2湿陷性黄土路基施工工法(合)

1、湿陷性黄土路基施工工法GGG （中企）A2002-2008李海鹏程五胜方劲松祁鹏喻进全彭河宽钟才根雷雨亮杨勇（安通建设有限公司北京市海龙公路工程公司）任世杰于建军李岩陶帅任睿铁（中铁九局集团有限公司）1前言黄土是第四纪形成的沉积物，是一种具有大孔隙、高压缩性 和湿陷性的特殊粘性土；黄土的物理性质表现为疏松、多孔隙， 垂直节理发育，极易渗水，且有许多可溶性物质，很容易被流水 侵蚀形成沟谷，也易造成沉陷和崩塌，在我国分布很广，总面积 达63万km2e根据湿陷性大小，黄土分为湿陷性黄土和非湿陷 性黄土。湿陷性黄土又可细分为自重和非自重湿陷性。从力学性 质角度分析，黄土变形分压缩性变形和湿陷性变形。前

2、者是指黄 土在荷载作用下且含水量不变情况下所产生的垂直变形；后者指 在荷载和浸水共同作用下，由于结构遭受破坏而发生的垂直变 形，这是黄土的重要性质。1.1 黄土的结构特征及湿陷机理黄土具有大孔隙、竖向节理等特征。我国黄土的显微结构有 明显的区域性变化规律，由西北部的粒状架空接触式结构逐渐过 度到东南的凝块胶结式结构.构成黄土结构体系的支柱是骨架颗 粒，颗粒的排列方式决定结构体系的稳定性.由于气候干燥，在黄 土形成过程中形成了粒状架空接触式结构，其微观特点如下：1.1.1 骨架颗粒的形态黄土骨架颗粒主要有粒状和凝块状两种，在甘肃分布的黄土 一般为碳酸盐牢固胶结，有较大的刚性,由于气候干燥，加固粘

3、聚 力阻碍了土体有效压密从而形成以粒状为主的结构.在浸水条件 下易产生强烈湿陷.1.1.2 骨架颗粒的连接形式和排列方式骨架颗粒分点接触和面胶结两种，湿陷性黄土属点接触连 接，其直接接触面很小，连接强度主要由接触点处的盐晶胶形成的 加固粘聚力所成.在水浸入时，部分盐晶溶解，削弱了连接强度，即 使在较小的压力下,这种连接也极易破坏.这种点接触导致一定数 量的颗粒松散堆积形成大孔隙、架空孔隙排列，因而极易湿陷。1.1.3 黄土的湿陷机理在干旱和半干旱的条件下形成的黄土，由于蒸发量大，水分 不断减少，盐类析出，胶体凝结，产生了加固粘聚力，在黄土湿 度不很大的情况下，上覆土层不足以克服土中形成的加固粘

4、聚 力，因而形成欠压密状态，一旦受水浸湿，加固粘聚力消失，就 产生湿陷。1.1.4 湿陷性黄土的工程力学特点由于黄土大孔隙、架空孔隙等结构特点，在工程力学上表现 出高压缩性，抗剪强度随含水量增加，迅速降低等特点。受水侵 蚀后，就会产生很大的变形，引起不均匀沉降，造成建筑物的破 坏。在黄土地区修建设高速公路的路基稳定性问题一直是行业内 的一个难题。1.2 工法的产生及应用1.2.1 在山西省汾（阳）柳（林）高速公路施工中,安通建 设有限公司会同同济大学岩土工程系钟才根副教授等相关部门 共同进行科学研究试验，精心采集数据，确定了综合运用强夯、重锤夯实、挖台阶、土工格栅等处理湿陷性黄土高填方路基的“

5、湿 陷性黄土路基施工工法I该工法先后在汾柳高速公路、离军高 速公路、树徐高速公路等工程项目施工中获得推广应用。工程实 践证明，该方案可处理黄土的不良地质特性如湿陷性、膨胀性， 保证高填方路基的施工质量，为同类高速公路路基施工提供了依 据。1.2.2 中铁九局集团有限公司所承建的阜新至朝阳高速公路 22标段（K449 + 100 K458 + 500 ）经过地区大部分为湿陷性黄 土。为确保路基、桥涵施工质量，采用该湿陷性黄土路基施工工 法，通过现场实际研究和多次监测数据确定合理的强夯作业标 准，解决湿陷性黄土强夯处理中的诸多技术问题，得到了良好的 效果。2工法特点本工法综合采用强夯、重锤夯实、挖

