高速公路沙漠路基壓實(shí)工藝的探討

摘要：通過陜西靖王高速公路沙漠路基試驗(yàn)路的施工，對(duì)風(fēng)積沙的壓實(shí)工藝了進(jìn)行研究、分析，探討并總結(jié)風(fēng)積沙路基的壓實(shí)工藝。

關(guān)鍵詞：高速公路沙路基壓實(shí)工藝探討

1工程概況

青島至銀川公路是國(guó)道主干線“五縱七橫”中的第三橫，也是通過陜西省的三條主干線之一。靖王高速公路是其中的重要組成部分，本項(xiàng)目起點(diǎn)位于靖邊縣，終于陜西省定邊縣與寧夏鹽池縣交界的王圈梁，路線全長(zhǎng)132.2888Km。本工程位于陜西省西北部，西臨寧夏回族自治區(qū)，北依內(nèi)蒙古自治區(qū)，南接陜西延安地區(qū)，橫穿毛烏素沙漠南緣，是目前我國(guó)實(shí)施修建較早的沙漠高速公路之一，為毛烏素沙漠與黃土梁茆斜坡的過渡段，路基受風(fēng)沙侵蝕作用強(qiáng)烈。地勢(shì)總體南高北低，西高東低，海拔高度在1200—1600米之間。其中黃土區(qū)以剝蝕為主，水系較發(fā)達(dá)，沖溝下切，地形支離破碎；北部為草原風(fēng)沙區(qū)，地形平坦而開闊，其間沙丘、草地、灘地、海子交錯(cuò)分布，風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈，呈現(xiàn)出風(fēng)沙地區(qū)特有的地貌景觀。本區(qū)年均氣溫8.5℃，最低氣溫是元月，月平均氣溫為-13.9℃，最高氣溫是七月，最熱月平均氣溫22.4℃。年均降水量305.9mm，蒸發(fā)量大于降水量，平均為1807.50～2215.00 mm。相對(duì)濕度50～60%，最大凍土深度133cm。

長(zhǎng)期以來，沙漠筑路最突出的問題之一就是沙路基的壓實(shí)工藝。風(fēng)積沙作為沙漠筑路唯一的路基材料，國(guó)內(nèi)關(guān)于風(fēng)積沙路基的壓實(shí)至今仍沒有成熟的、完善的技術(shù)資料和技術(shù)規(guī)范。本文結(jié)合靖王高速公路試驗(yàn)路（K133+000——K145+188.542）的施工，對(duì)風(fēng)積沙的壓實(shí)進(jìn)行了研究，對(duì)高等級(jí)公路沙路基壓實(shí)工藝及質(zhì)量控制進(jìn)行探討分析。

2風(fēng)積沙的技術(shù)指標(biāo)及特性分析

在沙漠地區(qū)修筑公路，風(fēng)積沙成為路基的主要填料。路基填筑設(shè)計(jì)中采用全線兩側(cè)就近取用填筑材料。

2.1風(fēng)積沙的技術(shù)指標(biāo)

2.1.1風(fēng)積沙的顆粒組成

在施工過程控制中，全線按照一定間距現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取樣，進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)分析，沙樣反映沿線填料的總體情況。按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJE40-2007)的有關(guān)規(guī)定，對(duì)沙樣進(jìn)行了物理性質(zhì)試驗(yàn)，如表1。

風(fēng)積沙物理性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果表1

顆粒分析（通過率%）視比重（g/cm3）細(xì)度模數(shù)

0.6(mm)0.3(mm)0.15(mm)0.075(mm)<0.075(mm)2.6221.02

10087.4710.292.610

2.1.2風(fēng)積沙的天然干密度、含水量

經(jīng)過對(duì)沿線風(fēng)積沙的天然干密度、含水量的調(diào)查表明，風(fēng)積沙的天然干密度在1.56g/m3—1.69g/m3之間，坡峰的天然干密度較大，在1.64g/m3—1.69g/m3之間；迎風(fēng)坡、坡谷、背風(fēng)坡的干密度較低，為1.56 g/m3—1.57 g/m3。由于沙的蓄水能力低，因此沙的含水量很低，天然含水量在1.4%--3.3%之間，迎風(fēng)坡及坡谷的含水量最大，為3.2%—3.3%，坡峰為2.3%，背風(fēng)坡最小，為1.4%。

2.2風(fēng)積沙的特性分析

根據(jù)分析研究風(fēng)積沙的試驗(yàn)結(jié)果及風(fēng)積沙的技術(shù)資料，可知：

2.2.1風(fēng)積沙的粒度成分主要由細(xì)沙組成，粗沙和粉沙的含量都很低，粒徑比較集中；

2.2.2風(fēng)積沙中無粘粒和粉粒，這是風(fēng)積沙無粘性的內(nèi)在原因，處于單粒結(jié)構(gòu)狀態(tài)，抗剪能力差，內(nèi)聚力極小，塑性指數(shù)幾乎為零。在外力作用下容易產(chǎn)生推移、滾動(dòng)，不易形成整體。

