關(guān)暉

摘要：風積沙路基經(jīng)過一定的壓實處理后，可以滿足現(xiàn)代公路施工要求，變廢為寶，降低綜合成本。文章以新疆清伊高速公路某路段為例，介紹了風積沙路基的壓實參數(shù)設計，對項目區(qū)風積沙力學性能進行分析，得出其為較理想的路基填筑材料，并通過分析路基壓實干密度影響因素，設計了最佳含水量及壓路機的振動頻率、時間、振幅等參數(shù)，可為類似施工提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;力學特性;影響因素;壓實參數(shù)

中國分類號：U416.1+6文獻標識碼：A

0 引言

我國新疆地區(qū)面積遼闊、地廣人稀，同時也分布了大面積的沙漠和戈壁灘，環(huán)境較為惡劣。但新疆作為“西部大開發(fā)”“新絲綢之路經(jīng)濟帶”的重要一環(huán)，交通建設必然是先行者。風積沙是新疆很多地區(qū)的常見地質(zhì)條件，在這種地基上建造高速公路，前期必須進行碾壓處理。

1 工程概況

新疆清伊高速公路（清水河至伊寧）全長57 km，設計為雙向四車道一級公路標準，設計時速為120 km/h，路面設計寬度為22 m。經(jīng)地質(zhì)勘查，其中有一段長約453 m的地方為風積沙路基。為保證路基的堅固穩(wěn)定性，經(jīng)專家組商議，需要對該段風沙路基進行擊實處理，本文重點對擊實參數(shù)設計和施工要點進行分析。

2 清伊高速風積沙力學特性及擊實影響因素分析

2.1 清伊高速風積沙力學特性分析

風積沙的工程力學特性是對交通建設最為重要的參數(shù)，包括抗剪強度、承載比、回彈模量等，準確測定這些參數(shù)對路基處理有著直接影響[1]。

2.1.1 抗剪強度分析

路基土抗剪強度對于路基強度有重要意義。在此取項目路段沙樣20瓶，均為風干狀態(tài)（密度1.65 g/cm3），利用“直剪儀”檢測其抗剪強度。設計剪切沙樣直徑為6.5 cm，高度為10 cm，四種不同垂直載荷為100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa。試驗結(jié)果如下頁圖1所示。

根據(jù)式（1）“庫倫-剪切強度準則”公式[2]，由于沙樣粘聚力較小，為方便計算在此忽略不計。最后可知：本項目路段風積沙抗剪強度τ與垂直壓力σ呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)約為1。對于維持路基邊坡穩(wěn)定完全沒問題。

2.1.2 壓縮特性分析

風積沙的壓縮特性對于分析路基穩(wěn)定性及沉降量意義重大。在此通過壓縮試驗來測定不同載荷作用下沙樣的沉降量，沙樣均為風干狀態(tài)（密度為1.65 g/cm3）。具體試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)及曲線圖分別如表1及圖2所示。

由表1及圖2可知：（1）沙樣下沉量同載荷呈正比關(guān)系，載荷越大，沙樣下沉量越大;（2）沙樣下沉在很短時間內(nèi)完成（0.2 min以內(nèi)），之后幾乎不產(chǎn)生徐變，這也有利于公路建設;（3）在1.0～2.0 MPa之間，沉降量產(chǎn)生了一個較大的變化，說明超過1 MPa，沙樣孔隙率會大大降低[3]。

2.1.3 回彈模量分析

為檢測項目路段風積沙回彈模量，在此設計為現(xiàn)場試驗。根據(jù)施工經(jīng)驗，共設計三個填筑厚度（50 cm、70 cm、90 cm），為保證結(jié)果準確性，樣本分別取10個。具體試驗數(shù)據(jù)如下表2所示。由相關(guān)數(shù)據(jù)可知：（1）風積沙填筑厚度越大，彈性模量數(shù)值會越大;（2）隨著風積沙含水量降低，彈性模量會增大（表2數(shù)據(jù)未顯示）;（3）總體而言，相對于粉土和黏土，本項目路段風積沙的水穩(wěn)定性要好很多，適合公路建設[4]。

