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【摘要】为了获得冲击碾压处理湿陷性黄土路基技术参数，对试验路段进行了冲击碾压试验。通过试验前后动力触探试验以及土的物理力学性质指标的对比，发现采用25KJ冲击式压路机冲击60遍后，深度2.5m内黄土的物理力学性质发生了较大的改变，1.0m内的湿陷性得到了消除，干密度和动力触探击数可以作为冲击碾压法处治效果检验的有效指标。
【关键词】黄土；冲击碾压法；湿陷性；路基处理
Of impact rolling Law highway in Fenyang — PingyaoExperimental Study of collapsible loess roadbed
Fan Hou—liang
（Shanxi Third Geological Engineering Investigation InstituteYuciShanxi030620）
【Abstract】In order to obtain the impact rolling processing collapsible loess roadbed technical parameters of the test sections of impact compaction test. Dynamic penetration test before and after the test， as well as indicators of soil physical and mechanical properties of contrast， found 25KJ Impact Roller impact 60 times after the physical and mechanical properties of loess depth of 2.5m larger changes collapsible 1.0m within sex has been eliminated， dry density and dynamic penetrometer blow count can be used as a valid indicator of the impact rolling in Treatment effects test.
【Key words】The loess；Impact rolling Law；Collapsible；Roadbed treatment
1. 绪论
（1）随着山西省经济的发展，高速公路的数量愈来愈多。汾阳至邢台高速公路汾阳～平遥段，起点位于汾阳市义丰北村西，终点位于平遥县侯冀村村南。线路自西向东途经山西省汾阳市、介休市、平遥县、孝义市。该段公路全长41.7Km，近20%位于黄土状粉质粘土（后称黄土）地区。该黄土厚度一般在3～8m，局部可达20m，分布于山前倾斜平原区中上部。该地区黄土垂直裂隙和大孔隙发育，且含有水平条带状碎石或砾石。据已有的勘察资料得到的黄土物理力学性质指标可知：该路段黄土的湿陷系数在0.010～0.108之间，湿陷性变化较大，自重湿陷系数平均为0.005。该路段黄土多具有Ⅰ—Ⅱ级非自重湿陷性，局部具自重湿陷性。显然，黄土湿陷性的存在，对路基工程具有严重的影响。
表1AK7+300m～Ak7+500m段黄土的物理力学性质
指标 含水率W （%） 湿密度ρ（g/cm3） 湿密度
Ρd（g/cm3） 孔隙度n 饱和度Sr
（%） 孔隙比E 压缩系数av1—2
（MPa—1） 压缩系数ES1—2
（MPa） 湿陷系数δs 自重湿陷系数δ 湿陷起始压力δ
最小值 13.3 1.54 1.29 47.0 38.5 0.894 0.203 5.7 0.010 0.006 55.1
最大值 23.3 1.65 1.43 52.1 57.2 1.092 0.436 10.4 0.100 0.047 138.7
平均值 17.8 1.59 1.35 49.9 47.8 1.002 0.310 8.0 0.042 0.024 93.0
表2场地湿陷量及自重湿陷量的计算表
土层埋深Z（m） 厚度
H（m） 湿陷系数δs 自重湿陷系数δzs 湿陷量Δs（mm） 自重湿陷量Δzs（mm） 土层埋深Z（m） 厚度
H（m） 湿陷系数δs 自重湿陷系数δzs 湿陷量Δs（mm） 自重
湿陷量
Δzs（mm）
0.511.522.533.544.555.56总计0.50. 50.50.50.50.50.50.50.50..50.50.50.10.0690.0530.0460.0510.0650.0530.0530.0460.0430.0340.030.0060.0120.0120.0110.0140.0250.016
