沙漠公路風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝控制與分析

1 前言

如果需要在沙漠上修建公路，風(fēng)積沙是最好的路基材料選擇。風(fēng)積沙指的是在沙漠中通過(guò)大風(fēng)吹刮和積累而形成的積沙，粒徑非常小，具有一定的防水性能；通過(guò)使用風(fēng)積沙能夠促使沙漠公路不受雨水的侵蝕，有利于提高路基質(zhì)量。但是在進(jìn)行風(fēng)積沙壓實(shí)工作中還存在著一些缺失，需要人們合理控制風(fēng)積沙工藝，從而有效提高材料利用效率，更好地將路基材料與沙漠環(huán)境相符合，同時(shí)還可以合理控制干壓實(shí)工藝進(jìn)行，提高沙漠公路路基質(zhì)量。

2 風(fēng)積沙概述

2.1 風(fēng)積沙概念

風(fēng)積沙指的是在沙漠中經(jīng)過(guò)大風(fēng)吹刮從而造成沉淀的沙層，從而被稱為風(fēng)積沙。這種風(fēng)積沙一般在沙漠和戈壁中才會(huì)出現(xiàn)，而且具有大量的風(fēng)積沙積淀。在沙漠中修建公路時(shí)，常常采用風(fēng)積沙作為公路路基的主要原料。一方面能夠很好地就地取材，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?shù)刭Y源的有效利用，節(jié)省材料成本，降低運(yùn)輸成本，具有非常好的使用效果；另一方面，沙漠中的風(fēng)積沙非常多，取之不盡用之不竭，作為沙漠公路的路基建造再合適不過(guò)。但是風(fēng)積沙這種材料的結(jié)構(gòu)比較疏松，容易出現(xiàn)液化的問(wèn)題，造成沙漠公路路基質(zhì)量不達(dá)標(biāo)；再加上雨水沖擊等問(wèn)題，會(huì)對(duì)沙漠公路造成非常大的影響，所以需要通過(guò)控制壓實(shí)工藝，保證沙漠公路的施工質(zhì)量[1]。

2.2 風(fēng)積沙特征

風(fēng)積沙具有粒徑細(xì)小的特點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)研究表明，風(fēng)積沙的粒徑90%都處于0.074～0.250mm 之間，而其他的粒徑范圍少之又少。與此同時(shí)，風(fēng)積沙還具有不可塑性。風(fēng)積沙比較松散，不容易匯聚，也很難粘合，在沙漠公路路基的施工中會(huì)帶來(lái)非常大的困難。風(fēng)積沙不具有吸水的特點(diǎn)，一般吸水率為0，所以其含水量比較低，基本能夠控制含水量在5%以內(nèi)。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)我們可以看到風(fēng)積沙具有非常好的穩(wěn)定性，不容易受雨水侵蝕損害自身的骨架結(jié)構(gòu)。同時(shí)，風(fēng)積沙還具有壓縮快、沉降量小的特點(diǎn)，因此在沙漠公路路基施工時(shí)應(yīng)該合理選擇松鋪系數(shù)，一般選擇1.02 即可。風(fēng)積沙壓實(shí)工藝對(duì)其最大干密度具有非常大的影響，經(jīng)過(guò)壓實(shí)處理后，其最大干密度最高可以達(dá)到自然情況下的1.4倍。

3 風(fēng)積沙壓實(shí)原理研究

風(fēng)積沙壓實(shí)原理主要是在外力作用下克服沙粒之間的摩擦力和粘聚力，從而將其間隙中所有空氣成分以及水分排出在外，進(jìn)而使顆粒之間能夠向一起收縮，進(jìn)而提高風(fēng)積沙的材料密度。這種外力可以通過(guò)碾壓施工或者沖壓施工實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)積沙的壓實(shí)工作。因?yàn)轱L(fēng)積沙不存在粘聚力，因此只需要在壓實(shí)過(guò)程中克服沙粒之間的摩擦力即可，在一定程度上降低了壓實(shí)施工的壓力。靜力壓路機(jī)是壓實(shí)機(jī)械的一種工具，主要是通過(guò)壓路機(jī)的剪應(yīng)力的加壓，使風(fēng)積沙產(chǎn)生變形、沙粒之間互相靠近，從而完成壓實(shí)工作。而震動(dòng)壓實(shí)機(jī)主要是通過(guò)往返運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊力減少顆粒之間的摩擦力，進(jìn)而通過(guò)其之間的重新排列達(dá)到壓實(shí)的目的。

