砂土填筑路基試驗性能的分析

李正軍

【摘要】本文通過室內(nèi)試驗，對砂土的各項性能進行了擊實、抗剪、壓縮模量、CBR值等比較系統(tǒng)的研究，指出了砂土作為路基的填料比一般土質(zhì)的區(qū)別。

【關(guān)鍵詞】砂土；壓縮模量；抗剪強度；CBR值

Analysis of sand filling roadbed test performance

Li Zheng-jun

（Luquan management station Luquan Hebei 050200）

【Abstract】Through laboratory tests conducted on the performance of the sand compaction， research shear， compression modulus， CBR value， such as more systematic， pointed out the difference between sand as roadbed filler than earthy.

【Key words】CBR value；Sand；Compression modulus；Shear strength

作為路基材料，通常希望具有較好的水穩(wěn)性和整體強度（即地基的彈性模量值要高且波動性較?。@樣不僅能保證公路的整體強度、平整性和耐久性，而且可以使路面厚度得以減薄，即“強路基，薄路面”，工程造價可以降低。在華北地區(qū)有許多砂土地區(qū)，砂土路基的施工質(zhì)量將直接影響到路基的整體強度，科學(xué)、經(jīng)濟合理的施工工藝是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵，本文通過室內(nèi)對砂土進行較系統(tǒng)的試驗研究，得到一些有使用價值的成果，為高速公路砂土路基設(shè)計與施工提供必要的依據(jù)。

1. 工程簡介

某高速公路石家莊段ZS7合同段位于石家莊市正定縣境內(nèi)，起訖樁號為K51+150～K54+531.52，ZK0+707.414～ZK5+000，本合同段全長7.674KM，線路處在滹沱河流域二級階地上，地基土質(zhì)主要以粉質(zhì)粘土、粉土為主，5～9m以下出現(xiàn)細砂土層，路基包邊土來源于滹沱河林場，路基內(nèi)部砂土取自滹沱河。滹沱河粉細砂礦物成分含量較高，石英平均含量為67.0～85.4%，長石平均含量為7.4～18.1%，巖屑平均含量為5.1～16.9%，環(huán)境的變化影響石英，長石、巖屑有規(guī)律的變化。這是由于隨著搬運距離的增加，不穩(wěn)定組分巖屑，長石含量不斷減少，相對穩(wěn)定石英的含量就增加，其中砂土的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

2. 試驗條件和方法

所用填料的物理性質(zhì)試驗及分類，以及力學(xué)指標(biāo)CBR和擊實試驗按照交通部《公路土工試驗規(guī)程》（JTJ051-93）進行；填料的力學(xué)性質(zhì)試驗中，壓縮、直剪、等試驗項目按照國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》（GBJ123-99）執(zhí)行；回彈模量則按照《公路現(xiàn)場試驗檢測規(guī)程》執(zhí)行。

3. 重型擊實試驗

（1）壓實是公路施工中的重要環(huán)節(jié)，壓實使路基具有足夠的密實度，有效的壓實能顯著地改善路基土的承載能力和穩(wěn)定性，減少其行車作用下可能產(chǎn)生的變形，增強路面的使用性能和延長路面的使用壽命。在室內(nèi)，影響壓實度的因素有含水量，材料的顆粒組成，以及擊實功，在現(xiàn)場，影響壓實度的主要因素有：砂的含水量、碾壓層的厚度、壓實機械的類型和功能、碾壓遍數(shù)以及地基的強度。此次試驗采用重型壓實標(biāo)準(zhǔn)，就是為了極大的提高砂土填筑路基的密實度，確保試驗結(jié)果的可靠性，對兩地的砂樣都做了兩次平行試驗，對差異性很大的點做了舍棄，實驗結(jié)果見下圖1所示。

（2）由圖1可以看出：在含水量較小時，干密度 偏小，表明在含水量較低時，砂土難以壓密實，隨著含水量的增加，干密度開始逐漸增大；級配不良的粉土質(zhì)砂的擊實曲線并不象普通細粒土的擊實曲線，是一個單峰值曲線，它是一個雙峰值曲線。干密度隨含水量的逐漸增大呈現(xiàn)出先減小；后增大，在減小的規(guī)律；由于砂土的級配不良，顆粒間相互填充困難，擊實后孔隙比仍然較大，故其最大干密度 也就比較小，一般在1.74～1.77g/cm3，比一般細粒土小得多，如包邊土；包邊土的最大干密度在1.87～1.90g/cm3，最佳含水量 在12.7～13.6%左右。

4. 細砂土的抗剪強度

測定抗剪強度的方法有直剪試驗和三軸試驗，由于風(fēng)積砂不好成型且滲透性大，本次試驗采用直接快剪的方法，試驗前，對測力環(huán)進行了標(biāo)定，試驗用應(yīng)變式剪力儀進行快剪，并在同一臺儀器上進行，以消除儀器的系統(tǒng)誤差，在直剪試驗過程中，為保持試樣的含水量不變，在透水石與土樣之間放兩片不透水膠片，試驗過程嚴(yán)格按照直剪試驗操作規(guī)程。分別制備壓實度為93%、94%、96%和100%的試樣，壓實度以最佳含水量對應(yīng)的最大干密度為標(biāo)準(zhǔn)干密度，其它含水量的試件以它為標(biāo)準(zhǔn)，使壓實度都達到100%制備試件，求得在剪力一定體積下，各含水量試件所需干砂質(zhì)量并配水，用人工擊實的方法將其全部擊入盒內(nèi)，并保持均勻，最后砂樣表面平整。