0.0230.0180.0360.0210.0183.45038.2548.7539.7539.7534.5032.2525.5024.756.254.005.754.509.00
5.254.506.577.588.599.51010.51111..50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.0490.038
0.0470.0250.0310.0360.0250.0310.0140.010.011.033 0.027
0.04
0.03
0.032
0.042
0.028
0.047
0.01436.75
19.00
23.50
12.50
15.50
18.00
12.50
15.50471.258.25
6.75
10.00
7.50
8.00
10.50
7.00
11.75109.00
（2）冲击碾压法是湿陷性黄土地基的一种有效的处理方法，在我国黄土主要分布地区已广泛使用，并积累了丰富的经验[1～4]。其原理是采用三边或五边形“轮子”来产生集中的冲击能量达到压实土石填料的目的。冲击压实机在重型工业拖车的牵引下以9～12Km/h的速度向前碾压，当其一角立于地面，向前碾压时，另一侧轮短半径产生重力加速度落至地面，产生巨大的冲击波，导致土的孔隙比发生变化，使土体均匀密实，从而降低土的渗透性。冲击碾压每秒种冲击地面两次，相当于低频大振幅冲击压实土体，产生强烈的冲击波向地下深层传播，具有地震的传播特性[5，6]，其压实深度随碾压遍数递增。
（3）为了获取在该地区利用该方法处理湿陷性黄土的经验和相应的技术参数，选择了AK7+300～AK7+500m段湿陷性黄土路基进行了冲击碾压法的地基处理试验研究。
2. 试验段场地工程地质条件
据区域工程地质调查和现场地质钻探的结果，AK7+300～AK7+500m段场地地貌为倾斜平原区，场地内地形平坦。自地表向下，第一层为Q3粉土，厚度10.8～12.5m，第二层为Q3砾石、粉细砂，厚度4.2～4.8m，第三层为Q2黄、黄褐色粉质粘土、粘土，与灰褐、灰色粘土互层，厚度55～168 m，未揭穿（图1）。表1为深度1～12m的黄土的物理力学性质指标。可见，该段黄土孔隙比较大，为中等压缩性土。该段黄土的平均湿陷系数δs=0.042，为中等湿陷性[7]，平均自重湿陷系数δzs=0.024，湿陷起始压力Psh=93.0KPa.根据现场探坑取样试验结果，依据文献[9]，湿陷量计算时从地表下1.5m起算，土层深1.5～6.5m，修正系数β=1.5；6.5～10m，β=1.0。在计算自重湿陷量时，β0=0.5。计算场地的湿陷量列于表2，由表2可见，地基湿陷量Δs=471.25mm，自重湿陷量ΔZS=109.00mm，地基属于Ⅱ级湿陷等级。
3. 冲击碾压施工方案
试验场地长140m，宽28m。每20m作为一测量断面，每断面布设两个测点，间距8m，分左、右两点。对试验路段采用履带式25KJ三边形冲击式压路机碾压，以12Km/h冲碾速度按10遍、20遍、30遍、40遍、50遍、60遍进行冲击碾压；每10遍用水准仪测定不同冲击碾压遍数的地基下沉量及压实度。
为了研究处理后的效果，进行了以下的工作：
图1试验场地工程地质剖面示意图
图2黄土路基冲击碾压遍数与沉降量之间的变化曲线
3.1施工前试验检测：（1）在试验区布设至少4个探井，深度大于预期加固深度2～3m，深度1.5m以上分别在20cm、60cm、100cm、140cm处取一原状土样，深度1.5m以下按每间隔0.5m取一原状土样，进行土的常规试验和湿陷性试验；（2）进行场地土的击实试验，求得土的最佳含水率和最大干密度；（3）采用核子密度仪测定地面下20cm土的天然干密度，按每20m路段长，碾压宽度左、中、右位置进行测试。
3.2施工中试验检测：（1）检测和记录每遍冲碾速度；（2）每碾压10遍在测点处分别测定不同遍数的地基下沉量和压实度。
3.3施工后试验检测：（1）测量地表高程；（2）同上述（1）（1）步骤进行取样试验，获取处理后土的物理力学性质指标和湿陷性指标。
4. 试验监测及处治效果分析
（1）图2为黄土地基冲击碾压过程中根据不同测点获得的沉降量与碾压遍数之间的关系。由图2可见随着冲击碾压的遍数增多，地基沉降量逐渐减小。总体上，在碾压20遍以后，沉降量变化明显小，30遍后的沉降差异已很小。但30遍以后，观测到的沉降有波动现象，除测点8和10外，沉降的变化都有波动，可以认为地基不再被压密。图3为冲击碾压过程中测得的地基密实度的变化。由图3可见，冲击碾压30遍后的密实度有较明显的提高，左右两幅的平均密实度已经达到94.72%。
图3路基冲击碾压过程中压实度变化
图4路基冲击碾压前后连续动力触探对比曲线