2.2 風積沙路基壓實參數(shù)影響因素分析

為了保證風積沙路基有足夠強度和穩(wěn)定性，必須進行壓實處理，而擊實的本質(zhì)目的是盡量將土體中的氣體、水分逼出，使顆粒之間相互錯動靠近，從而提高密實度。對于本項目路段風積沙來說，其內(nèi)部粘聚力可以近似看作0，因此進行擊實試驗就是為了獲得項目路段風積沙的最佳干密度及含水量，為指導以后施工收集數(shù)據(jù)。

2.2.1 含水量

前文已經(jīng)說明沙樣含水量與彈性模量呈反比關(guān)系，而含水量還會對風積沙的內(nèi)摩擦力產(chǎn)生重要影響。根據(jù)其他學者得出的結(jié)論：風積沙含水量與干密度之間并非存在直線關(guān)系，而是折線關(guān)系（見圖3）。由圖可知：含水量在A點時，風積沙含水量為0，此時干密度為一個較大數(shù)值;當含水量增大到B時，干密度呈下降趨勢;當含水量再增大到C時，干密度又呈上升趨勢，而且會達到一個最大值。而對于風積沙路基來說，C點是最佳含水量點[5]。

2.2.2 擊實功

擊實功包括振動頻率、方式、時間、振幅等，也是影響風積沙干密度值的重要參數(shù)之一。大量學者通過研究發(fā)現(xiàn)：對于同一種材料，擊實功越大，最佳含水量值越小，而最大干密度值會越大。但是當擊實功達到一定數(shù)值后，對最佳含水量、最大干密度值影響會減弱甚至消失。因此不能一味追求大擊實功，否則既增加了施工成本，又無法提高實際效果，經(jīng)濟性會變差。

3 清伊高速風積沙路基壓實參數(shù)設計分析

參考其他類似工程經(jīng)驗，本項目設計采用振動壓路機對風積沙路基進行壓實施工，而其振動頻率、振幅、重量等參數(shù)均可以調(diào)節(jié)，因此需要根據(jù)本項目實際情況來確定最適合的擊實參數(shù)。

3.1 最佳含水量設計

在此利用“小筒擊實試驗”先確定風積沙最佳含水量，從0%上升至14%，每0.5%設定一檔，最后將測定數(shù)值用曲線擬合。本項目測試結(jié)果如圖4所示[6]。根據(jù)結(jié)果可知：本項目路段風積沙最佳含水量為12.5%，以下試驗均按照該值進行。

3.2 壓路機振動頻率設計

振動壓路機的振動頻率范圍為25～50 Hz，在此共對壓路機設計5組不同頻率進行對照，其他參數(shù)均一致（振幅1.0 mm，時間3 min，配重4塊）。試驗結(jié)果如表3所示[7]。由數(shù)據(jù)可知：當振動頻率由30 Hz升至45 Hz過程中，風積沙干密度值均為上升趨勢，超過45 Hz后，數(shù)值下降。因此確定本項目風積沙壓實施工最佳振動頻率為45 Hz。

3.3 壓路機振動時間設計

振動壓路機的振動時間范圍為2～5 min，在此共對壓路機設計4組不同頻率進行對照，其他參數(shù)均一致（頻率45 Hz，振幅1.0 mm，配重4塊）。試驗結(jié)果如表4所示。由數(shù)據(jù)可知：當振動時間由2 min增至3 min的過程中，風積沙干密度值均為上升趨勢，超過3 min后，數(shù)值下降。因此確定本項目對風積沙壓實施工最佳振動時間為3 min。

3.4 壓路機振幅設計

在此共對壓路機設計6組不同振幅進行對照，其他參數(shù)均一致，試驗結(jié)果如表5所示。由數(shù)據(jù)可知：當振幅由0.2 mm升至1.0 mm過程中，風積沙干密度值均為上升趨勢，超過1.0 mm后，數(shù)值下降。因此確定本項目對風積沙壓實施工最佳振幅為1.0 mm。

4 結(jié)語

風積沙路基是我國西北地區(qū)常見地質(zhì)條件之一，若無特殊病害，只要處理得當，該類路基的結(jié)構(gòu)堅固度、穩(wěn)定性還是很好的。清伊高速公路該段路基經(jīng)過壓實處理后，各項指標均達到規(guī)范要求，路面也很順利地鋪設完成。投入使用兩年后，該路段并未發(fā)生任何地基塌陷、沉降問題，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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