高速公路沙漠路基压实工艺的探讨
摘要：通过陕西靖王高速公路沙漠路基试验路的施工，对风积沙的压实工艺了进行研究、分析，探讨并总结风积沙路基的压实工艺。
关键词：高速公路沙路基压实工艺探讨
1工程概况
青岛至银川公路是国道主干线“五纵七横”中的第三横，也是通过陕西省的三条主干线之一。靖王高速公路是其中的重要组成部分，本项目起点位于靖边县，终于陕西省定边县与宁夏盐池县交界的王圈梁，路线全长132.2888Km。本工程位于陕西省西北部，西临宁夏回族自治区，北依内蒙古自治区，南接陕西延安地区，横穿毛乌素沙漠南缘，是目前我国实施修建较早的沙漠高速公路之一，为毛乌素沙漠与黄土梁茆斜坡的过渡段，路基受风沙侵蚀作用强烈。地势总体南高北低，西高东低，海拔高度在1200―1600米之间。其中黄土区以剥蚀为主，水系较发达，冲沟下切，地形支离破碎；北部为草原风沙区，地形平坦而开阔，其间沙丘、草地、滩地、海子交错分布，风蚀作用强烈，呈现出风沙地区特有的地貌景观。本区年均气温8.5℃，最低气温是元月，月平均气温为-13.9℃，最高气温是七月，最热月平均气温22.4℃。年均降水量305.9mm，蒸发量大于降水量，平均为1807.50～2215.00 mm。相对湿度50～60%，最大冻土深度133cm。
长期以来，沙漠筑路最突出的问题之一就是沙路基的压实工艺。风积沙作为沙漠筑路唯一的路基材料，国内关于风积沙路基的压实至今仍没有成熟的、完善的技术资料和技术规范。本文结合靖王高速公路试验路（K133+000――K145+188.542）的施工，对风积沙的压实进行了研究，对高等级公路沙路基压实工艺及质量控制进行探讨分析。
2风积沙的技术指标及特性分析
在沙漠地区修筑公路，风积沙成为路基的主要填料。路基填筑设计中采用全线两侧就近取用填筑材料。
2.1风积沙的技术指标
2.1.1风积沙的颗粒组成
在施工过程控制中，全线按照一定间距现场随机取样，进行试验检测分析，沙样反映沿线填料的总体情况。按照《公路土工试验规程》(JTJE40-2007)的有关规定，对沙样进行了物理性质试验，如表1。
风积沙物理性质指标试验结果表1
颗粒分析（通过率%） 视比重（g/cm3） 细度模数
0.6(mm) 0.3(mm) 0.15(mm) 0.075(mm) <0.075(mm) 2.622 1.02
100 87.47 10.29 2.61 0
2.1.2风积沙的天然干密度、含水量
经过对沿线风积沙的天然干密度、含水量的调查表明，风积沙的天然干密度在1.56g/m3―1.69g/m3之间，坡峰的天然干密度较大，在1.g/m3―1.69g/m3之间；迎风坡、坡谷、背风坡的干密度较低，为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%之间，迎风坡及坡谷的含水量最大，为3.2%―3.3%，坡峰为2.3%，背风坡最小，为1.4%。
2.2风积沙的特性分析
根据分析研究风积沙的试验结果及风积沙的技术资料，可知：
2.2.1风积沙的粒度成分主要由细沙组成，粗沙和粉沙的含量都很低，粒径比较集中；
2.2.2风积沙中无粘粒和粉粒，这是风积沙无粘性的内在原因，处于单粒结构状态，抗剪能力差，内聚力极小，塑性指数几乎为零。在外力作用下容易产生推移、滚动，不易形成整体。
2.2.3风积沙的天然含水量小、保水性差、透水性强，同时也具有水稳定性好、沉降均匀，受不利季节影响小等特点。
2.2.4风积沙分布广泛、储量丰富、取材方便。不同地区风积沙的形成环境、气候条件、颗粒组成、矿物成分以及工程力学特性均有较大差异。
3风积沙的压实机理分析
3.1压实的重要意义
压实使路基及路面各结构层的材料具有足够的密实度，这对于公路的路基、路面具有十分重要的意义。由于风积沙颗粒松散无粘性，因而其压实一直是施工中的难题，风积沙的压实技术成为修筑沙漠公路之关键所在。
3.2压实机理分析
为使风积沙的压实达到理想的效果，必须是风积沙颗粒重新排列、细颗粒进入大颗粒的空隙中，颗粒之间的空隙减小。为了达到这一目的，无论采用何种压实方法，必须克服风积沙的内摩阻力和内部粘结力。内摩阻力受风积沙级配和颗粒形状影响；内部粘结力主要取决于其自身含水量情况。
4风积沙路基的压实工艺
4.1压实机具的选择
由于一般机具难以在松散的风积沙上行走，所以用于沙路基施工的机械以履带式推土机和双驱动自行式振动压路机为主要机械。
4.2压实工艺的确定
试验路根据不同机械型号、不同分层厚度、分别进行了推土机碾压、压路机碾压、推土机配合压路机碾压、水坠及水坠碾压等4大类试验项目。
通过反复试验分析，确定了沙路基施工的压实工艺，即：推土机稳压、振动压路机在天然含水量状态下分层碾压。
试验段1试验结果汇总表 表2
分层厚度（cm） 20 松铺系数 1.11
压实遍数 干密度
取样位置（cm） 样本个数（个） 密度代表值（g/cm3）
4遍 10~20 74 1.56
6遍 5~15 1.55
15~20 23 1.60
8遍+终压2遍 5~15 56 1.63
15~20 47 1.66
试验段2试验结果汇总表表3
分层厚度（cm） 30 松铺系数 1.08
压实遍数 干密度
取样位置（cm） 样本个数（个） 密度代表值（g/cm3）
4遍 10~20 177 1.60
6遍 10~20 192 1.60
8遍+终压2遍 0~15 24 1.61
15~25 165 1.