图5冲击碾压前后黄土物理力学性质指标的比较
（2）冲击碾压60遍以后对黄土进行取样，做土工试验和动力触探试验，以检验黄土冲击碾压后的物理力学性质的改变和湿陷性消除情况。图4为试验前后动力触探曲线，由图4可见，深度1.0m以内触探击数有较明显的提高。图5为试验前后土的物理力学性质指标的对比。由图5可见，在深度2.5m以内，
黄土的干密度、孔隙比、压缩系数、湿陷系数有了明显的变化，干密度明显提高，孔隙比明显减小，压缩性减小，湿陷系数在深度2.5m以内也明显减小，尤其是1.0m以内，湿陷系数已小于0.015，消除了湿陷性。
5. 结论及认识
根据AK7+300m～AK7+500m段以12Km/h冲碾速度碾
压60遍后的现场测试和物理力学指标的对比，可以得出以下认识。
（1）冲击30遍之后，路基沉降量呈明显减小的趋势，说明压实作用明显，冲碾至35～40遍地基压实度达到最高值。
（2）冲击碾压前后的连续动力触探击数的对比表明，至深度0.9m内，动力触探击数增加较为明显。
（3）由冲击碾压前后地基上的物理力学性质指标的对比发现，试验后湿陷性黄土的物理力学性质指标均发生了较大变化，在深度2.5m内干密度值明显提高，孔隙比减小，压缩系数明显降低，压缩模量显著提高，湿陷系数明显降低。在1.0m深度内黄土的湿陷性已经得到了消除。深度2.0m内黄土的干密度均大于1.5g/cm3。
（4）干密度或动力触探击数可以作为冲击碾压法处治湿陷性黄土地基效果检验的有效指标。
（5）综合认为，采用履带式25KJ三边形冲击式压路机冲击碾压60遍后，可以消除1.0m深度内的黄土湿陷性，冲击碾压法的处理深度为1.0m。
参考文献
[1]王生新，韩文峰，谌文武等.冲击压实法加固湿陷性黄土路基的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22（增2）：2848～2852.
[2]韩庆祝.冲击压实技术在湿陷性黄土路基施工中应用[J].路基工程，2000，（5）：48～50.
[3]石刚，支喜兰，谢永利等.冲击压实和强夯加固地基效果分析[J].交通运输工程学报，2006，16（4）：52～56.
[4]景宏君，张斌.黄土地区公路路基冲击压实试验[J].长安大学学报（自然科学版），2004，24（1）：25～29.
[5]韩庆祝.冲击压实技术在湿陷性黄土路基施工中的应用[J].路基工程，2000，（5）：48～50.
[6]王吉利，刘怡林，沈兴付等.冲击碾压法处理黄土地基的试验研究[J].岩土力学，2005，26（5）：755～758.
[7]陕西省计划委员会. 湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025—2004）[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
【关键词】黄土；冲击碾压法；湿陷性；路基处理
Of impact rolling Law highway in Fenyang — PingyaoExperimental Study of collapsible loess roadbed
Fan Hou—liang
（Shanxi Third Geological Engineering Investigation InstituteYuciShanxi030620）
【Abstract】In order to obtain the impact rolling processing collapsible loess roadbed technical parameters of the test sections of impact compaction test. Dynamic penetration test before and after the test， as well as indicators of soil physical and mechanical properties of contrast， found 25KJ Impact Roller impact 60 times after the physical and mechanical properties of loess depth of 2.5m larger changes collapsible 1.0m within sex has been eliminated， dry density and dynamic penetrometer blow count can be used as a valid indicator of the impact rolling in Treatment effects test.
