湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工工法

湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工工法1.前言湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工工法是分层碾压施工方法与强夯施工方法相结合的一种新型施工工法。湿陷性黄土广泛分布于西北干旱少雨地区，湿陷性黄土具有大孔隙、吸水透水性强、结构不稳定及受水浸泡易失稳的特性，在湿陷性黄土高填方施工中采用单一的分层碾压施工工艺或者强夯施工工艺，土体孔隙率较大，无法合理的控制在最优填筑的范围，一方面压实度很难达到设计要求，另一方面容易湿陷变形。同样高填方工程的工后沉降稳定时间十分漫长，因此研究出一种针对性的施工方法显得尤为关键。中国建筑第二工程局结合大量大型高填方施工经验，并通过大量现场试验数据总结出“湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工工法”在青海加西公路项目推广并成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广空间。2.工法特点湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工工法，不同于传统的单一式土方回填，该工法能够充分利用分层碾压整体均匀性，强夯冲击能量大的特点，先分层碾压提高填筑体整体密实度，然后再利用强夯巨大的冲击能作用，破坏湿陷性黄土孔隙，使土体强制压缩或振密;经时效压密，使土体重新固结，从而进一步提高了回填土密实度，同时加速填筑体预沉降，减少了高填方工程的工后沉降稳定时间，节省了工期和费用。2.1施工方法便捷，质量容易控制。2.2可以很好的解决土体孔隙过大的不利因素，适当降低压实标准，减少调节回填土填料费用。2.3可根据土体变化情况调整施工参数。2.4可以大大减少沉降稳定时间，节省工期。3.适用范围本工法适用于湿陷性黄土高填方施工。4.工艺原理工艺原理：先利用分层碾压提高填筑体整体密实度，再利用强夯巨大的冲击能作用，让土体强制压缩或振密;经时效压密，使土体重新固结，进一步提高回填土密实度。通过大量的土工试验、碾压极值试验数据做为支撑，确定合理的压实度标准，解决了湿陷性黄土普遍吸水透水性强，不易压实的难题。同时利用强夯工艺的特点加速填筑体沉降，减少了高填方工程的工后沉降稳定时间，节省了工期和费用。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1施工准备设备选型，湿陷性黄土分布区域土体吸水透水性强，虚铺厚度不宜太薄，需要采用大型设备，一般选用26T以上羊足碾压路机作为主要碾压设备，26T光轮压路机做辅助设备。（碾压设备参见图5.2.1-1）。图5.2.1-1碾压设备试验设备，本工法需要大量土工试验数据作为支撑，因此需要配备两台套以上的击实仪（重型击实）、烘箱，及相关土工试验仪器。（试验设备图参见图5.2.1-2）。图5.2.1-2试验设备5.2.2测量、放线控制施工范围，根据施工方案内容确定回填范围、超填范围、绘制方格网、检查虚铺厚度，控制回填标高、测量夯前夯后标高，计算夯沉量。5.2.3土工试验土工试验主要包含，颗粒分析试验、含水率试验、烧失量试验、膨胀性试验、密度试验、击实试验、压实度检测等。本工法的要点之一就是通过干、湿法击实试验、天然土击实试验、碾压极值试验等大批量的数据采集、分析、总结最终确定一个合理的干密度、含水率做为压实度测定标准。