風(fēng)積沙筑路材料的擊實(shí)特性及壓實(shí)工藝

羅瑞敏

蘇交科集團(tuán)（浙江）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司

風(fēng)積沙筑路材料的擊實(shí)特性及壓實(shí)工藝

羅瑞敏

蘇交科集團(tuán)（浙江）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司

風(fēng)積沙的密實(shí)度直接決定道路的行車性能及結(jié)構(gòu)耐久性。由于風(fēng)積沙自然狀態(tài)疏松，工程性質(zhì)較差，其壓實(shí)施工工藝一直是困擾我國西北部地區(qū)公路建設(shè)的一大難題?？紤]到風(fēng)積沙的壓實(shí)工藝選取依賴于其擊實(shí)特性，本文采用試驗(yàn)手段，結(jié)合理論計(jì)算，得到風(fēng)積沙擊實(shí)曲線，了解其擊實(shí)特性，從而尋求最合理的壓實(shí)工藝。

風(fēng)積沙；擊實(shí)特性；壓實(shí)工藝；路基；壓實(shí)度

1 引言

風(fēng)積沙材料質(zhì)地疏松、粘性差、毛細(xì)少等特性，無法直接用來填筑路基，本文采用試驗(yàn)手段，結(jié)合理論分析，著重分析了風(fēng)積沙的擊實(shí)特性，得到了較為合理的風(fēng)積沙壓實(shí)工法。

2 試驗(yàn)原理及操作

2.1 試驗(yàn)原理

與傳統(tǒng)路基材料不同的是，風(fēng)積沙屬于半路基材料，需要經(jīng)過壓實(shí)方可作為路基使用，本文主要采用以下幾種方法進(jìn)行試驗(yàn)。

選取我國西北部沙漠腹地內(nèi)的擾動(dòng)風(fēng)積沙，樣品含水率、未密實(shí)空隙率、密實(shí)空隙率、表觀密度、未密實(shí)密度及密實(shí)密度等參數(shù)值均滿足風(fēng)積沙特性要求。

巖土擊實(shí)試驗(yàn)一般采用標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)法，考慮到風(fēng)積沙粘性差、質(zhì)地疏松等特性，采用重型錘擊，錘四周風(fēng)積沙不容易密實(shí)。本文選用馬歇爾錘擊試驗(yàn)，其最大特點(diǎn)是重力錘與材料筒口徑一致，可以有效避免四周不密實(shí)的情況出現(xiàn)。具體試驗(yàn)工況見下表2：

(1)含水率相同，擊實(shí)方式不同：主要選用標(biāo)準(zhǔn)輕型錘擊、標(biāo)準(zhǔn)重型錘擊、馬歇爾錘擊三種方式。

(2)含水率不同，擊實(shí)方式不同：主要選用標(biāo)準(zhǔn)重型錘擊（含水率：0.1%、天然、3%、5%、7%、9%）、馬歇爾錘擊（含水率：0.1%、天然、3%、5%、7%、9%）。

2.2 試驗(yàn)操作

2.2.1 含水率相同，擊實(shí)方式不同

保證物料筒置于平整的地面上，將風(fēng)積沙分4次均勻倒入，每次500g，將試樣表明壓平，分別對(duì)每層試樣進(jìn)行錘擊，保證各層試樣完全擊實(shí)以后，試樣表面略高于物料筒頂大約3mm。用刮土刀沿筒定切削試樣至與筒頂齊平，再沿物料筒內(nèi)壁輕刮，保證試樣與物料筒壁分離，并取下筒身拆除底板，稱量試樣。試驗(yàn)干密度按照下式1求解

式中ρd、ρ、ω分別表示：干密度，g/cm3；濕密度，g/cm3；含水率，%

通過式1可分別得到采用馬歇爾錘擊法、標(biāo)準(zhǔn)輕型錘擊法及標(biāo)準(zhǔn)重型錘擊法試驗(yàn)時(shí)，不同錘擊次數(shù)對(duì)應(yīng)的干密度值。采用馬歇爾錘擊法得到的擊實(shí)次數(shù)與干密度曲線見下圖1所示：