2.2.3風(fēng)積沙的天然含水量小、保水性差、透水性強(qiáng)，同時(shí)也具有水穩(wěn)定性好、沉降均勻，受不利季節(jié)影響小等特點(diǎn)。

2.2.4風(fēng)積沙分布廣泛、儲(chǔ)量豐富、取材方便。不同地區(qū)風(fēng)積沙的形成環(huán)境、氣候條件、顆粒組成、礦物成分以及工程力學(xué)特性均有較大差異。

3風(fēng)積沙的壓實(shí)機(jī)理分析

3.1壓實(shí)的重要意義

壓實(shí)使路基及路面各結(jié)構(gòu)層的材料具有足夠的密實(shí)度，這對(duì)于公路的路基、路面具有十分重要的意義。由于風(fēng)積沙顆粒松散無粘性，因而其壓實(shí)一直是施工中的難題，風(fēng)積沙的壓實(shí)技術(shù)成為修筑沙漠公路之關(guān)鍵所在。

3.2壓實(shí)機(jī)理分析

為使風(fēng)積沙的壓實(shí)達(dá)到理想的效果，必須是風(fēng)積沙顆粒重新排列、細(xì)顆粒進(jìn)入大顆粒的空隙中，顆粒之間的空隙減小。為了達(dá)到這一目的，無論采用何種壓實(shí)方法，必須克服風(fēng)積沙的內(nèi)摩阻力和內(nèi)部粘結(jié)力。內(nèi)摩阻力受風(fēng)積沙級(jí)配和顆粒形狀影響；內(nèi)部粘結(jié)力主要取決于其自身含水量情況。

4風(fēng)積沙路基的壓實(shí)工藝

4.1壓實(shí)機(jī)具的選擇

由于一般機(jī)具難以在松散的風(fēng)積沙上行走，所以用于沙路基施工的機(jī)械以履帶式推土機(jī)和雙驅(qū)動(dòng)自行式振動(dòng)壓路機(jī)為主要機(jī)械。

4.2壓實(shí)工藝的確定

試驗(yàn)路根據(jù)不同機(jī)械型號(hào)、不同分層厚度、分別進(jìn)行了推土機(jī)碾壓、壓路機(jī)碾壓、推土機(jī)配合壓路機(jī)碾壓、水墜及水墜碾壓等4大類試驗(yàn)項(xiàng)目。

通過反復(fù)試驗(yàn)分析，確定了沙路基施工的壓實(shí)工藝，即：推土機(jī)穩(wěn)壓、振動(dòng)壓路機(jī)在天然含水量狀態(tài)下分層碾壓。

試驗(yàn)段1試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表2

分層厚度（cm）20松鋪系數(shù)1.11

壓實(shí)遍數(shù)干密度

取樣位置（cm）樣本個(gè)數(shù)（個(gè)）密度代表值（g/cm3）

4遍10~20741.56

6遍5~15641.55

15~20231.60

8遍+終壓2遍5~15561.63

15~20471.66

試驗(yàn)段2試驗(yàn)結(jié)果匯總表表3

分層厚度（cm）30松鋪系數(shù)1.08

壓實(shí)遍數(shù)干密度

取樣位置（cm）樣本個(gè)數(shù)（個(gè)）密度代表值（g/cm3）

4遍10~201771.60

6遍10~201921.60

8遍+終壓2遍0~15241.61

15~251651.64

試驗(yàn)段3試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表4

分層厚度（cm）40松鋪系數(shù)1.12

壓實(shí)遍數(shù)干密度

取樣位置（cm）樣本個(gè)數(shù)（個(gè)）密度代表值（g/cm3）

4遍10~20791.61

20~30771.64

6遍10~20791.61

20~30751.65

8遍+終壓2遍0~10181.66(大環(huán)刀)

10~20771.63

20~30861.65

30~40221.66

試驗(yàn)段1、試驗(yàn)段2、試驗(yàn)段3試驗(yàn)結(jié)果匯總表 表5

分層厚度（cm）取樣位置整段密度代表值（g/cm3）下層密度代表值（g/cm3）下下層密度代表值（g/cm3）

205~151.631.651.67

15~201.661.67----

300~151.611.661.63

15~251.641.68----

400~101.661.66----

10~201.63--------

20~301.65--------

30~401.66--------

4.3壓實(shí)效果分析

18T單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)在天然含水量狀態(tài)下分層碾壓時(shí)，干密度隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加有增大的趨勢(shì)；

18T振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)分層厚度為20cm的沙路基振動(dòng)碾壓效果不明顯，難以壓實(shí)，對(duì)30cm、40cm厚度的沙路基底部15~35cm處壓實(shí)效果顯著；

在一定范圍內(nèi)相同的壓實(shí)遍數(shù)干密度隨取樣深度的增加而增大，在0~15cm范圍內(nèi)密度均較小，但經(jīng)過推土機(jī)穩(wěn)壓后，該部位的干密度有明顯增加；