5.2.4碾压试验选择8块40m×20m的区域做为碾压试验场地，进行碾压试验，根据压实度要求90%以上，虚铺厚度分别选择30cm、35cm，40cm、45cm，压实度要求90%以下，虚铺厚度分别选择40cm，50cm，60cm，70cm，各选择2个区域。采用10m×10m方格网控制，摆放带有标记的锥形桶。测量基底标高。自卸车运土至试验区域，推土机进行推平，然后平地机进行精平。水准仪测量虚铺厚度。碾压时先用光面压路机静压一遍，震动压一遍，然后采用羊足碾进行碾压，碾压5遍后开始压实度检测，每增加一遍检测一次，直至压实度达到极值为止。记录压实遍数。通过试验确定虚铺厚度，碾压遍数，超填部分宽度。通过上下两层结合面处压实度检测结果确定羊足碾碾压完成后，凹凸部位是否需要在下层回填前进行处理。如该部位压实度达不到要求，建议采用减少虚铺厚度来确保该部位压实度达到要求。该部位不进行处理可以有效的让上下两层结合更稳固。有利于填筑体形成更稳固的整体。羊足碾与光碾效果对比参见图5.2.4-4。图5.2.4-4羊足碾与光碾效果对比5.2.5参数确定收集5.2.3、5.2.4施工参数进行分析、对比，确定合理的干密度、含水率，做为压实度计算标准。在大多数湿陷性黄土高填方项目中，因所处地域地下水比较丰富，降雨频繁，回填土含水率较高，采用重型击实试验压实度标准95%以上的施工中，往往很难或者不能达到设计要求。而且湿陷性黄土遇水膨胀，失水后收缩的特性，确定了湿陷性黄土的压实度并不是越高填筑体的稳定性就越好。因此通过试验确定一个合理的压实度标准，是湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工的关键工序。首先应在回填土天然含水率的条件下进行击实试验，用该试验的干密度，含水率与最大干密度，最佳含水率进行对比。然后通过现场碾压试验的极值数据计算在天然含水率条件下的压实度，以及最大干密度、最佳含水率条件下的压实度。选择合适的压实度计算标准。虚铺厚度、压实遍数需要通过计算确定出最优方案。计算方式为：碾压所需时间与回填土方量比值最小的区域的虚铺厚度为最终选择的虚铺厚度。5.2.6强夯试验根据5.2.5确定的参数进行回填，回填至一定高度，一般为3m～6m后。砂土、碎石土等粗颗粒土，4m～6m，粉土、粉质黏土等细颗粒土3m～5m。开始强夯试验。强夯试验选择4个40m×40m区域进行。1000kN‧m、1500kN‧m、2000kN‧m、2500kN‧m，每级各选择1个区域进行试验。用灰线对试验边线进行标记，测量试验前标高，采用动力触探等方式检测夯前填筑体密实度。夯锤重量10T～15T，夯锤底面宜对称设置若干上下贯通的通气孔，孔径30cm～40cm。夯锤锤底直径不小于2m。根据夯锤重量计算落距。计算公式：夯击能/夯锤质量=落距。夯击方式选择满夯，夯击3击，夯痕相切。强夯时，夯点周围土体不发生过大隆起。强夯完成后推平夯坑，采用压路机压实表层松散土质。采用开挖方式检测土体压实度，按深度每50cm测一点。对比夯前夯后压实度。同时采用动力触探等方式检测夯前夯后回填土的密实度变化。根据夯前、夯后，沉降量、压实度、动力触探等检测结果最终确定强夯施工参数。选择标准，强夯时夯点周围土体不发生过大隆起，沉降量最大，土体密实度提高最大值的强夯能级作为大面积施工时强夯能级。5.2.7根据试验参数进行大面积施工5.3注意事项湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工前对作业人员进行安全技术交底；土工试验、碾压试验、强夯试验施工过程中安全员、质检员进行监督、检查，及时记录各种试验数据，科技质量部通过数据分析、总结，最终确定最佳的压实度标准、虚铺厚度、强夯能级。湿陷性黄土含水率普遍较高，碾压机具选择大吨位（26T）以上羊足碾。采用光轮压路机或者冲击碾时容易产生弹簧土。分层碾压回填到一定高度后，回填高度根据试验确定，砂土、碎石土等粗颗粒土，4m～6m，粉土、粉质黏土等细颗粒土3m～5m。