6、台阶、土工格栅等易操 作的施工方法，在处理湿陷性黄土不良地质特性方面取得了良好 的效果，对比换土法、化学加固法、深层搅拌桩法、振冲碎石桩 法、CFG（水泥粉煤灰碎石桩）法、夯坑置换法、压力灌注浆法等, 具有如下显著特点：1 ）费用低。2 ）可操作性强，施工工艺简 单。3）工程质量有保证，工后沉降量小，沉降均匀，稳定时间 短。4 ）施工进度快，效率高。5 ）适用土质广。3适用范围本工法适用于黄土地区路基施工，特别能够处理黄土的湿陷 性、膨胀性等不良物理特性给工程施工造成的影响。4工艺原理湿陷性黄土地区修建高速公路往往要克服多种不良地质特 性，采用单一的处理方法很难处理好高填方的黄土路基施工质 量

7、。本工法采用多种方法综合利用，分别从黄土地区的地基基底、 填挖处理、强夯、压实、土工格栅加固、防水等各各方面综合整 治黄土的不利因素，并在施工中采用大功率压实机械保证路基压 实度,从而消除部分湿陷性,保障高填方黄土路基的施工质量。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图（图5.1 ） 1施工准备图5.1厚四世苗十监琪施工工艺流程图施工放样5.2 清表基底处理、防排水处理开工伊始,全线调直 速具。而油斗m范围内黄土陷穴全一 一J, 分层填筑黄土一 一4 ,g 一部进行处理,陷穴较浅的殳曲金王W离路槽近的薄弱点, 用强夯处理，陷穴较深的一摊铺整年、烟料一b灰土封口处理。力争 运至指定地点。采

8、用推土厂 压实度检测 一清除路基用地范围内 的原地面以下300mm内产直巾吏t根隹土、腐质土等有机物 残渣和垃圾,并将和规鼠上当及“A土场内。将横穿路基的地表水排缸L瑜基的瑁定。路基填筑前，用人R夯实、碾压、土工格栅4f.马的早皮清理，并将其5.3 防排水设施路面整修路基开始施工时，路必底为短陷鬲土时挖方地段应先作 好截水沟，避免水流冲局L量鬻巴陷穴。填方地段应先 挖开排水沟，排除流向盯一7地清理一吓水流畅通。施工前做 好路基排水十分重要,为保证施三年产的，利进行,在业主提供 的征地界内，依据设计图匚亘匹二，开挖出与设计宽度、 深度基本一致的排水沟，控制好排水沟的纵坡，保证路基地表水 能够顺利

9、排出，一般场地清理完后，应全面进行填前整平碾压。 地上与地下排水构造物均应采取防渗措施，以减少地基湿陷性沉 降。路基在施工过程中，必须做好临时排水工程、（如急流槽、 截水沟等），防止路基浸泡，严禁雨水冲刷上、下边坡。对液限 大于50%，塑性指数大于26的土，以及含水量超过规定要求的±,不得直接作为路堤填料。5.4 摊铺整平和燃料5.4.1 摊铺整平黄土路基填筑采用水平分层、纵向分段填筑压实的方法施 工。每层填筑土松铺厚度不得大于35cm ,压实厚度不得超过30 cm ,纵向分段长度一般以200m左右为宜。在基底处理交验后， 由测绘人员精确放出路基中线及坡脚线（放线时注意每侧要比设 计

10、宽度超宽50cm ,以保证路基边缘压实度，并撒出三条白灰线, 在坡脚线上每隔10m插一根用油漆刷成红白相间间距30cm的竹 制标杆，在路基中线上每隔10m做一个土标高台（高度等于松 铺厚度），再根据自卸汽车的吨位和土的压实系数，用石灰粉划 出每车土所占的位置，由专人负责指挥车辆卸土。填料摊铺整平使用推土机进行初平,再用平地机进行终平, 控制层面无局部的凹凸。对于黄土填料，平整面做成向两侧倾斜 4%的横向排水坡。为有效控制每层松铺厚度初平时应用水准仪 控制每层的松铺厚度。5.4.2 爆料黄土的含水量大都在9%左右，最佳含水量在12%14%之 间，在最佳含水量情况下采用LT220压路机强振4遍即可

