件将其转化为单价。本课题同时对平阿公路及西塔公路的按正常施工试验段的主要机械台班做了详细的记录，并根据设计文件将其转化为单价，与冲压施工形成对比。l、效益总结分析第五章已经总结了平阿公路路基分层填筑在租用冲击压实机的情况下，传统施工机械(压路机、推土机、平地机)使用平均费用为6．24：元VJm3．冲击压实最佳组合施工时机械使用平均费用为14．35(11．09)元／1"113(括号内是在只要求平均压实度达到规范要求情况下的数据，括号外数据是在要求各分层压实度均达到规范要求情况下的数据，下面也是)。传统施工机械使用平均费用比冲击压实少8．11(4．85)元，m3，仅为冲击压实的43．5(56，3)％。从施工工期方便看，除去下雨耽误、做实验及平时因机械设备及试验人员调度不及时耽误时间，计入晚上加班时间。传统施工平均耗费时间为1．39天，千米3，冲击压实段平均耗费时间仅O．45天仟米3，约是传统施工的三分之一。西塔路冲击压实地基处理的经济效益分析主要是将冲击压实技术处理与强夯法处理进行对比，得出结果为：强夯法处理地基的平均机械费用为19．78元，m2，n冲击压实法平均机械费用为15．3元／m2。按冲压处理浅层湿软黄土的有效处理深度为80cm、冲压遍数以30遍计算，则冲击压实平均机械费用为7．657rVm2，与强夯法比较，具有明显的经济效益。强夯法每天处理面积约为777m2，冲击压实每天处理面积约为2405m2，强夯法每天处理地基的数量约是冲击压实技术的三分之一。冲击压实在西塔公路试验段展开时，由于期间阴雨连绵，再加上施工机械故障及调配不及时，耽误了很多时日，试验进行不顺利。对某一试验段单一土层进行经济效益比较分析，势必会产生不准确的结论，因此分析时采用了较宏观的结果。第四章已经总结了在租用冲击压实机的情况下，传统施工平均机械(压路机、推土机、平地机、洒水车)使用费用6，61元／m’，冲击压实试验段平均机械(冲击压实机、压路机、推土机、半地机、洒水车)使用费用为13．86元／m3，为传统施工平均机械使用费用的2．1倍。从施工工期方便看，除去下雨耽误、做实验及平时因机械设备及试验人员调度不及时耽误时间，计入晚上加班时间，传统施工平均耗时O．912天，千米3．冲击压实段平均耗时O．337天／千米3，约是传统施工的三分之一。2、效益讨论从西塔公路及平阿公路的经济效益分析中我们可以看出，冲击压实施工的费用之所以高出传统施工很多，那是因为在试验期间是租用了北京欣路特公司冲击压实机而导致了其使用费用太高。如果施工单位自己能购置机械，那结果又是另外一番景象。冲击压实机压冲压时一般行使速度为12Km&，处理深度及冲压遍数为80cm、40(30)遍(按最佳虚铺厚度与最佳遍数的组合计)，压实轮为2．0米宽；而传统的压路机压实时的行使速度为3～4Km／h，处理深度及碾压遍数为300m、8遍，压实轮为2．0米宽。因此平均一小时，冲击压实机能处理土体的体积分别是传统压路机的1．83(2．43)倍。而一台冲击压实机的买进价格约78万元，而一般压路枫买进价格约36万元，再加上使用寿命、修理费及燃料费．冲击压实机平均每小时的使用费用约是传统压路机的2．5倍。所以对于相同体积土体，冲击压实机的使用费用约是传统压路机的1．37(1．03)倍。平阿公路传统压路机费用为2．6：元／m3(振动压路机与光轮压路机之和)，按照前面分析计算，如果施工单位自己购置冲击压实机，则其使用费用应该为60n3．56(2．68)元，m3。按照这个单价再拿平阿公路冲击压实施工与传统施工所记录台班单价进行比较，见表7-5。』×平均费用(元／m3)机械类型＼传统施工冲压施工冲击压实机3．56(2．