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冲击碾压排水固结加固软土地基
    冲击碾压排水固结法加固软土地基属于岩石工程软土地基处理的应用技术领域。

    软土是软弱粘性土的简称。它是第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相、溺谷相和湖沼相的粘性土沉积物或河流冲积物，有的属新近淤积物。软土的特点是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在荷载作用下，软土地基承载能力低，地基沉降变形大，不均匀沉降也大，且沉降稳定历时比较长。软土地基是工程建设中遇到最多而需要进行人工处理的地基，它广泛地分布在我国东南沿海及内地。经查阅检索国内外期刊专著与专利文献，以及工程实践证实，排水固结法是处理软土地基的有效方法之一。这种方法对天然地基处理时。一种是先在地基中设置竖向排水体(砂井或塑料排水板)及砂垫层，然后利用建筑物自重分级逐渐加载，另一种是在建筑物建造以前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，地基发生沉降，逐渐固结，逐步提高地基的承载力和稳定性。在我国东南沿海及内陆已建成或正在施工、设计的高速公路、一级公路遇到软土地区，其软基处理主要采用排水固结法，并用等载或超载预压来加速地基的排水固结，以达到设计荷载要求。近年有的工程采用强夯置换加固软土地基，由于增加竖向和水平排水措施，再辅以置换，在夯击能的有效深度内，使软土地基处理达到设计荷载要求，取得较好的效果。现南非兰派公司新研制开发一种冲击式压实机，在土方压实作业中，突破了传统的碾压方式，大大提高了压实能力。该机碾滚按冲击能大小分为三角形、正方形、五角形、六角形，分别为25KJ、20KJ、15KJ、10KJ四种型号，碾滚角部呈圆弧状，由轮式拖拉机牵引进行碾压作业。碾滚重12吨，当冲击碾一角立于地面，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，具有地震波的传播特性，其压实深度可随碾压遍数递增，碾压15遍左右，在5m的压实深度，压实度可达重型击实标准90％-93％。据兰派公司介绍，目前该机在国外只用于土石方地碾压作业，还没有用在软土地基的处理，现正进入我国开展该机在土石方工程中的应用工作。因此，根据冲击压实机的特性，结合软土地基设置的竖向与水平排水系统，在地基上进行冲击碾压的连续作业，使地基排水固结，早期加速沉降，以满足地基的强度和稳定性，是软土地基处理的一种创新技术，具有广阔的应用前景。

    冲击式压实机作业时，在半空间表面上竖向冲击能传给地基的能量是由压缩波(P波)、剪切波(S波)和瑞利波(R波)联合传播的。压缩波的质点运动是属于平行于波阵面方向的一种推拉运动，它使孔隙水压增大，同时使土粒错位；剪切波的质点运动引起和波阵面方向正交的横向位移；而瑞利波的质点运动则是由水平和竖向分量所组成。剪切波和瑞利波的水平分量使土颗粒间受剪，可使土得到密实。软土地基经冲击碾压后，其强度提高过程可分为：冲击能量转化，强制压缩或振密土体(包括气体排出，孔隙水压力上升)；土体液化或土体结构破坏(表现为土体部分弱结合水变成自由水，使土的强度降低)；排水固结压密(表现为冲击能使土体裂隙发展土内形成树技状的排水网络，并与竖向排水连通，使孔隙水顺利逸出，土体固结压密，强度提高)；触变恢复(使部分自由水又恢复为薄膜水，土体压密，强度继续提高)。随着冲击式压路机碾压遍数的增加，地基由上至下逐层固结压密，形成碾压加固后地基的人工厚层硬壳层，以满足地基设计承载力的要求。

    国内外普遍采用的堆载予压排水固结法，其等载或超载予压的时间需要半年到一年，同时，公路路基施工时借运这样大量的加载土方，还需作卸载弃土处理，费时费工，施工时间很长。而冲击碾压排水固结法，则在短时间内按加固软土地基要求增加所需的碾压遍数即可完成，节省堆载予压土方，简化施工，加快施工进度，降低工程费用。强夯置换结合排水系统加固法在国内少数工程取得较好效果，但由于强夯是单点高强度冲击能作用，在软土地基表层需要有4-5m的置换层，地基加固的均匀性不好控制，存在施工时间较长，成本高及工艺上的局限性。

    因此，冲击碾压排水固结法加固软土地基，解决了堆载予压排水固结法与强夯置换结合排水系统加固法的不足，并充分发挥了排水固结法与强夯法的优势，使软土地基能较好地按设计要求施工。

    目前，此项发明正在京沈高速公路宝坻至山海关的k57-k73软土地段进行试验，取得较好的效果。