沙漠地區(qū)風(fēng)積沙填筑材料特性研究

摘要：本文結(jié)合沙漠地區(qū)修建高等級(jí)公路而各類筑路材料極為缺乏的實(shí)際，依托二連浩特至賽漢塔拉一級(jí)公路工程，針對(duì)沙漠地區(qū)豐富的風(fēng)積沙進(jìn)行研究，系統(tǒng)掌握了作為路基填筑材料的風(fēng)積沙力學(xué)及工程特性，為沙漠地區(qū)和缺少砂石材料地區(qū)就地取材修筑高等級(jí)公路，提供一個(gè)可供借鑒參考的樣本。

關(guān)鍵詞：沙漠 風(fēng)積沙 材料 特性

0 引言

我國是一個(gè)多沙漠的國家，在沙漠地區(qū)修建高等級(jí)公路，各類筑路材料極為缺乏，特別是路基土石方，同時(shí)由于沙漠地帶特殊的氣候、地質(zhì)狀況，使得沙漠公路的施工比一般氣候、地質(zhì)條件下的公路施工難度要大的多。

為了研究和認(rèn)識(shí)沙漠的力學(xué)特性，積極探索沙漠地區(qū)的路基施工技術(shù)，依托內(nèi)蒙古二河國道主干線二連浩特至賽漢塔拉一級(jí)公路工程，針對(duì)沙漠地區(qū)豐富的風(fēng)積沙進(jìn)行研究，旨在為沙漠公路的施工提供可靠的理論根據(jù)，為沙漠地區(qū)和缺少砂石材料地區(qū)就地取材修筑高等級(jí)公路，提供一個(gè)可供借鑒參考的樣本

1 沙漠的自然特征和物理性質(zhì)

內(nèi)蒙古二河國道主干線二連浩特至賽漢塔拉一級(jí)公路地處內(nèi)蒙古高原中部，陰山山脈以北的層狀高原區(qū)。所經(jīng)地區(qū)地勢較為平坦，由西南向東北緩緩傾斜，基本輪廓奠定于第四紀(jì)延續(xù)到三迭紀(jì)、白堊紀(jì)。路線穿越植被稀少，砂化嚴(yán)重的沙漠邊緣，部分路段有零星洼地，季節(jié)性積水。

路線所經(jīng)地區(qū)與一般沙漠區(qū)有著共同的特點(diǎn)，氣候干旱，晝夜溫差大，熱量充沛，風(fēng)沙頻繁，植被稀少，風(fēng)沙日占全年總天數(shù)的40％左右，其中3～6月份風(fēng)沙日高達(dá)全月的12日以上。日照持續(xù)時(shí)間長，地表幾乎完全裸露。據(jù)觀測數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，典型的沙漠氣象要素如下：

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本施工地段沿線土質(zhì)以風(fēng)積沙、砂礫土以及淡栗鈣土為主，風(fēng)積沙質(zhì)地均勻在全線無明顯差異，其粘度組成為粉土質(zhì)細(xì)砂或極細(xì)砂。風(fēng)積沙強(qiáng)度高且穩(wěn)定水穩(wěn)性好。試驗(yàn)結(jié)果表明風(fēng)積沙塑性指數(shù)為0，是較好的路基壓實(shí)材料。

2 沙漠地區(qū)的風(fēng)積沙特性

風(fēng)積沙類同于細(xì)沙，塑性低、飽水性差、顆粒間的粘結(jié)力小、滲水性好、易流失水份。自然狀態(tài)下的風(fēng)積沙松散，含水量小，易受風(fēng)蝕，施工較困難，不易控制施工質(zhì)量。為保證路基填筑的施工質(zhì)量，在正式施工開始前必須對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)和分析，以便確定針對(duì)性的技術(shù)措施。

2.1 風(fēng)積沙力學(xué)特性的分析

①風(fēng)積沙的組成顆粒很細(xì)，表面積很大，風(fēng)積沙的顆粒粒徑均在2mm以下。一般情況下，在風(fēng)力分選作用下，沙漠邊緣的顆粒粒徑大于沙漠腹地，沙丘迎風(fēng)面的顆粒大于背風(fēng)面。天然狀態(tài)下不同地層的砂基本相近，各項(xiàng)物理、力學(xué)性指標(biāo)變化不大。按土工試驗(yàn)規(guī)程（SL237－1999），北部為級(jí)配不良砂（SP），中部、南部砂為含細(xì)粒土砂（SF），見下表：

