高速公路路堤填土压实中的RIC工法试验研究

董金玉，杨继红，孙文怀，伍法权

(1.华北水利水电学院，郑州 450011;2.中国科学院地质与地球物理研究所 工程地质力学重点实验室，北京 100029)

随着我国经济建设的发展，国家投入大量资金发展高速公路，并对建设工程质量提出了更高的要求。早期修建的高速公路，尤其是山区公路，路基填方高、地质条件变化大，由于建设周期短，路基完成后仅留有很短的自然沉降期，虽经重型振动压路机碾压，尚不能有效地解决路基的沉降过大和差异沉降，其工后沉降要经历较长时间的通车运行方渐趋于稳定，因此路基沉降时有发生，导致路面过早损坏，严重时影响道路正常运行［1-4］。RIC(Rapid Impact Compaction)工法是用履带式反铲挖掘机为基础车，在其臂架上安装1台夯实机具，通过夯实机具高频连续地夯击地面以加固地基，当用于高速公路建设时，可以较好地解决填土的压实问题［5］。本文就郑少(河南郑州—少林寺)高速公路路堤填土压实施工中采用RIC工法的试验进行总结分析。

1 RIC工法简介

1.1 RIC工法主要设备

RIC工法的主要设备有夯实设备和监测系统。

夯实设备是以较大重量的液压锤为基础开发的高速移动性设备(如图1)，具有高达40～60次/min的夯击频率。锤重为50～90 kN，最小行程为0.3 m，最大行程为1.2 m;一次锤击所产生的能量最小为15 kN·m，最大为108 kN·m，可根据路堤的部位和填土厚度进行设置，处理深度在2 m和10 m之间。夯实的能量通过专用的锤体直接传入作业地面，保证了能量的有效传播，施工过程中没有碎片飞溅。

RIC工法的监测系统(如图2)，进行施工过程中的作业记录，便于质量控制和数据采集。所有作业可实现自动控制，可通过设置总夯实能量的大小、末锤沉降量、总沉降量、夯击遍数等参数，实现实时自动控制。

图1 RIC工法夯实机

图2 RIC工法监控设备

1.2 RIC工法主要特点

1)高性能。原理先进、性能可靠，影响深度2～10 m，有效压实深度4.0 m左右，压实度可提高到95%以上。可减小地基土及路堤填土的工后沉降，提高地基整体强度。

2)高效益。施工效率高，一次压实松铺填实厚度4 m，较传统压实机械大大缩短施工期限，降低综合工程造价，有良好的经济效益和社会效益。

3)自检性。有自带的监测系统，通过分析记录的数据，可达到检测处理效果的目的，节省质量检测方面的费用。

2 RIC工法在路堤填土中的试验研究

郑州至少林寺高速公路全长53 km，起自郑州市西南绕城高等级公路马寨南1 km处，沿西南方向，经新密市，止于登封中岳庙3 km处，与豫03线相接。地势西北高，东南低，地形起伏较大，丘谷相间，冲沟发育，高填方路堤段较多，分离式立交桥15座，通道25道，桥、通道较多，桥台背填土路堤也多为高填方。在郑少高速公路第Ⅱ标段断裂构造不发育，大多被第四系覆盖，呈隐伏状态。路线以填方通过，构造对工程影响较小。通过钻探取样，土层从下往上为砂岩、黏土和黄土状粉质黏土，地下水位埋深约16 m，天然地层密实度较好，能够达到路堤荷载要求，不需要作进一步处理。

高速公路建设中，对路堤填土的压实度要求较严，为准确测定RIC工法在路堤填土中的作用效果，以郑少(郑州至少林寺)高速公路第Ⅱ标段董沟大桥南头为试验点分两种工况进行了试验。第一种工况为已压实路堤填土(压路机压实)的RIC工法压实试验，第二种工况为未经压实的路堤填土(松散填土)RIC工法压实试验。以下分情况进行说明。

2.1 已压实路堤填土的RIC工法压实试验

1)试验区的选择

首先选择郑少高速公路第Ⅱ标段董沟大桥南侧，已压实好的路段为试验区。图3为夯击现场。

图3 夯击现场

2)RIC工法试验程序

在压路机已压实好的路堤填土区(压实度为92%)进行了试验，以总沉降变形量为500 mm进行了试夯，在不到1 h的时间内夯实面积达60 m2多。夯实完成后，进行了开挖取样试验，采用环刀法进行压实度试验检测［6］，试验结果见表1。