圖1 馬歇爾擊實(shí)次數(shù)與干密度曲線

2.2.2 含水率不同，擊實(shí)方式不同

將試驗(yàn)試樣置入烘箱36h左右，自然狀態(tài)冷卻后，分別加水配制含水率分別為0、1%、3%、5%、7%、9%的試驗(yàn)試樣。具體試驗(yàn)操作同1.2.1。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 含水率相同，擊實(shí)方式不同

本文選用多種試驗(yàn)方法得到其最大干密度值，標(biāo)準(zhǔn)輕型擊實(shí)法、標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)法及馬歇爾錘擊法得到的干密度值分別為：1.651/g/cm3、1.709/g/cm3、1.753/g/cm3。

分析以上數(shù)據(jù)可知，采用標(biāo)準(zhǔn)重型試驗(yàn)法得到的干密度值較標(biāo)準(zhǔn)輕型方法高3.4%，由于標(biāo)準(zhǔn)輕型錘擊力較小，無法抵抗風(fēng)積沙間的摩擦力，故采用標(biāo)準(zhǔn)輕型試驗(yàn)法不合理。采用馬歇爾錘擊法時(shí)，風(fēng)積沙干密度受錘擊次數(shù)的影響較為顯著。根據(jù)圖1可知，干密度隨著錘擊次數(shù)的變化呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，采用馬歇爾錘擊法，其干密度值大約提高5.8%。

3.2 含水率不同，擊實(shí)方式不同

3.1中的試驗(yàn)已經(jīng)證明標(biāo)準(zhǔn)輕型擊實(shí)法在風(fēng)積沙處理中的不合理性，故2.2中不再討論標(biāo)準(zhǔn)輕型擊實(shí)法在含水率不同，擊實(shí)方式不同條件下的應(yīng)用。根據(jù)式1求解含水率不同，擊實(shí)方式不同條件下的試樣干密度值，并得到標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)法和馬歇爾錘擊法對(duì)應(yīng)的干密度與含水率變化曲線，具體見下圖2

圖2 干密度與含水率曲線

分析上圖可以明顯看出，采用標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)試驗(yàn)法和馬歇爾錘擊試驗(yàn)法得到的干密度與含水率曲線關(guān)系基本一致。含水率位于0左右，其干密度達(dá)到極值，隨著含水率的增加，干密度呈現(xiàn)先減小再增加的趨勢(shì)，當(dāng)含水率達(dá)到飽和時(shí)，干密度達(dá)到峰值，曲線總體呈“倒S”型。風(fēng)積沙在含水率為0時(shí)擊實(shí)效果最佳。曲線變化過程中出現(xiàn)了兩次干密度峰值，且兩次峰值幾乎齊平，說明只要選用合理的擊實(shí)方式，處于干燥狀態(tài)或者飽水狀態(tài)的風(fēng)積沙均可以達(dá)到理想的干密度值。

4 壓實(shí)工藝選取

考慮到沙漠腹地極端缺水，飽水條件下進(jìn)行壓實(shí)是不可行的；而自然狀態(tài)下的風(fēng)積沙基本處于干燥狀態(tài)，恰好滿足壓實(shí)施工條件。但自然狀態(tài)下風(fēng)積在風(fēng)荷載的擾動(dòng)下容易流動(dòng)，為了保證風(fēng)積沙不受外荷載擾動(dòng)，可在風(fēng)積沙上覆蓋一層級(jí)配良好的碎石，將碎石與風(fēng)積沙共同壓實(shí)，彌補(bǔ)了風(fēng)積沙的缺陷。

5 結(jié)語

(1)馬歇爾錘擊法不僅能避免風(fēng)積沙在壓實(shí)過程中出現(xiàn)的四周不密實(shí)、脫模困難等問題，而且在相同含水率條件下，采用馬歇爾錘擊法能夠得到最大干密度值。

(2)風(fēng)積沙含水率與干密度關(guān)系曲線呈“倒S”型，再干燥和飽水狀態(tài)下均能達(dá)到最大干密度值，這是在沙漠地區(qū)風(fēng)積沙作為路基材料的一大天然優(yōu)勢(shì)。

[1]張景燾.風(fēng)積沙的壓實(shí)特性研究[J].水利建筑與工程學(xué)報(bào),2014,12(1):78～82.

[2]聶青龍,邊艷妮,蔡睿.風(fēng)積沙最大干密度確定方法及壓實(shí)度檢測方法研究[J].中國公路,2013,26(3):120～121.