11、达到 93%的压实度，而9%左右则需要强振8遍才能达到相应的压实 度，可见提高含水量更加经济，促进施工进度。可采用洛阳铲在 取土场打孔，梅花状布孔，孔径间隔35m。孔深2m，孔径30cm , 注水爆料3d左右才能保证含水量均匀，或在取土场挖坑槽，注 水后加土覆盖。路基上土尽量在夜间进行，填土前要洒水润湿， 摊铺后如含水量低于最佳含水量,要进行洒水,炳料23 h后 进行压实。路基填筑土方的含水量应控制在最佳含水量+2%之 内。5.5 路基填筑5.5.1 路基填料要均匀，不得含有大土块。路基填筑完成后, 全线（除桥梁外）铺15cm厚砂砾，其厚度不侵占路面结构层厚 度。5.5.2 挖方区及填挖接合部

12、上路床深度范围内的原地面土应 予以挖除换填或采取重锤夯实处理，然后按上路床填方的要求施 工。不同性质的土应分别填筑，不得混填，每种填料层累计厚度 不宜小于0.5m，强度较小的土应填在下层；5.5.3 采用振动压路机碾压时，第一遍不振动预压使填土表 面平整度较好。压路机行驶速度要适当：光轮压路机为 2km/h-5km/h ,振动压路机为：3km/h-6km/he对于含水量小、 压实度要求较高的黄土，压路机行驶速度应再降低。压实过程中, 应先压两侧，后压中间。为了保证横向接缝和纵向接缝之间的压 实度都符合要求，应重叠压实。5.5.5 对窄而深的“V”型冲沟，清除表土后，原状土 CBR值 能达到要求

13、，可不挖台阶,在填土距路基顶面4m时,应创造条 件在沟壁开挖台阶,台阶高度为1m ,宽度不得小于1m。5.5.6 在填挖交界处回填土尽量与原状土的土质保持一致。 当填至距设计标高2m以内时，停止运土填筑，将沟顶原地面的 土分层推至沟内进行填筑，以保证距路床下一定深度范围内路基 的均匀性。5.5.7 在斜坡上填筑路堤时,当横坡为1:10-1:5时,应清表 后并翻松整平表土，地面重夯再进行填筑；当横坡陡于1：5时， 还应将原地面从填方坡角向上挖成向内倾斜不小于2%的台阶， 台阶宽度不小于LOm。挖方一侧行车范围内的宽度不足一个行 车道宽度时，应挖够一个行车道宽度。5.5.8 对半填半挖路堤可能出现

14、局部滑坡、坍塌和路基整体 滑动等病害。根据现场实际情况可采取设土工钉和抗滑桩等措 施。对于土质路基，现场质量按压实度与含水量双指标同时控制, 所有路基填土的CBR均应满足设计要求。施工中应严格按现行 公路路基施工技术规范要求的检测方法和频率进行检测。5.6 强夯处理5.6.1 强夯的机理在目前所采用的普通压实机具中只能提高其三相体的密度， 而无法提高深层地盘的强度，强夯（重锤）夯实可将动能以冲击 波方式传递于地盘，使地盘c、（p值增大，从而提高抗剪能力。 使地盘压缩模量Es大为提高，从而将未来的沉降量在压实过程 中提前实现。对于天然地基的不良工程特性如黄土的湿陷性、膨 胀土的膨胀性。强夯（重锤

15、）夯实可通过提高地基土的抗剪强度、 改善地基土的压缩特性，消除或减少特殊土的不良工程特性如黄 土的湿陷性、膨胀土的膨胀性等。对于具有强湿陷性或较高的压 缩性，且容许承载力低于路堤自重压力时，应考虑地基自重和活 载作用下所产生的压缩下沉。除采取防止地表水下渗的措施外， 液性指数偏大，土质处于可塑一软塑状态，采用强夯挤密效果好, 加密深度较易达到，但易出现软弹现象；在实际施工中，如果夯 坑两侧出现隆起，应停止夯击，应晾晒一定时间后，在夯坑内加 入粗骨料，继续夯实，尽量防止出现橡皮土。强夯处理地基的厚度：根据场地的地质条件和设计要求，首 先确定出地基处理厚度Z ,该厚度决定强夯采用的夯击能，按需 处

16、理厚度依照梅纳公式：Z = a/mh =g式中：Z需处理的土层厚度即有效处理深度（m ）;a修正系数，黄土地基一般取值范围在0.30-0.60 ;m夯锤重（kN ）;g重力加速度（m/s2 ）；h夯锤落距（m ）；E确定夯击能。夯点布置方式和夯点间距：夯点的布置方式一般采用正三角 形，夯点间距一般用夯锤直径D的倍数来表述，通过试验获得 夯点间距。5.6.2 弓虽夯处理过程高填方及结构物的原地面进行强夯处理另外每填高2m时, 在距沟壁3m范围内采用2排重锤夯实一次，锤重不小于45kN , 落距不小于8m ,冲击能量不小于3500kN/m2。夯击次数以最后 一击沉落量小于2cm为准，且不少于3击。