，采用强夯补强，进一步提高压实度，实现预沉降，从而保证工程质量和工程沉降时间。6.材料及机具设备6.1本工法所需的材料机具设备参见表6.1表6.1班组材料机具设备需用量表类别名称型号规格单位数量用途土方运输挖掘机DxDX300LC台2土方开挖自卸车东风大力神台8土方运输平整碾压推土机T165-3C台2土方整平平地机CR1803台1土方精平压路机XS263E台2土方碾压强夯强夯机YT400台1强夯施工检测数显电热鼓风干燥箱101-2台2土工试验土壤标准筛∅300套1土工试验多功能电动击实仪CKS-III台2土工试验液塑限联合测定仪FG-III台1土工试验重型动力触探仪63.5kg台1检测灌砂筒∅150套2压实度检测GPSJ2台1测量定位全站仪TS09R500台1测量放线水准仪S3台1标高测量钢卷尺50m、10mm1测量其它工具测绳条2绘制方格网洋镐把2辅助工具铁锹把2辅助工具木桩根若干辅助工具反光锥桶个若干辅助工具7.质量控制7.1质量保证措施7.1.1机械选型，根据湿陷性黄土分布区域，特性，选用26T以上羊足碾。7.1.2按照10m×10m方格网进行测量放线。边坡坡线，超填部分边线，均采用灰线控制。测量基底面标高，并做好记录。7.1.3虚铺厚度控制，虚铺厚度控制应通过计算，根据方格网大小控制回填过程中每个方格网的卸土量，辅助采用灰饼进行控制。检查方式：统计方格网内卸土车次，土堆均匀布置。7.1.4土料摊铺采用推土机粗平，平地机精平，碾压时先采用光面压路机静压一遍，震压一遍，然后采用羊足碾进行碾压。7.1.4压实度标准，施工前对不同类别土样进行击实试验，确定最大干密度和最佳含水率。通过碾压试验确定合理的压实度标准。7.1.5检测压实度检测，在关键部位，边坡坡线位置，上下层结合部位必须进行检测。检验方法：灌砂法检测。含水率检测，含水率应采用恒温烘干法，烘箱温度为65±5℃。7.1.5强夯测量落距，应从脱钩器位置至夯锤重心位置，重心位置一般为夯锤高度1/3处。检查方式：钢尺测量。夯点夯痕相切，夯击击数。压实度检测采用开挖方式检测深度50cm/点。动力触探每2000㎡/点。挖方区、回填区应设置纵横坡，及排水沟，防止雨天积水。及时收听天气预报，雨前工作面应采用光面压路机收光。8.安全措施8.1分层碾压、强夯安全注意事项8.1.1对每个职工必须经过三级安全技术教育，对机械操作手、自卸车司机、起重工等特殊工种的操作工必须有安全操作合格证。施工中，坚持进行班前安全交底，详细填写安全记录。8.1.2进入施工现场必须戴好安全帽；开挖检测压实度应在基坑周边设置警戒线，专职安全员现场监督，禁止基坑周边有行人逗留、车辆经过。现场警戒维护参见图8.1.2。8.1.3进入现场的施工机械，经检查认为正常后方可开始工作，服从现场管理人员管理。8.1.4现场道路宽度、弯道应符合行车标准。自卸车行驶过程中保持车距，严禁超速。现场道路实现空车、重车分离；土方开挖设备与临空面保持安全距离。8.1.5分层碾压时，边坡临空面应采用灰线设置碾压边线，压路机严禁超越边线碾压。8.1.6强夯施工时，现场设置警戒线，并有专职安全员监督，禁止非作业人员进入施工区域。吊车工作时大臂前方50m范围不得有机械、人员。吊车绳索要经常检查是否完好，发现破损及时更换。9.环境保护9.1项目部在施工作业前要进行人员、作业环境因素风险识别及防范措施，加强对全体施工人员的环保教育，提高环保意识，进行环境保护，文明施工，最大限度减少对周边环境的影响。9.2降低施工噪音控制噪声对环境的影响，满足《建筑施工场界环境噪声排放标准》（GB12523-2011）。9.3在作业过程中对有毒有害物品、油料、易燃易爆品、粉尘、噪声、垃圾等污染源进行有效的控制。9.4各种油料应在容器内存放，集中堆放，设置警示牌。