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摘要：路基沉陷处理的方法较多，如强夯、换填、钻孔注浆、灰土桩、碎石桩等。但对已经通车的高速填方路堤而言，传统方法往往不能应用于已通车的路段或达不到预期的理想效果，这就需要我们研究新的方法来实现对路基沉陷病害的加固处理。爆破压密法处理路基是一种全新的方法，它通过动力挤密土体，运用炸药在土体中引爆，产生横波和纵波并在较短的时间和较小的空间内，能量从一种形式向另一种或几种形式转化并伴随有强烈机械震动的过程。本文结合施工案例对爆破压密技术处理沉陷路基进行了分析探讨。
关键词：爆破压密；沉陷路基；注浆
一.工程概况及场地工程地质条件
通车运行的本高速部分路段，主要是填土路基出现路基下沉，且局部地段较严重，下沉达10cm～20cm。路基填土的岩性为粉质粘土，褐黄～褐红色，可塑，中～高压缩性，具有虫孔和植物根孔，含少量小的钙质结核及小砾石。
取路基填土进行室内土工试验，土的物理力学性质见下表。
试验结果表明，该路基填土具有轻微湿陷性，该土的基本性质：
1.颗粒组成以粉粒（粒径0.05～0.005mm）为主，含量在60%以上；
2.孔隙比变化在0.800～1.000之间；
3.天然含水量13.3%～18.4%，本次取土位置为表层土，深层位置的含水量在20%～30%之间。
4.饱和度39.0%～60%之间。
5.液限24.6%～31.5%之间。
室内土工试验结果表明，该路基填土具有轻微湿陷性，表现出黄土状土的特性。该种土粉粒含量越大，湿陷性越大；天然含水量较小，丰水期与枯水期土层中的含水量变化较大；饱和度较小，饱和度愈小，湿陷系数越大；液限较小，一般当wL＞30%时，湿陷性较弱。
二.路基沉陷原因分析
该路基土在一定压力作用下，下沉稳定后浸水饱和所产生的附加下沉量，即为湿陷变形量。湿陷变形是在充分浸水饱和情况下产生的，它的大小除了与土本身密度和结构性有关外，主要取决于土的初始含水量和浸水饱和时的作用力。初始含水量较低，浸水饱和时的上覆压力越大，其湿陷变形相对越大。该路基土在某一压力作用下，下沉稳定后由于湿度增大（不一定充分饱和），含水量增大，其还会产生附加下沉量。该区段路基土的变形包括压缩变形和湿陷变形，在荷载作用下产生压缩变形，其大小取决于荷载的大小和土的压缩性。在天然湿度和天然结构情况下，一般近似线性变形。在外荷不变的条件下，由于浸水使土的结构连续被破坏或软化产生湿陷变形。其上覆荷载为动荷载（变化荷载），公路沿线各区段的排水条件也不一，即浸水条件不一，致使各区段路基土的变形量也不一。所以控制荷载及排水条件是控制路基土变形的有效手段。正是由于该路基填土为黄土状土，其具有特殊的结构特性、欠压密性、湿陷变形性，成为该路基沉陷的主要原因之一。
三.采用爆破压密对路基沉陷处理设计原理及方案
3.1爆破压密对路基沉陷处理设计原理
目前用于软弱的地基的处理的方法很多，主要有：强夯法、振动挤密法、高压旋喷法、水泥土搅拌法、碾压法、桩基法等，但都不适于对建成后高速公路路堤的加固处理，特别是对于高填方路堤，存在比较软弱的区域距离路表面都比较大，一般都在3m以下。这给常规的处理方法带来较大的困难和难度，尤其是在高速公路不断交或短暂管控交通的条件下进行加固施工。爆破压密法处理地基是一种比较有效的方法，爆炸过程是在较短的时间和较小的空间内，能量从一种形式向另一种或几种形式转化并伴随有强烈机械振动的过程。爆破压实方法与其他方法相比较经济，特别是想把大范围的软弱砂质土，大规模地进行压实时更为有利，可以说是具有前途的方法。