17、夯锤逐点相切顺序 排列。强夯完毕后，用推土机整平，低凹的夯实带应补充填土并 用压路机碾压密实。进行强夯效果检验。采用120kN重锤夯实设备，提升高度为8m。通过强夯试验 确定加固地基方案为：平整场地一起重机就位一测量夯锤前地面高程一吊夯 一换夯点一 47d后，检测夯击后地基承载力。5.6.3 强夯处理效果强夯处理的效果可通过处理前后地基承载力的比较中获得 判断。采用标准贯入试验测试地基承载力，其处理前后的地基承 载力测试结果对比。根据测试结果确定：1 ）单点夯击次数的确 定：单点夯击锤次数可以满足最后两击沉降量小于2cm的要求。5.6.4 施工控制要点1在正式施工前作强夯试验，以校正各设计施工

18、参数，考核 施工设备的性能，为正式施工提供依据。试夯应有单点及小片试 区，必须时应有不同夯击能的对比，以提供合理的选择。在后面 具体阐述施工中试验和监测的具体操作。5.6.5 了解研究强夯设计意图，根据现场实际提出改进意见，使 方案更趋完善合理。3现场的施工机具：吊车、夯锤、自动脱钩装置及辅助施工 的推土机、碾压机。4夯实过程的记录和数据包括：每个夯击点的每击夯沉量、 夯坑深度、开口大小、夯坑体积和tM料量场地隆起、下沉记录； 每遍夯后场地的夯沉量及填写料量记录；附近建筑物的变形量监 测；满夯前根据设计基底标高，考虑夯沉预留量并整平场地，使 满夯后接近设计标高。5对每个夯点的最后一遍夯击及满夯

19、，应控制最后2击的贯 入度符合设计或试验要求值。6注意吊车、夯锤附近人员的安全，为防止飞石伤人，吊车 驾驶室应加防护网，起锤后，人员应在10m以外并戴安全帽， 1严禁在吊臂前站立。7强夯过的场地需要作加固效果的评价，强夯检验在场地施工完成并经过时效后进行。8沟底软基上按由轻到重，逐渐加荷的施工工艺。使土体逐 级夯实，强度逐渐提高，防止土体液化与出现橡皮土。9夯锤必须平稳自由落下，以免改变夯击中心，损耗能量， 影响工程质量。5.7 土工格栅处理土工格栅是国外在20世纪80年代开发的一种新型工程加固 材料启问世以来，因其优良的力学性质、良好的抗变形能力而在 欧美国家广泛应用于路基路面加固。近年来，

20、国内采用土工格栅 处理软土地基的路堤修筑技术问题已经得到许多科技工作者的 重视。由于土工格栅的抗拉强度大，可增加路基的稳定性格栅网 眼的存在制约了土的横向移动形成了良好的嵌锁作用，使土体具 有较好的整体抗剪能力，土工格栅有一定的刚度使上面的负荷得 到扩散才是高了地基的承载力。总之，加筋可以减少路堤的均匀 和不均匀沉降，并能增加路堤的稳定性。当填土高度超过20m时, 填土高每达5m时,铺一层土工格栅。距路基顶8.0m时不再铺 土工格栅。铺筑时土工格栅要铺平、拉紧、钉牢。5.8 路基表面整修填筑到路基设计标高后，应对路基表面进行整修，保证设计 路拱横坡度。整修路堤边坡表面时，如有个别地方边坡缺土，

21、可 以至上而下，分层挖台阶加宽，填土夯实，再按设计坡面削坡。 弯道内侧路肩边缘，应修建路肩拦水带，以免边坡受到雨水的从 刷，修整完以后，边坡应密实，平整稳定，曲线圆滑。路基填筑 完毕后进行路基压实度、纵断高程、中线偏位、宽度、平整度、 横坡、边坡七项指标的检测。5.9 沟底结构物台背回填黄土地区多存在一些V型沟，这些沟的沟壁比较陡，沟比 较深。V型沟底多采用涵洞进行排水或通道。涵顶填土高度较高, 因此台背回填特别重要。台背回填中要注意台背填料、回填范围、 压实材料、压实机具、压实厚度几个方面。对于湿陷性黄土地段 涵洞，台背填筑应采用二八灰土填筑，若施工确有困难，台背涵 基部分必须采用二八灰土填