各分層厚度在振動(dòng)碾壓8遍以后，均能使下層的干密度有明顯增加，但是對(duì)下下層的干密度影響不大；

5風(fēng)積沙路基的壓實(shí)質(zhì)量控制及檢測(cè)

5.1風(fēng)積沙路基的壓實(shí)質(zhì)量控制

5.1.1風(fēng)積沙標(biāo)準(zhǔn)最大干密度確定

路基壓實(shí)質(zhì)量是否能夠得到有效的控制，合理正確地確定標(biāo)準(zhǔn)最大干密度是極其重要的影響因素之一。

5.1.2壓實(shí)厚度的控制

壓實(shí)厚度對(duì)路基壓實(shí)效果有很大的影響，填料過厚，不但本層壓實(shí)質(zhì)量不能保證，而且將成為下一層的軟弱層，直接影響下一層的壓實(shí)質(zhì)量。不同填料厚度的壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3、表4。通過試驗(yàn)表明，采用機(jī)械碾壓風(fēng)積沙路基時(shí)，松鋪系數(shù)按照1.08—1.10控制，壓實(shí)厚度應(yīng)控制在25—30cm。

5.1.3含水量的控制

在一般土質(zhì)路基或半剛性基層材料的壓實(shí)過程中，含水量對(duì)所能達(dá)到的最大干密度起著非常大的作用。但是，含水量與干密度的關(guān)系對(duì)于風(fēng)積沙而言卻不是很明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)積沙含水量為0%--2%和含水量完全飽和時(shí)均可以獲得最大干密度，而含水量處于上述兩種狀態(tài)之間時(shí)卻壓不實(shí)。根據(jù)沙漠路基施工的實(shí)際情況和沙漠中水資源缺乏的狀況，風(fēng)積沙宜在天然含水量狀態(tài)或偏干狀態(tài)下實(shí)施壓實(shí)作業(yè)。

5.2風(fēng)積沙路基壓實(shí)度的檢測(cè)

風(fēng)積沙路基壓實(shí)度的檢測(cè)采用環(huán)刀法或核子密度儀法。在采用環(huán)刀法時(shí)沙路基雖已經(jīng)壓實(shí)，但由于含水量很小，顆粒之間又無粘聚性，為防止環(huán)刀內(nèi)的風(fēng)積沙流失，取打入沙中的環(huán)刀時(shí)在其頂部加一個(gè)蓋，其他步驟同《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ051-93)的規(guī)定。取樣深度根據(jù)壓實(shí)機(jī)械不同分為以下三種情況，以更有利于路基壓實(shí)度的控制。

⑴當(dāng)采用推土機(jī)碾壓時(shí)，由于推土機(jī)垂直壓實(shí)功較小，試驗(yàn)結(jié)果表明沙基表層壓實(shí)效果較好，因此在距表層15cm深度以下取樣；

⑵當(dāng)采用壓路機(jī)振壓時(shí)，壓路機(jī)壓實(shí)功較大，但沙基表層由于被壓路機(jī)振動(dòng)松散，故底層的壓實(shí)效果好于表層，故建議在10-15cm處取樣。

6結(jié)論

⑴根據(jù)沙漠路基施工的實(shí)際情況和沙漠中水資源缺乏的狀況，風(fēng)積沙應(yīng)在天然含水量狀態(tài)或天然含水量狀態(tài)偏干的狀態(tài)下實(shí)施壓實(shí)作業(yè)；相對(duì)應(yīng)的最大干密度的確定方法應(yīng)采用小型混凝土振動(dòng)臺(tái)干振動(dòng)法確定風(fēng)積沙標(biāo)準(zhǔn)最大干密度。對(duì)風(fēng)積沙路基壓實(shí)施工在干燥狀態(tài)下，亦能在合理的壓實(shí)功作用下達(dá)到最佳的密實(shí)狀態(tài)。

⑵通過反復(fù)試驗(yàn)分析，確定了沙路基施工的壓實(shí)工藝，即：推土機(jī)穩(wěn)壓、振動(dòng)壓路機(jī)在天然含水量狀態(tài)下分層碾壓，松鋪系數(shù)按照1.08—1.10控制，壓實(shí)厚度應(yīng)控制在25—30cm。

⑶經(jīng)過施工總結(jié)，在風(fēng)積沙路基施工中采用15T以上自行式振動(dòng)壓路機(jī)和140型履帶式推土機(jī)的機(jī)械組合對(duì)沙路基進(jìn)行碾壓，既解決了推土機(jī)碾壓進(jìn)度慢，又解決了壓路機(jī)碾壓后表層松散、密實(shí)度小的缺點(diǎn)，是一種比較理想的組合，也是經(jīng)濟(jì)可行的。

參考文獻(xiàn):

[1] 公路土工試驗(yàn)規(guī)程.JTJE40-2007.

[2] 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).JTG B01—2003.

[3] 公路路基施工技術(shù)規(guī)范.JTJ F10—2006.