3.2.爆破压密对路基沉陷处理设计方案
3.2.1布孔方式
在需治理的范围内按梅花型布孔采用150钻杆钻孔，孔中心间距2.5米--3米（横向），横向孔距由路面实际宽度和病害实际情况等综合因素确定，纵向孔距为4米。
3.2.2爆破及成孔顺序
在路基内侧和靠近边坡一侧先打孔进行第一次爆破，爆破结束后，再向路基中心打孔进行第二次爆破爆破。工艺流程如下：
钻孔机就位 → 钻孔 → 成孔、钻机移位 →短暂控制交通→埋设炸药 → 确定安全距离后引爆 →检查哑炮→清理爆破后路面残留物→开放交通 →对爆破孔进行灌入碎石及注浆处理→封孔。
3.2.3爆破孔深度及炸药药量的初步确定
钻孔深度根据路基填方高度及路基填料情况确定，为不破坏路面结构层，经过试验确定采用条型药包不封孔爆破。装药量为0.93kg/m：100cm÷21.5cm（每管等长度）×0.2kg（每管等重量）=0.93kg。距孔口2.5米以下放置炸药。
在服务区选定路外试验段进行炸药填装量试验。
试验数据及柱状图示如下：
钻孔为5米的路基地段，3kg装药量容易塌孔。
3.3.爆破压密对路基沉陷处理施工案例
3.3.1高速爆破压密施工
室内土工试验表明，平泉段个别路基填土具有轻微湿陷性，表现出黄土状土的特性。该种土粉粒含量越大，湿陷性越大；天然含水量较小，丰水期与枯水期土层中的含水量变化较大；饱和度较小，饱和度愈小，湿陷系数越大；液限较小，一般当wL＞30%时，湿陷性较弱。
通过对22处爆破压密施工段的数据统计及现场观测的实际情况得出：
1）布控设置
路基爆破最佳的布控距离为4米（横向），纵向布控最佳距离为5米，边侧孔距面分隔带及路基边坡最小距离为1.5米。（如上图所示）
2）炸药填充量
采用条型药包不封孔爆破，距孔口2.5米以下放置炸药，距离孔口2.5-4米范围内每延米平均装设炸药量为1kg。其余填药区域每延米平均填药2kg。
3）数据
路基爆破压密技术最大扩孔系数为31.18，最小扩孔系数为8.84，平均扩孔系数为17.65。
爆破压密施工结束后，对爆破孔进行填筑碎石处理，然后配合路基注浆的处理方法对路基软弱区域进一步处理，使其形成碎石与水泥浆支撑柱，防止路基进一步沉降。
四.效果分析
爆破压密前，部分区段日沉陷量平均值为 0.01 cm；注浆一周后，该区段日沉陷量仅为0 cm。这一实例表明爆破挤密措施达到了加固该路基土的目的。
五.方法讨论
对于该区段的病害路基，爆破压密及排水措施基本达到了加固路基、减小沉降的目的。其实，在修筑路基的过程中我们可以采用适当的处理方法以消除或减弱路基病害的发生。
5.1路基内部设置良好的排水系统
路基内部设置良好的排水系统对路基的稳定性至关重要，路基表面渗入的雨水、污水能及时排出，可以有效的减轻该种土的湿陷性及冻融程度，对于减少沉陷量能起到治本作用。
六.结语
6.1爆破压密技术适用于高速公路路基融陷及湿陷性土的处理，具有加固软土路基的作用。爆破压密技术处理路基具有施工速度快、费用低、效果好、临时管控交通不影响车辆正常通行等优点。采用爆破压密技术处理高速公路路基，其施工方法、施工参数、等还有待于进一步探索、改进。
6.2在修筑路基的过程中我们可以采用适当的处理方法，如换填、强夯、设置良好的排水系统等以消除或减弱路基病害的发生。
论文作者:张彤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/24
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