22、筑封层，剩余部分可采用砂砾填筑。 若台背距沟壁小于1m时，采用浆砌片石砌筑。5.10 设备6.1 材料TGDG25 土工格栅主要性能指标见表6.1。TGDG25 土工格栅主要性能指标表表6.1项目单位平均值变异系数网格尺寸mm126X19/抗拉强度N4艮8710.057纵抗拉强度KN/m35.20.057伸长率%8.90.059向应变2%时抗拉强度KN/m1430.055应变5%时抗拉强度KN/m25.60.0486.2 机械设备实际项目机械设备配置见表6.2。其中具体要求为：机械设备表表62序号名称型号数量1挖掘机CAT32OB2台2推土机山推1601台3自卸车东风14台4平地机PY160B

23、1台5洒水车东风2台6压路机XS2202台7强夯机锤重12吨2台1履带式起重机一般采用起重能力15t以上的履带式起重机具有行走方便、 稳定性好等优点。起重机要有一定的起重高度，大多在1014m。2夯锤夯锤采用钢材制作，夯锤底面为圆形。锤底面积宜根据土质 确定,锤径一般2m左右，底面积34m2;锤重可视需要而定， 多在1020t之间,锤底静压力值2540kPa。一般采用脱钩夯 锤。注:1.夯锤是I I制J秩核H牛画木主体. 大小利A拆"九4H 型 及夯市能幽 而 要确 定。2,夯锤锤1氏至锤用有4个小2。1皿门勺竖非气孑L.图621履带式起重机及夯锤示意图6.3 劳动力配置实际项目劳动

24、力配置见表6.3。劳动力配置表表63序号工作内容人数n操作土方机械402 现场指挥装卸车43 试验员检测压实、含水量37质量控制本工程各工序针对工艺参照有规定，除制定明确的质量标准 和检查记录表格，执行公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004 )和公路路基施工技术规范以及湿陷性黄土地 区地基处理工程实录等有关规范。8安全措施8.1 加强安全教育，认真进行安全技术交底。8.2 特种作业人员，必须具有特种作业证书。进行专门的安 全操作训练，经过考核合格后，才能准许他们操作。8.3 建立和完善安全生产应急预案，加强预案的演练工作。8.4 健全各项管理制度、操作规程，各岗位职工严守各项规

25、 章制度。8.5 强夯施工时夯锤起落频繁，为保证搞好安全施工，要做 到：8.5.1 强夯区在施工前应设置安全隔离标志或警戒线，严禁 非操作人员进入。8.5.2 起重机操作室挡风玻璃前，设防护网遮挡，并设一个 30cm x 30cm的钢丝网观察孔，以便司机操作。853强夯前，应对临近夯击区已有工程，如电杆、地下电 缆和管线等进行调查，严防情况不明，盲目施工，造成强夯时破 坏地下电缆和管线等。8.5.4 夯锤起吊后严禁操作人员从夯锤下方通过。当夯锤上 升接近脱钩高度时，起重车司机要注意观察，夯锤脱钩起重车要 停止卷扬；夯锤脱钩如发生故障时，起重指挥人员必须立即发出 信号，并将夯锤降落，判明原因后再

26、进行处理。8.5.5 挂工距夯锤点要保持在15m以外，拉锤时禁止将拉绳 绕在手臂上，以防万一锤摆动时脱手不及造成危险。8.5.6 强夯一段时间后（一般在1000次夯击左右），起重机 应进行保养,要检查机械设备、动力线路、钢丝绳磨损等情况， 并着重检查调整回转台平衡钩轮与导轨的间隙，避免加大平衡钩 轮的冲击负荷；此外，在连续作业的情况下，每天均应进行检查 或保养。8.5.7 现场应设专人指挥，设专职安全员，坚持班前会进行 安全教育。9环保措施9.1 工程范围以外的土地如取土场、弃土场、施工便道、临 时生活用地等，施工完毕，及时进行土地复耕，植被绿化，以免 周围环境污染。9.2 施工场地保持经常洒水、控制扬尘，使得施工场地旁的 农田作物绿叶无扬尘污染。9.3 降低施工噪声污染。距居民生活区距离小于100m范围, 夜间不安排噪声大