4 風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝介紹

在沙漠公路路基施工過(guò)程中，主要通過(guò)對(duì)風(fēng)積沙的壓實(shí)工作提高風(fēng)積沙的密度，從而有效提高路基質(zhì)量。其中干法壓實(shí)工藝在風(fēng)積沙壓實(shí)施工中具有非常有效的應(yīng)用。干壓實(shí)工藝主要是通過(guò)推土機(jī)和震動(dòng)壓路機(jī)的共同作用下，對(duì)一些在雨水之后的風(fēng)積沙進(jìn)行壓實(shí)施工。首先，在干壓實(shí)施工前應(yīng)該對(duì)地表存在的所有雜物進(jìn)行徹底清理，然后需要通過(guò)推土機(jī)將風(fēng)積沙運(yùn)送到相關(guān)公路的施工路段，再通過(guò)推土機(jī)將風(fēng)積沙進(jìn)行推平，運(yùn)用相關(guān)的機(jī)械設(shè)備與推土機(jī)相互配合，能夠?qū)L(fēng)積沙進(jìn)行推平。在推平過(guò)程中，應(yīng)該控制其風(fēng)積沙的厚度，一般要求推平后的風(fēng)積沙厚度控制在30cm 之內(nèi)，從而達(dá)到路基要求的標(biāo)準(zhǔn)。在風(fēng)積沙推平后，通過(guò)推土機(jī)進(jìn)行壓實(shí)工作，從路基的兩邊向內(nèi)部進(jìn)行碾壓。在施工過(guò)程中，為了更好地進(jìn)行施工工作，需要在碾壓過(guò)程中進(jìn)行一定的重疊，要求重疊的部分大于等于一個(gè)輪子寬度的一半，這樣才能更好地保證每個(gè)部分都被壓實(shí)。與此同時(shí)，為了保證壓實(shí)的質(zhì)量，還需要再進(jìn)行兩遍壓實(shí)工作，確保工作的穩(wěn)定進(jìn)行。除此之外，還應(yīng)該對(duì)風(fēng)積沙公路路基的橫向和縱向都進(jìn)行碾壓，提高施工質(zhì)量。然后通過(guò)震動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，為了更好地進(jìn)行壓實(shí)，需要控制壓路機(jī)的碾壓次數(shù)，一般要求碾壓次數(shù)不小于10次，只有通過(guò)質(zhì)量檢測(cè)后才能繼續(xù)下一道工序。如果檢測(cè)不合格，還需要運(yùn)用震動(dòng)壓路機(jī)繼續(xù)進(jìn)行碾壓工作，直到合格為止。在震動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)工作中，應(yīng)該進(jìn)行重疊碾壓，保證工作穩(wěn)定進(jìn)行。與此同時(shí)，控制壓路機(jī)的運(yùn)行速度，一般將壓路機(jī)的行車速度控制在4km/h以內(nèi)，如果壓路機(jī)的速度過(guò)大，會(huì)造成壓實(shí)質(zhì)量下降。在碾壓時(shí)，保證其不能有漏壓的情況，所有的路面均勻壓實(shí)，提高壓實(shí)質(zhì)量[2]。

5 風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝控制分析

5.1 沙漠公路風(fēng)積沙工程概括

第三師麥蓋提縣-皮山農(nóng)場(chǎng)公路建設(shè)項(xiàng)目，該公路工程處于我國(guó)塔克拉瑪干沙漠中，該路段的施工長(zhǎng)度為150km，含有沙漠的地方具有130km，為了更好地進(jìn)行沙漠公路的施工，需要對(duì)風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝進(jìn)行一定控制，從而保證沙漠公路路基的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 風(fēng)積沙情況分析