【Key words】The loess；Impact rolling Law；Collapsible；Roadbed treatment
1. 绪论
（1）随着山西省经济的发展，高速公路的数量愈来愈多。汾阳至邢台高速公路汾阳～平遥段，起点位于汾阳市义丰北村西，终点位于平遥县侯冀村村南。线路自西向东途经山西省汾阳市、介休市、平遥县、孝义市。该段公路全长41.7Km，近20%位于黄土状粉质粘土（后称黄土）地区。该黄土厚度一般在3～8m，局部可达20m，分布于山前倾斜平原区中上部。该地区黄土垂直裂隙和大孔隙发育，且含有水平条带状碎石或砾石。据已有的勘察资料得到的黄土物理力学性质指标可知：该路段黄土的湿陷系数在0.010～0.108之间，湿陷性变化较大，自重湿陷系数平均为0.005。该路段黄土多具有Ⅰ—Ⅱ级非自重湿陷性，局部具自重湿陷性。显然，黄土湿陷性的存在，对路基工程具有严重的影响。
表1AK7+300m～Ak7+500m段黄土的物理力学性质
指标 含水率W （%） 湿密度ρ（g/cm3） 湿密度
Ρd（g/cm3） 孔隙度n 饱和度Sr
（%） 孔隙比E 压缩系数av1—2
（MPa—1） 压缩系数ES1—2
（MPa） 湿陷系数δs 自重湿陷系数δ 湿陷起始压力δ
最小值 13.3 1.54 1.29 47.0 38.5 0.894 0.203 5.7 0.010 0.006 55.1
最大值 23.3 1.65 1.43 52.1 57.2 1.092 0.436 10.4 0.100 0.047 138.7
平均值 17.8 1.59 1.35 49.9 47.8 1.002 0.310 8.0 0.042 0.024 93.0
表2场地湿陷量及自重湿陷量的计算表
土层埋深Z（m） 厚度
H（m） 湿陷系数δs 自重湿陷系数δzs 湿陷量Δs（mm） 自重湿陷量Δzs（mm） 土层埋深Z（m） 厚度
H（m） 湿陷系数δs 自重湿陷系数δzs 湿陷量Δs（mm） 自重
湿陷量
Δzs（mm）
0.511.522.533.544.555.56总计0.50. 50.50.50.50.50.50.50.50..50.50.50.10.0690.0530.0460.0510.0650.0530.0530.0460.0430.0340.030.0060.0120.0120.0110.0140.0250.016
0.0230.0180.0360.0210.0183.45038.2548.7539.7539.7534.5032.2525.5024.756.254.005.754.509.00
5.254.506.577.588.599.51010.51111..50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.0490.038
0.0470.0250.0310.0360.0250.0310.0140.010.011.033 0.027
0.04
0.03
0.032
0.042
0.028
0.047
0.01436.75
19.00
23.50
12.50
15.50
18.00
12.50
15.50471.258.25
6.75
10.00
7.50
8.00
10.50
7.00
11.75109.00
（2）冲击碾压法是湿陷性黄土地基的一种有效的处理方法，在我国黄土主要分布地区已广泛使用，并积累了丰富的经验[1～4]。其原理是采用三边或五边形“轮子”来产生集中的冲击能量达到压实土石填料的目的。冲击压实机在重型工业拖车的牵引下以9～12Km/h的速度向前碾压，当其一角立于地面，向前碾压时，另一侧轮短半径产生重力加速度落至地面，产生巨大的冲击波，导致土的孔隙比发生变化，使土体均匀密实，从而降低土的渗透性。冲击碾压每秒种冲击地面两次，相当于低频大振幅冲击压实土体，产生强烈的冲击波向地下深层传播，具有地震的传播特性[5，6]，其压实深度随碾压遍数递增。
（3）为了获取在该地区利用该方法处理湿陷性黄土的经验和相应的技术参数，选择了AK7+300～AK7+500m段湿陷性黄土路基进行了冲击碾压法的地基处理试验研究。
2. 试验段场地工程地质条件
据区域工程地质调查和现场地质钻探的结果，AK7+300～AK7+500m段场地地貌为倾斜平原区，场地内地形平坦。自地表向下，第一层为Q3粉土，厚度10.8～12.5m，第二层为Q3砾石、粉细砂，厚度4.2～4.8m，第三层为Q2黄、黄褐色粉质粘土、粘土，与灰褐、灰色粘土互层，厚度55～168 m，未揭穿（图1）。表1为深度1～12m的黄土的物理力学性质指标。可见，该段黄土孔隙比较大，为中等压缩性土。该段黄土的平均湿陷系数δs=0.042，为中等湿陷性[7]，平均自重湿陷系数δzs=0.024，湿陷起始压力Psh=93.0KPa.根据现场探坑取样试验结果，依据文献[9]，湿陷量计算时从地表下1.5m起算，土层深1.5～6.5m，修正系数β=1.5；6.5～10m，β=1.0。在计算自重湿陷量时，β0=0.5。计算场地的湿陷量列于表2，由表2可见，地基湿陷量Δs=471.25mm，自重湿陷量ΔZS=109.00mm，地基属于Ⅱ级湿陷等级。