沙漠風(fēng)積砂不同位置顆粒粒徑情況

（注：位置劃分：北部段0～3.8km，中部段3.8～32km，南部段32～60km）

A.顆粒組成分析

根據(jù)工程實(shí)際需要，對(duì)中南部取土料場原材料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，風(fēng)積沙顆粒的粒徑均在2mm以下，級(jí)配不良，見下表。

風(fēng)積沙的顆粒組成分析表

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由篩分結(jié)果可以看出，風(fēng)積沙顆粒粒徑較均勻，組成類似于細(xì)沙土，試驗(yàn)檢測出顆粒平均粒徑在0.05～1.25mm左右，級(jí)配不良。根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，高等公路填料的粒徑要求在10cm以下，因此風(fēng)積沙填料的最大粒徑是符合要求的。

B.強(qiáng)度分析

通過現(xiàn)場取樣分析，風(fēng)積沙的強(qiáng)度指標(biāo)是滿足要求的。風(fēng)積沙填料承載比（CBR）試驗(yàn)結(jié)果如下：壓實(shí)度90％、93％、96％，承載比的實(shí)測值分別為9.5％、16.8％、19.7％，相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定值為≥3.0％、≥4.0％、≥8.0％。由此可見，滿足路基填料最小強(qiáng)度要求。

②不均勻系數(shù)很小，粒徑較為單一，級(jí)配差，內(nèi)摩擦角在290～380之間松散性很強(qiáng)，不易形成整體，成型后的抗剪性能也較差。

③粉粘粒(<0.075mm)含量很少，一般在15％以下，多數(shù)地區(qū)小于5％，沙粒表面活性很低，無粘聚性(內(nèi)凝聚力基本為零)。滲透系數(shù)為1.5X103cm/s，毛細(xì)水上升高度<1m，水穩(wěn)性好，飽水后強(qiáng)度下降與粗粒土相似。

④化學(xué)成分主要以石英為主含有長石、云母石等。其中SiO2約占65％左右，Al2O3約占10％左右，CaO約占8％左右，其它成分很少，砂中鹽分含量較小，總鹽平均在0.06％一0.2％之間，為非鹽漬土。

2.2 風(fēng)積沙工程特性的分析

2.2.1 擊實(shí)特性

標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)表

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本段填料的擊實(shí)數(shù)據(jù)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)取得。根據(jù)多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，風(fēng)積沙填料的最大干密度在1.82～1.89g/cm3之間，最佳含水量在7％～11％之間，由三次平行的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)曲線得出得出最佳含水量為8.8％，最大干密度1.89g/cm3。其結(jié)果見上表和曲線圖。

試驗(yàn)表明:風(fēng)積沙的擊實(shí)規(guī)律表現(xiàn)為在接近飽和含水處(天然含水量7％～11％左右)時(shí)會(huì)出現(xiàn)個(gè)峰值。曲線呈凸型，證明風(fēng)積沙具有飽水壓實(shí)的特性。

2.2.2 振動(dòng)壓實(shí)的特性

①研究資料表明，風(fēng)積沙的振動(dòng)壓實(shí)頻率與砂的密實(shí)度、含水量和厚度有關(guān)，一般在25～55Hz之間。風(fēng)積沙的壓縮特性表明其密度變化范圍不大，幅度為0.38g/cm3，變化率為22％，說明由松散狀態(tài)到態(tài)度狀態(tài)壓實(shí)過程較短。

②風(fēng)積沙具有沉降量小（<1.5％），壓縮快，徐變小的特性，且經(jīng)擊實(shí)可達(dá)密實(shí)度的95％～100％。采用振動(dòng)壓實(shí)振壓功能的深度可達(dá)到60cm以下，因此在條件允許時(shí)可采用全厚度填筑的壓實(shí)工藝。

3 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)沙漠地區(qū)筑路材料風(fēng)積沙的研究，系統(tǒng)掌握了風(fēng)積沙的力學(xué)及工程特性，在二連浩特至賽漢塔拉一級(jí)公路施工，我們嚴(yán)格施工過程控制，施工的全部風(fēng)積沙路基，經(jīng)檢測全部合格。較好的保證了工程質(zhì)量。