9.5工地废料、废机油等及时回收，严禁随地乱倒，油料对地面造成污染时应采取措施进行清理。9.6严格限制作业时间，夜间施工，应有足够的照明设备，作好周围群众工作。9.7施工产生的施工垃圾如废旧的钢丝绳等各班各组必须及时清除。做到工完料尽场清，随时保持工地整齐清洁。9.8车辆修理要有防止机油泄露的措施，不随意准丢弃废零件。9.9施工现场设置有盖废料桶或有防护、分类堆放的装置，用于建筑废料的储存，并由专人负责及时清理。9.10探照灯要选用既满足照明要求又不刺眼的新型节能灯具；其悬挂高度和方向要考虑不影响附近居民夜间休息。10.效益分析10.1经济效益湿陷性黄土分层碾压加强夯高填方施工工法施工方法便捷，质量容易控制。可以很好的解决土体孔隙率过大、吸水透水性偏高的不利因素，适当降低压实标准，通过强夯进行补强，缩短路基成型时间，可以大大减少沉降稳定时间，节省工期。取得良好的经济效益，符合创建资源节约型社会的要求。10.1.1青海加西公路JX-2标A标项目湿陷性黄土高填方停车区工程该工程受湿陷性黄土影响区土方量约50万m3压实度要求96%。传统做法为分层碾压或强夯法进行施工，采用湿陷性黄土分层碾压加强夯法可以避免单一的分层碾压施工方法含水率过高无法达到设计要求难题，又避免了强夯法对湿陷性黄土高填方填筑体加固不均匀性。在工期方面实现了预沉降，大大缩减了工后沉降的时间。从施工成本方面采用分层碾压加强夯施工方法施工成本节约101万元，缩短工期275天。（预算施工成本、工期对比参见表10.1.1）。表10.1.1三种施工方法预算成本对比表施工方案分层碾压强夯法分层碾压加强夯法土方回填施工工期190天140天100天沉降稳定时间365天365天180天施工费用285万元435万元289万元管理费295万元260万元190万元合计（万元）580万元695万元479万元10.1.2G341线白银至中川段公路工程项目湿陷性黄土高填方回填工程该工程道受湿陷性黄土影响区土方量约35万m3压实度要求96%。传统做法为分层碾压或强夯法进行施工，采用湿陷性黄土分层碾压加强夯法可以避免单一的分层碾压施工方法含水率过高无法达到设计要求难题，又避免了强夯法对湿陷性黄土高填方填筑体加固不均匀性。在工期方面实现了预沉降，大大缩减了工后沉降的时间。从施工成本方面采用分层碾压法施工成本节约71.5万元，缩短工期230天。预算施工成本、工期对比参见表10.1.2。表10.1.2种施工方法预算成本对比表施工方案分层碾压强夯法分层碾压加强夯法土方回填施工工期135天110天90天沉降稳定时间365天365天180天施工费用199.5万元292.5万元199万元管理费190万元145万元119万元合计（万元）389.5万元437.5万元318万元10.2社会效益湿陷性黄土高填方施工属于行业内工程难题。本工法解决了湿陷性黄土高填方工程普遍吸水透水性强、孔隙率过大，压实度不易达到要求，工后沉降稳定时间长的难题，是一种全新的施工方法，得到了行业专家的肯定和好评，也有利于企业技术水平和竞争实力的提升。通过采取各种质量、安全与绿色文明措施，进一步展现企业良好形象，也得到了同行、监理和建设单位的一致认可，具有良好的社会效益。11.应用实例11.1青海加西公路JX-2标A标项目湿陷性黄土高填方停车区工程青海加西公路JX-2标A标项目是青海省重点项目，位于青海省海东市互助县境内。总投资约12亿，总工期34个月。土方工程量挖、填总量约280万m3。青海加西公路JX-2标A标项目湿陷性黄土高填方停车区工程受影响区土方量约50万m3，回填最大高度25.2m，压实度为96%。本工程由于地处湿陷性黄土分布区域，回填土料均为湿陷性黄土，场区挖方区的含水率平均值介于19.2%～21.8%，含水率高于最佳含水率。经过大量的土工试验、碾压试验、强夯试验，采用了湿陷性黄土分层