试验段3试验结果汇总表 表4
分层厚度（cm） 40 松铺系数 1.12
压实遍数 干密度
取样位置（cm） 样本个数（个） 密度代表值（g/cm3）
4遍 10~20 79 1.61
20~30 77 1.
6遍 10~20 79 1.61
20~30 75 1.65
8遍+终压2遍 0~10 18 1.66(大环刀)
10~20 77 1.63
20~30 86 1.65
30~40 22 1.66
试验段1、试验段2、试验段3试验结果汇总表 表5
分层厚度（cm） 取样位置 整段密度代表值（g/cm3） 下层密度代表值（g/cm3） 下下层密度代表值（g/cm3）
20 5~15 1.63 1.65 1.67
15~20 1.66 1.67 ----
30 0~15 1.61 1.66 1.63
15~25 1. 1.68 ----
40 0~10 1.66 1.66 ----
10~20 1.63 ---- ----
20~30 1.65 ---- ----
30~40 1.66 ---- ----
4.3压实效果分析
18T单钢轮振动压路机在天然含水量状态下分层碾压时，干密度随着压实遍数的增加
有增大的趋势；
18T振动压路机对分层厚度为20cm的沙路基振动碾压效果不明显，难以压实，对30cm、40cm厚度的沙路基底部15~35cm处压实效果显著；
在一定范围内相同的压实遍数干密度随取样深度的增加而增大，在0~15cm范围内密度均较小，但经过推土机稳压后，该部位的干密度有明显增加；
各分层厚度在振动碾压8遍以后，均能使下层的干密度有明显增加，但是对下下层的干密度影响不大；
5风积沙路基的压实质量控制及检测
5.1风积沙路基的压实质量控制
5.1.1风积沙标准最大干密度确定
路基压实质量是否能够得到有效的控制，合理正确地确定标准最大干密度是极其重要的影响因素之一。
5.1.2压实厚度的控制
压实厚度对路基压实效果有很大的影响，填料过厚，不但本层压实质量不能保证，而且将成为下一层的软弱层，直接影响下一层的压实质量。不同填料厚度的压实试验结果见表2、表3、表4。通过试验表明，采用机械碾压风积沙路基时，松铺系数按照1.08―1.10控制，压实厚度应控制在25―30cm。
5.1.3含水量的控制
在一般土质路基或半刚性基层材料的压实过程中，含水量对所能达到的最大干密度起着非常大的作用。但是，含水量与干密度的关系对于风积沙而言却不是很明显。试验结果表明，风积沙含水量为0%--2%和含水量完全饱和时均可以获得最大干密度，而含水量处于上述两种状态之间时却压不实。根据沙漠路基施工的实际情况和沙漠中水资源缺乏的状况，风积沙宜在天然含水量状态或偏干状态下实施压实作业。
5.2风积沙路基压实度的检测
风积沙路基压实度的检测采用环刀法或核子密度仪法。在采用环刀法时沙路基虽已经压实，但由于含水量很小，颗粒之间又无粘聚性，为防止环刀内的风积沙流失，取打入沙中的环刀时在其顶部加一个盖，其他步骤同《公路土工试验规程》(JTJ051-93)的规定。取样深度根据压实机械不同分为以下三种情况，以更有利于路基压实度的控制。
⑴当采用推土机碾压时，由于推土机垂直压实功较小，试验结果表明沙基表层压实效果较好，因此在距表层15cm深度以下取样；
⑵当采用压路机振压时，压路机压实功较大，但沙基表层由于被压路机振动松散，故底层的压实效果好于表层，故建议在10-15cm处取样。
6结论
⑴根据沙漠路基施工的实际情况和沙漠中水资源缺乏的状况，风积沙应在天然含水量状态或天然含水量状态偏干的状态下实施压实作业；相对应的最大干密度的确定方法应采
用小型混凝土振动台干振动法确定风积沙标准最大干密度。对风积沙路基压实施工在干燥状态下，亦能在合理的压实功作用下达到最佳的密实状态。
⑵通过反复试验分析，确定了沙路基施工的压实工艺，即：推土机稳压、振动压路机在天然含水量状态下分层碾压，松铺系数按照1.08―1.10控制，压实厚度应控制在25―30cm。
⑶经过施工总结，在风积沙路基施工中采用15T以上自行式振动压路机和140型履带式推土机的机械组合对沙路基进行碾压，既解决了推土机碾压进度慢，又解决了压路机碾压后表层松散、密实度小的缺点，是一种比较理想的组合，也是经济可行的。
参考文献:
[1] 公路土工试验规程.JTJE40-2007.
[2] 公路工程技术标准.JTG B01―2003.
[3] 公路路基施工技术规范.JTJ F10―2006.