68)振动压路机1．73光轮压路机0．87O．20推土机2．201．24平地机1．44o．4l(0．27)合计6．245．50(4．39)从表7-5可以看出，冲击压实施工各种机械使用费用总和为5．50(4．39)元／m3，比传统施工少0．83(1．85)元／m3，是传统施工的88．1(70．4)％。西塔传统压路机费用为3．61Tr_Jm3(振动压路机)，按照前面分析计算，如果施工单位自己购置冲击压实机，其使用费用应该为4．95元／m3。按照这个单价再拿西塔公路冲击压实施工与传统施工所记录台班单价进行比较，见表7-6。、＼费用指标平均费用(元／m3)机械类蟊＼冲压施工传统施工、＼冲击压实机4．95，j压路机0．393．62推土机0．681．61平地机0．781．35洒水车O．02O．03合计r6．806．6l从表7-6来看，冲击压实施工各种机械使用费用的总和为6．80元／m3，与传统施工相当·上面的分析只是对整个冲压旖工的宏观分析，并且冲压施工期间由于阴雨连绵而导致了机械使用比在正常情况下多，如果按照最佳组合在正常情况下冲压施工，其费用必然会比传统施工要少。’从施工工期方面看，西塔公路及平阿公路的结果仅仅是在试验段上得到的，试验段受经济条件及地形条件的影响，面积不大。如果能进行大面积冲击压实施工，那么其施工费用及工期还会减少、缩短。6ln所以，如果施工单位自己能购置冲击压实机械，冲击压实施工不仅能节约三分之二工期，还能节约经费。n一、主要结论第八章主要结论与几点建议本课题针对冲击压实技术在青海黄土地区湿陷性、湿软性黄土地基处理及路基分层冲压施工中的应用开展了广泛的资料调研及现场试验，全面地分析了各种因素及其规律。对青海地区黄土及各依托工程沿线黄土进行了分析和评价；对西湟、马平、西塔及平阿公路的冲击压实技术施工试验方案、地基处理效果、路基分层冲压效果、质量控制手段及检测方法、经济效益和时间效益等进行了评价、分析、计算及综合总结，得出如下主要结论：1、青海地区黄土多为非自重湿陷性黄土，湿陷性较明显，有时湿陷性与软弱性并存，湿陷等级多为I～Ⅱ级。湿陷性土层厚度从l到lO余米不等。其分布连续性差，一般不成片，在湟水河、大通河流域，多呈岛状分布。2、冲压旌工工艺①每一层第一次冲压时，应先沿路基边沿冲压5遍，以减少压实过程中路基侧向变形；进行路堤边沿压实时，速度应稍慢，否则可能引起车身滑出路堤；②在每次冲压之前，完成各项检测任务；然后，视实际情况进行场地整平、洒水，再进行下一轮的冲压，直到达到要求。③当每一层冲压完成后，用光轮压路机静压1～2遍，以确保表层的压实度，然后再进行下一层的上土。④含水量对压实效果很重要，对于黄土地区的粉性细粒土，施工时含水量应控制在最佳含水量2．0个百分点以内；对于黄土地区的粘性土一般应控制在1．5个百分点以内，且宜低不宜高。⑤牵引速度主要受司机的舒适程度、车身条件及冲压工作面的平整程度等因素的影响，司机在能正常操作的情况下．应尽量加大牵引速度。受冲击压实机的机型限制，被冲压的路基长度不小于120Ⅲ；宽度不小于15m。⑥冲压时应注意轮迹的连续性，特别是调头处。不要预留空白带而影响压实效果；⑦受冲击压实机的机型限制，冲击压实机不宜作为构造物两端3～5米内的压实。构造物两端路段，在冲压过后，应采用传统压路机或强夯等方法进行补压．以确保构造物两端的压实度。n3、湿陷性及湿软性黄土地基处理采用冲压技术进行湿陷性黄土地基处理时。其有效处理深度～般不超过80cⅧ，冲压遍数以30遍为宜。因此，冲压技术只适用于浅层湿陷性及湿软性黄土地基处理。4、路基分层冲压①在整层压实度均达到规范要求情况下，虚铺厚度80cm时，冲压40遍达到要求；虚铺厚度lOOcm时，冲压60遍达到要求；虚铺厚度120cm时，冲压75遍达到要求。