表1 RIC工法压实度试验结果

3)结果分析

从试验结果(表1)中看出，原经压路机压实后的压实度为92%的区域，经 RIC工法夯实后压实度＞95%，最大达98%，压实度明显提高。

2.2 未经压实的路堤填土的RIC工法试验

试验区选择在郑少高速公路第Ⅱ标段董沟大桥南头。试验时，填土厚度设计为 1.0 m，1.5 m，2.0 m，3.0 m和4.0 m，试验填土设计见图4。

图4 填土厚度设计示意(单位:m)

2.2.1 路堤填土高度为4 m

1)RIC工法试验的实施与控制

填土高度为4 m试验区，通过夯击过程中末锤沉降量进行控制，以确定 RIC工法夯击的有效影响深度。末锤沉降量的控制标准分别为:5 mm(B区、F区)，10 mm(A 区、G 区)，15 mm(C 区、E 区)，20 mm(Dn区、Ds区)。试验点施工图见图5。

图5 夯击点布置平面(单位:m)

夯击之前对填土做了击实试验，测得其最大干密度为1.94 g/cm3，最佳含水量为11.9%。

2)取样试验

填土夯实完成后，填土测其高为3 m，分别在0.2、1.0、1.8 m和2.6 m处环刀取样，测夯实完成后的压实度。

3)试验结果整理与分析

试验完成后，对不同夯击区域、深度和水平位置的压实度进行整理，得出其关系曲线如图6所示。

图6 压实度随深度的分布曲线(不同末锤沉降量)

通过施工现场观察和对比分析图6，可以得到如下规律:

①表层20 cm由于夯点之间的相互挤压，土层较为松散，压实度较小;在0.2～1.0 m深度范围内随着深度的增加压实度逐渐增加;1.0 m以下随着深度的增加，压实度逐渐减少，在2.6 m深度范围内压实度全部满足设计施工要求(Dr＞91%)。

②两锤中心压实度较小，经过补夯后压实度明显提高。

③末锤沉降量控制不一样压实度效果不同，最后一锤沉降量越小，压实度越大。

2.2.2 路堤填土高度为 1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m

路堤填土厚为1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m时，用总沉降量控制夯实效果，经多种方案试验后，得到当最终沉降量为250、400、500、800 mm时效果较好。进行人工开挖在其底部随机做试验测其压实度，可得表2。

表2 压实度检测

表2为填土厚为1.0 m、1.5 m、2.0 m、3.0 m时的试验结果，在以后的施工中对于填土厚度＜3 m的情况可作为参考。

3 结论

通过RIC工法夯击试验，在压实填土方面得出如下结论:

1)RIC工法夯实路堤松散填土和已压实填土后，压实度可以达到95%以上，压实效果好，且效率高。与其它压实方法相比较，具有明显的优势，其它压实设备很难达到此压实效果。更重要的是可根据末锤沉降量、总沉降量等参数的设置实现不同压实度要求的控制。

2)在已经压实的路堤填土之上进行 RIC工法夯击，一是可达到增加压实度，二是将深层夹有软弱层等缺陷的填方地段暴露出来，及时采取补救措施。

3)一般的振动压路机填土厚度为25～30 cm，而使用RIC工法进行填土夯实时，一次性填土厚度可达到3.0 m，可大大缩短施工工期，保证工程质量，节约资金，并使高速公路提前竣工投入使用。

4)RIC工法夯实填土自身携带的监测系统可实时自动记录夯实总能量、夯点总沉降量、末锤夯击的沉降量、锤击遍数等参数来评判与检测填土地基的压实度。

5)RIC工法是一种先进的、自动化程度高的、快速有效地夯击已压实路基填土、松散填土及桥台背填土的方法，可以广泛地在高速公路工程中推广应用。

［1］陈斌.道路压实的有效办法［J］.南京市政，2003(1):22-24.

［2］蔡业青.山区高速公路高填方路堤压实工艺探讨［J］.广东公路交通，2007(2):13-18.

［3］赵贵欣，潘欣虹.高路堤压实工艺的研究［J］.黑龙江交通科技，2009(10):14.

［4］孙红林，李丹.京沪高速铁路路基工程主要技术标准研究［J］.铁道建筑，2009(7):5-10.

［5］孙文怀，崔国喜，董金玉.高速公路桥台背填土压实的 RIC工法试验研究［J］.岩土工程学报，2004，26(5):702-705.

［6］中华人民共和国建设部.GB50007—2002 土工试验方法［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.