3. 冲击碾压施工方案
试验场地长140m，宽28m。每20m作为一测量断面，每断面布设两个测点，间距8m，分左、右两点。对试验路段采用履带式25KJ三边形冲击式压路机碾压，以12Km/h冲碾速度按10遍、20遍、30遍、40遍、50遍、60遍进行冲击碾压；每10遍用水准仪测定不同冲击碾压遍数的地基下沉量及压实度。
为了研究处理后的效果，进行了以下的工作：
图1试验场地工程地质剖面示意图
图2黄土路基冲击碾压遍数与沉降量之间的变化曲线
3.1施工前试验检测：（1）在试验区布设至少4个探井，深度大于预期加固深度2～3m，深度1.5m以上分别在20cm、60cm、100cm、140cm处取一原状土样，深度1.5m以下按每间隔0.5m取一原状土样，进行土的常规试验和湿陷性试验；（2）进行场地土的击实试验，求得土的最佳含水率和最大干密度；（3）采用核子密度仪测定地面下20cm土的天然干密度，按每20m路段长，碾压宽度左、中、右位置进行测试。
3.2施工中试验检测：（1）检测和记录每遍冲碾速度；（2）每碾压10遍在测点处分别测定不同遍数的地基下沉量和压实度。
3.3施工后试验检测：（1）测量地表高程；（2）同上述（1）（1）步骤进行取样试验，获取处理后土的物理力学性质指标和湿陷性指标。
4. 试验监测及处治效果分析
（1）图2为黄土地基冲击碾压过程中根据不同测点获得的沉降量与碾压遍数之间的关系。由图2可见随着冲击碾压的遍数增多，地基沉降量逐渐减小。总体上，在碾压20遍以后，沉降量变化明显小，30遍后的沉降差异已很小。但30遍以后，观测到的沉降有波动现象，除测点8和10外，沉降的变化都有波动，可以认为地基不再被压密。图3为冲击碾压过程中测得的地基密实度的变化。由图3可见，冲击碾压30遍后的密实度有较明显的提高，左右两幅的平均密实度已经达到94.72%。
图3路基冲击碾压过程中压实度变化
图4路基冲击碾压前后连续动力触探对比曲线
图5冲击碾压前后黄土物理力学性质指标的比较
（2）冲击碾压60遍以后对黄土进行取样，做土工试验和动力触探试验，以检验黄土冲击碾压后的物理力学性质的改变和湿陷性消除情况。图4为试验前后动力触探曲线，由图4可见，深度1.0m以内触探击数有较明显的提高。图5为试验前后土的物理力学性质指标的对比。由图5可见，在深度2.5m以内，
黄土的干密度、孔隙比、压缩系数、湿陷系数有了明显的变化，干密度明显提高，孔隙比明显减小，压缩性减小，湿陷系数在深度2.5m以内也明显减小，尤其是1.0m以内，湿陷系数已小于0.015，消除了湿陷性。
5. 结论及认识
根据AK7+300m～AK7+500m段以12Km/h冲碾速度碾
压60遍后的现场测试和物理力学指标的对比，可以得出以下认识。
（1）冲击30遍之后，路基沉降量呈明显减小的趋势，说明压实作用明显，冲碾至35～40遍地基压实度达到最高值。
（2）冲击碾压前后的连续动力触探击数的对比表明，至深度0.9m内，动力触探击数增加较为明显。
（3）由冲击碾压前后地基上的物理力学性质指标的对比发现，试验后湿陷性黄土的物理力学性质指标均发生了较大变化，在深度2.5m内干密度值明显提高，孔隙比减小，压缩系数明显降低，压缩模量显著提高，湿陷系数明显降低。在1.0m深度内黄土的湿陷性已经得到了消除。深度2.0m内黄土的干密度均大于1.5g/cm3。
（4）干密度或动力触探击数可以作为冲击碾压法处治湿陷性黄土地基效果检验的有效指标。
（5）综合认为，采用履带式25KJ三边形冲击式压路机冲击碾压60遍后，可以消除1.0m深度内的黄土湿陷性，冲击碾压法的处理深度为1.0m。
参考文献
[1]王生新，韩文峰，谌文武等.冲击压实法加固湿陷性黄土路基的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22（增2）：2848～2852.
[2]韩庆祝.冲击压实技术在湿陷性黄土路基施工中应用[J].路基工程，2000，（5）：48～50.
[3]石刚，支喜兰，谢永利等.冲击压实和强夯加固地基效果分析[J].交通运输工程学报，2006，16（4）：52～56.
[4]景宏君，张斌.黄土地区公路路基冲击压实试验[J].长安大学学报（自然科学版），2004，24（1）：25～29.
[5]韩庆祝.冲击压实技术在湿陷性黄土路基施工中的应用[J].路基工程，2000，（5）：48～50.
[6]王吉利，刘怡林，沈兴付等.冲击碾压法处理黄土地基的试验研究[J].岩土力学，2005，26（5）：755～758.
[7]陕西省计划委员会. 湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025—2004）[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.