4.1 抗剪強度與壓實度的關(guān)系。

試驗按照規(guī)范的要求進行，其試驗結(jié)果見表2，并作了壓實度與抗剪強度的關(guān)系曲線，見圖2。

4.2.2 從圖3表3中可以看出：剪切強度隨著含水量的增加而增加，到剪切強度達到最大值時，含水量繼續(xù)增加，則剪切強度減小，從粘聚力和內(nèi)摩擦角兩個因素來分析可得到：

（1）在相同壓實度條件下，隨著含水量的增大，砂土的粘聚力開始增大，到達最優(yōu)含水量附近后就開始減小，因為開始含水量較低，水在砂土中產(chǎn)生毛細現(xiàn)象，形成了似凝聚力或假粘聚力，當(dāng)水分飽和后，砂中自由水含量增加，其毛細水連結(jié)消失，則這種假的粘聚力減小直到消失。

（2）當(dāng)含水量接近最有含水量時，砂土越來越密實，相互咬合緊密，故內(nèi)摩擦角越來越大，當(dāng)含水量超過最有含水量后，孔隙水增多，難以密實，同時水在粉細砂中也有潤滑的作用，導(dǎo)致顆粒之間的咬合力減小，從而使細砂的內(nèi)摩擦角逐漸減小。endprint

5. 細砂壓縮模量的測定

試驗針對于路基填筑時93%、94%、96%和100%壓實度時的粉細砂，制備4種不同壓實度下的試樣，分別在50KPa，100KPa，200KPa，400KPa四級荷載作用下的壓縮模量，從而探討壓實度的變化對試樣壓縮模量的影響。

5.1 壓縮試驗結(jié)果分析。

壓實粉細砂的壓縮模量與法向應(yīng)力之間的試驗結(jié)果可見表4以及壓縮模量與壓實度的關(guān)系見圖4。

（1）在壓實度相同的條件下，壓縮模量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，也就是說，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。

（2）在相同的法向應(yīng)力作用下，壓縮模量隨著壓實度的增大而增大。

5.2 干燥狀態(tài)與最佳狀態(tài)的壓縮模量比較。

在最大干密度的條件下，我們做了3組干砂的壓縮試驗，實驗數(shù)據(jù)見表5。從表5中可以看出：細砂在干燥狀態(tài)下的壓縮模量均小于最佳狀態(tài)，說明干燥狀態(tài)下比最佳狀態(tài)條件的壓實效果要差。

6. 細砂的承載比（CBR）試驗

6.1 承載比試驗是指試樣貫入量達2.5或5.0mm時，單位壓力對標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時標(biāo)準(zhǔn)荷載強度的比值，通過CBR試驗可以了解粉細砂不同密度時的強度，為了了解該砂土的強度特性，濕砂I泡水4d（最佳含水量狀態(tài)，狀態(tài)I）和濕砂不泡水Ⅱ（簡稱狀態(tài)Ⅱ）的CBR試驗，試驗結(jié)果見表6，并將三種試驗結(jié)果繪在圖5中進行對比分析。

7. 結(jié)束語

本文填砂路基的研究緊密結(jié)合施工現(xiàn)場實際，通過試驗段施工過程，檢驗室內(nèi)試驗的質(zhì)量，可以總結(jié)為以下幾點：

（1）由于砂土的級配不良，擊實后孔隙比仍然較大，故其最大干密度 在1.74～1.77g/cm3之間。

（2）剪切強度隨著含水量的增加而增加，當(dāng)達到最大值時，含水量繼續(xù)增加，則剪切強度減小 即有一個最佳值。

（3）壓縮模量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。

（4）隨著壓實度的增加，CBR值明顯增大，但是浸水狀態(tài)的CBR值比未浸水狀態(tài)的要低得多。

參考文獻

[1] 洪毓康. 土質(zhì)學(xué)與土力學(xué). 人民交通出版社，1999.

[2] 交通部重慶公路科學(xué)研究所. 土石混填壓實評定方法試驗研究. 2003.