大体上，当虚铺厚度每增加20cm时，冲压遍数也需增加约20遍。所以虚铺厚度为80cm冲压40遍为最佳组合。②在只要求平均压实度达到规范要求情况下，在虚铺厚度80cm时，冲压30遍达到规范要求i在虚铺厚度lOOcm对，冲压40遍后达至Ⅱ规范要求；在虚铺厚度120cm时，冲压50遍后达到规范要求。大体上，当虚铺厚度每增加20cm时，冲压遍数也需增加约10遍。所以虚铺厚度为80cm冲压、30遍为最佳组合。5、质量控制手段及检测方法压实度检测准确但操作难度大；I)CP是一种还不成熟的检测方法。沉降法操作相对容易，且其检测效果基本与压实度一致，当末次分计沉降小于累计沉降的10％时，压实度便达到要求。因此大面积施工时，在以压实遍数作为主要控制手段的同时辅以用末次分计沉降小于累计沉降的10％作为压实质量控制指标。6、效益情况①在租用冲击压实机的情况下，相同体积土体在达到相同压实度，冲压施工各种主要机械的费用约为传统施工的2倍；如果施工单位自己能购置冲击压实机，与传统施工相比，则冲压施工能节约1／8～1／4的费用。②从施工工期方面看，除去下雨耽误、做试验及平时因机械设各及试验人员调度不及时耽误的时间，冲压施工工期约是传统施工的三分之一。因此施工单位自己购置冲击压实机，与传统施工相比较，冲击压实技术不失为一种既节约资金又能大量缩短工期的先进施工方法。二、几点建议我国在今后约二十五年期间内，规划了以“五纵七横”高速公路及西部大开发八条新干道及其相应的公路网建设的宏伟蓝图，为道路建设者提出了光荣而艰巨的任务。同时，机场建设也处于不断发展的阶段。这种形势为冲击压实技术的发展提供了广阔的空间与光明的前景，冲击压实技术必将有很大的发展。本研究n认为冲击压实技术今后应朝以下方向发展：1、尽快实现冲击压路机的国产化，把更多的冲击压路机装备到施工部门；2、加强冲压机理的研究：一是冲击与振动迭加作用理论；另一是各种土质冲压理论特别是高含水量粘土、软土中水分排出固结的理论，用以指导实践；3、加强冲压技术在各种专业领域、各种工程项目以及不同工程地质条件下工艺方法的总结与研究，使今后的设计、施工人员有章可循；4、提出冲击技术的检测标准；5、组织冲压技术的标准、规范编写，其中包括设计规范、施工、验收规范及概算定额。。n主要参考文献l、沙庆林，公路压实与压实标准，人民交通出版社，1998：2、公路路基试验规程，人民交通出版社，1996；3、公路土工试验规程，人民交通出版社，1995；4、高大钊，地基加固新技术，机械工业出版社，1999；5、阎小波，高等级公路湿陷性黄土路基处理技术研究，长安大学硕士论文，2001：6、周志军，强夯处理黄土路堤的研究，长安大学硕士论文，2001：7、山西宣大高速公路冲击压实检测报告：8、八达岭高速公路冲击压实检测报告；9、杨世基，冲击压实技术在路基工程中的应用，公路，1999；10、杨世基等，冲击压实粗粒土路基，公路交通科技，1999{11、苏新国等，冲击压实技术在混凝土路面改建工程中的应用，、公路，2002；12、史保华等，冲击压实技术在机场工程软基处理中的应用研究，中国公路学报，2001；13、何兆益等，冲击压实技术在万州机场高填方填筑中的应用研究，重庆交通学院学报，2001：14、苟桂枝等，冲击压实机压实效果的理论分析，公路。2001：15、齐诚等，冲击压实技术在中国的应用与前景，1999；16、张勇等，冲击压实机在盐兴路改造工程中的应用，公路交通科技，2001；17、冲击压实机在公路和机场施工中的应用，MichaelPinard，JHStrydom。66