根據(jù)研究表明，該地區(qū)的風(fēng)積沙粒徑大小在0.4～0.072mm 之間，能夠占到總的風(fēng)積沙數(shù)量的96%。當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)積沙不具備粘性，密度搭載在2.7g/cm3，此工程施工地段的風(fēng)積沙分布面積比較廣闊，不需要為材料的運(yùn)輸所苦惱。但是風(fēng)積沙具有一定的松散性，不具備吸水能力，主要構(gòu)成成分為二氧化硅、氧化鈣以及三氧化二鋁等，其他的化學(xué)元素含量非常少。當(dāng)?shù)毓肥┕r(shí)，受降雨量的影響根據(jù)風(fēng)積沙的性質(zhì)降雨量對(duì)其干密度具有一定的影響，當(dāng)降雨量大時(shí)，其干密度會(huì)下降，然后達(dá)到一定的飽和度后不再變化。根據(jù)相關(guān)資料研究表明，風(fēng)積沙的共振頻率一般處于25～50Hz之間，而其共振的頻率是在一定范圍變化的，與多種因素之間具有非常密切的關(guān)系，包括與其內(nèi)部的含水量、壓實(shí)程度、風(fēng)積沙的厚度等多種因素有關(guān)。風(fēng)積沙的共振頻率與壓實(shí)度成正比，與含水量成正比，但是當(dāng)含水量達(dá)到13%后會(huì)稍微有一些下降。震動(dòng)頻率與風(fēng)積沙的厚度成反比，厚度越高，震動(dòng)頻率越小。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)載越大就會(huì)具有更好的壓實(shí)效果，因此需要在震動(dòng)壓路機(jī)的使用中加大加載，提高壓實(shí)工作的質(zhì)量[3]。

5.3 壓實(shí)機(jī)的選取

壓實(shí)機(jī)的選取時(shí)，首先應(yīng)該滿足兩個(gè)最基本的條件。第一，需要壓實(shí)機(jī)具有激震能力。第二，壓實(shí)機(jī)能夠在風(fēng)積沙上面正常行駛。因此，在針對(duì)各種壓路機(jī)的對(duì)比后，決定采用全液壓自行式壓路機(jī)完成干壓實(shí)工藝。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該壓路機(jī)最大激振力能夠達(dá)到330kN，而且這種壓路機(jī)能夠在風(fēng)積沙中進(jìn)行自由行走，具有非常高的驅(qū)動(dòng)力，有利于在沙漠中行駛。它不僅能夠完成壓實(shí)工作，還能夠保證工作效率，具有非常好的壓實(shí)效果[4]。

5.4 干壓實(shí)工藝的控制策略

為了達(dá)到更好的壓實(shí)效果，需要對(duì)干壓實(shí)工藝進(jìn)行控制和優(yōu)化，這樣才能不斷提高沙漠公路路基的施工質(zhì)量。震動(dòng)壓路機(jī)與風(fēng)積沙自身的震動(dòng)頻率相近時(shí)，能夠有效降低風(fēng)積沙顆粒之間的摩擦力，為壓實(shí)工作帶來(lái)更好的壓實(shí)效果[5]。因此，為了更好地降低顆粒之間的摩擦力，可以將壓路機(jī)的震動(dòng)頻率控制在37Hz 左右，這樣就能夠提高風(fēng)積沙壓實(shí)工作的有效性。為了進(jìn)一步加強(qiáng)控制效果，還應(yīng)該對(duì)壓路機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行控制，使壓路機(jī)的速度保持在3km/h，有效降低壓路機(jī)運(yùn)行的速度，提高壓實(shí)效果。同時(shí)，還需要控制壓路機(jī)的壓實(shí)次數(shù)，一般壓實(shí)的次數(shù)在5遍左右就可以很好地完成壓實(shí)施工質(zhì)量要求。為了進(jìn)一步確保施工質(zhì)量的達(dá)標(biāo)，需要在壓實(shí)工作完成后檢測(cè)其質(zhì)量，只有符合標(biāo)準(zhǔn)后才能結(jié)束壓實(shí)工作，否則就要細(xì)心分析原因，并重新做好壓實(shí)工作的計(jì)劃和壓實(shí)工作，直到達(dá)標(biāo)為止[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)積沙是沙漠公路路基建造的主要材料，不僅能夠就地取材，節(jié)省大量材料，還能降低施工成本，是非常好的材料選擇。但是因?yàn)轱L(fēng)積沙本身的結(jié)構(gòu)具有一定的弱點(diǎn)，為了更好地提高沙漠公路路基的質(zhì)量，需要合理控制風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝，提升施工質(zhì)量。本文在對(duì)風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝進(jìn)行控制時(shí)，首先了解了工程的情況，然后對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)積沙情況進(jìn)行了分析，并通過(guò)選取壓實(shí)機(jī)，提出一系列的控制措施，最后對(duì)壓實(shí)效果進(jìn)行評(píng)判和分析，旨在不斷優(yōu)化風(fēng)積沙干壓實(shí)工藝的控制，提升沙漠公路施工質(zhì)量。