[3] 趙久柄. 西寶高速公路粗粒土路基壓實度試驗研究. 國外公路. 2002.endprint

5. 細砂壓縮模量的測定

試驗針對于路基填筑時93%、94%、96%和100%壓實度時的粉細砂，制備4種不同壓實度下的試樣，分別在50KPa，100KPa，200KPa，400KPa四級荷載作用下的壓縮模量，從而探討壓實度的變化對試樣壓縮模量的影響。

5.1 壓縮試驗結(jié)果分析。

壓實粉細砂的壓縮模量與法向應(yīng)力之間的試驗結(jié)果可見表4以及壓縮模量與壓實度的關(guān)系見圖4。

（1）在壓實度相同的條件下，壓縮模量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，也就是說，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。

（2）在相同的法向應(yīng)力作用下，壓縮模量隨著壓實度的增大而增大。

5.2 干燥狀態(tài)與最佳狀態(tài)的壓縮模量比較。

在最大干密度的條件下，我們做了3組干砂的壓縮試驗，實驗數(shù)據(jù)見表5。從表5中可以看出：細砂在干燥狀態(tài)下的壓縮模量均小于最佳狀態(tài)，說明干燥狀態(tài)下比最佳狀態(tài)條件的壓實效果要差。

6. 細砂的承載比（CBR）試驗

6.1 承載比試驗是指試樣貫入量達2.5或5.0mm時，單位壓力對標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時標(biāo)準(zhǔn)荷載強度的比值，通過CBR試驗可以了解粉細砂不同密度時的強度，為了了解該砂土的強度特性，濕砂I泡水4d（最佳含水量狀態(tài)，狀態(tài)I）和濕砂不泡水Ⅱ（簡稱狀態(tài)Ⅱ）的CBR試驗，試驗結(jié)果見表6，并將三種試驗結(jié)果繪在圖5中進行對比分析。

7. 結(jié)束語

本文填砂路基的研究緊密結(jié)合施工現(xiàn)場實際，通過試驗段施工過程，檢驗室內(nèi)試驗的質(zhì)量，可以總結(jié)為以下幾點：

（1）由于砂土的級配不良，擊實后孔隙比仍然較大，故其最大干密度 在1.74～1.77g/cm3之間。

（2）剪切強度隨著含水量的增加而增加，當(dāng)達到最大值時，含水量繼續(xù)增加，則剪切強度減小 即有一個最佳值。

（3）壓縮模量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。

（4）隨著壓實度的增加，CBR值明顯增大，但是浸水狀態(tài)的CBR值比未浸水狀態(tài)的要低得多。

參考文獻

[1] 洪毓康. 土質(zhì)學(xué)與土力學(xué). 人民交通出版社，1999.

[2] 交通部重慶公路科學(xué)研究所. 土石混填壓實評定方法試驗研究. 2003.

[3] 趙久柄. 西寶高速公路粗粒土路基壓實度試驗研究. 國外公路. 2002.endprint

5. 細砂壓縮模量的測定

試驗針對于路基填筑時93%、94%、96%和100%壓實度時的粉細砂，制備4種不同壓實度下的試樣，分別在50KPa，100KPa，200KPa，400KPa四級荷載作用下的壓縮模量，從而探討壓實度的變化對試樣壓縮模量的影響。

5.1 壓縮試驗結(jié)果分析。

壓實粉細砂的壓縮模量與法向應(yīng)力之間的試驗結(jié)果可見表4以及壓縮模量與壓實度的關(guān)系見圖4。

（1）在壓實度相同的條件下，壓縮模量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，也就是說，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。

（2）在相同的法向應(yīng)力作用下，壓縮模量隨著壓實度的增大而增大。

5.2 干燥狀態(tài)與最佳狀態(tài)的壓縮模量比較。

在最大干密度的條件下，我們做了3組干砂的壓縮試驗，實驗數(shù)據(jù)見表5。從表5中可以看出：細砂在干燥狀態(tài)下的壓縮模量均小于最佳狀態(tài)，說明干燥狀態(tài)下比最佳狀態(tài)條件的壓實效果要差。

6. 細砂的承載比（CBR）試驗

6.1 承載比試驗是指試樣貫入量達2.5或5.0mm時，單位壓力對標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時標(biāo)準(zhǔn)荷載強度的比值，通過CBR試驗可以了解粉細砂不同密度時的強度，為了了解該砂土的強度特性，濕砂I泡水4d（最佳含水量狀態(tài)，狀態(tài)I）和濕砂不泡水Ⅱ（簡稱狀態(tài)Ⅱ）的CBR試驗，試驗結(jié)果見表6，并將三種試驗結(jié)果繪在圖5中進行對比分析。

7. 結(jié)束語

本文填砂路基的研究緊密結(jié)合施工現(xiàn)場實際，通過試驗段施工過程，檢驗室內(nèi)試驗的質(zhì)量，可以總結(jié)為以下幾點：

（1）由于砂土的級配不良，擊實后孔隙比仍然較大，故其最大干密度 在1.74～1.77g/cm3之間。

（2）剪切強度隨著含水量的增加而增加，當(dāng)達到最大值時，含水量繼續(xù)增加，則剪切強度減小 即有一個最佳值。

（3）壓縮模量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。

（4）隨著壓實度的增加，CBR值明顯增大，但是浸水狀態(tài)的CBR值比未浸水狀態(tài)的要低得多。

參考文獻

[1] 洪毓康. 土質(zhì)學(xué)與土力學(xué). 人民交通出版社，1999.

[2] 交通部重慶公路科學(xué)研究所. 土石混填壓實評定方法試驗研究. 2003.

[3] 趙久柄. 西寶高速公路粗粒土路基壓實度試驗研究. 國外公路. 2002.endprint