科学技术期刊砂土填筑路基试验性能的分析

　　【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

　　作为路基材料，通常希望具有较好的水稳性和整体强度(即地基的弹性模量值要高且波动性较小)，这样不仅能保证公路的整体强度、平整性和耐久性，而且可以使路面厚度得以减薄，即“强路基，薄路面”，工程造价可以降低。在华北地区有许多砂土地区，砂土路基的施工质量将直接影响到路基的整体强度，科学、经济合理的施工工艺是保证施工质量的关键，本文通过室内对砂土进行较系统的试验研究，得到一些有使用价值的成果，为高速公路砂土路基设计与施工提供必要的依据。

　　1. 工程简介

　　某高速公路石家庄段ZS7合同段位于石家庄市正定县境内，起讫桩号为 K51+150～K54+531.52，ZK0+707.414～ZK5+000，本合同段全长7.674KM，线路处在滹沱河流域二级阶地上，地基土质主要以粉质粘土、粉土为主，5～9m以下出现细砂土层，路基包边土来源于滹沱河林场，路基内部砂土取自滹沱河。滹沱河粉细砂矿物成分含量较高，石英平均含量为67.0～85.4%，长石平均含量为7.4～18.1%，岩屑平均含量为5.1～16.9%，环境的变化影响石英，长石、岩屑有规律的变化。这是由于随着搬运距离的增加，不稳定组分岩屑，长石含量不断减少，相对稳定石英的含量就增加，其中砂土的技术指标如表1所示。

　　2. 试验条件和方法

　　所用填料的物理性质试验及分类，以及力学指标CBR和击实试验按照交通部《公路土工试验规程》(JTJ051-93)进行;填料的力学性质试验中，压缩、直剪、等试验项目按照国家标准《土工试验规程》(GBJ123-99)执行;回弹模量则按照《公路现场试验检测规程》执行。

　　3. 重型击实试验

　　(1)压实是公路施工中的重要环节，压实使路基具有足够的密实度，有效的压实能显著地改善路基土的承载能力和稳定性，减少其行车作用下可能产生的变形，增强路面的使用性能和延长路面的使用寿命。在室内，影响压实度的因素有含水量，材料的颗粒组成，以及击实功，在现场，影响压实度的主要因素有：砂的含水量、碾压层的厚度、压实机械的类型和功能、碾压遍数以及地基的强度。此次试验采用重型压实标准，就是为了极大的提高砂土填筑路基的密实度，确保试验结果的可靠性，对两地的砂样都做了两次平行试验，对差异性很大的点做了舍弃，实验结果见下图1所示。

　　(2)由图1可以看出：在含水量较小时，干密度偏小，表明在含水量较低时，砂土难以压密实，随着含水量的增加，干密度开始逐渐增大;级配不良的粉土质砂的击实曲线并不象普通细粒土的击实曲线，是一个单峰值曲线，它是一个双峰值曲线。干密度随含水量的逐渐增大呈现出先减小;后增大，在减小的规律;由于砂土的级配不良，颗粒间相互填充困难，击实后孔隙比仍然较大，故其最大干密度也就比较小，一般在1.74～1.77g/cm3，比一般细粒土小得多，如包边土;包边土的最大干密度在1.87～1.90g/cm3，最佳含水量在12.7～13.6%左右。

　　4. 细砂土的抗剪强度

　　测定抗剪强度的方法有直剪试验和三轴试验，由于风积砂不好成型且渗透性大，本次试验采用直接快剪的方法，试验前，对测力环进行了标定，试验用应变式剪力仪进行快剪，并在同一台仪器上进行，以消除仪器的系统误差，在直剪试验过程中，为保持试样的含水量不变，在透水石与土样之间放两片不透水胶片，试验过程严格按照直剪试验操作规程。分别制备压实度为93%、94%、96%和 100%的试样，压实度以最佳含水量对应的最大干密度为标准干密度，其它含水量的试件以它为标准，使压实度都达到100%制备试件，求得在剪力一定体积下，各含水量试件所需干砂质量并配水，用人工击实的方法将其全部击入盒内，并保持均匀，最后砂样表面平整。

　　4.1 抗剪强度与压实度的关系。

　　试验按照规范的要求进行，其试验结果见表2，并作了压实度与抗剪强度的关系曲线，见图2。

　　4.2.2 从图3表3中可以看出：剪切强度随着含水量的增加而增加，到剪切强度达到最大值时，含水量继续增加，则剪切强度减小，从粘聚力和内摩擦角两个因素来分析可得到：

　　(1)在相同压实度条件下，随着含水量的增大，砂土的粘聚力开始增大，到达最优含水量附近后就开始减小，因为开始含水量较低，水在砂土中产生毛细现象，形成了似凝聚力或假粘聚力，当水分饱和后，砂中自由水含量增加，其毛细水连结消失，则这种假的粘聚力减小直到消失。

　　(2)当含水量接近最有含水量时，砂土越来越密实，相互咬合紧密，故内摩擦角越来越大，当含水量超过最有含水量后，孔隙水增多，难以密实，同时水在粉细砂中也有润滑的作用，导致颗粒之间的咬合力减小，从而使细砂的内摩擦角逐渐减小。　　5. 细砂压缩模量的测定

　　试验针对于路基填筑时93%、94%、96%和100%压实度时的粉细砂，制备4种不同压实度下的试样，分别在50KPa，100KPa，200KPa，400KPa四级荷载作用下的压缩模量，从而探讨压实度的变化对试样压缩模量的影响。

　　5.1 压缩试验结果分析。

　　压实粉细砂的压缩模量与法向应力之间的试验结果可见表4以及压缩模量与压实度的关系见图4。

　　(1)在压实度相同的条件下，压缩模量随着法向应力的增大而增大，也就是说，荷载对砂土的压密起着关键作用。

　　(2)在相同的法向应力作用下，压缩模量随着压实度的增大而增大。

　　5.2 干燥状态与最佳状态的压缩模量比较。

　　在最大干密度的条件下，我们做了3组干砂的压缩试验，实验数据见表5。从表5中可以看出：细砂在干燥状态下的压缩模量均小于最佳状态，说明干燥状态下比最佳状态条件的压实效果要差。

　　6. 细砂的承载比(CBR)试验

　　6.1 承载比试验是指试样贯入量达2.5或5.0mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度的比值，通过CBR试验可以了解粉细砂不同密度时的强度，为了了解该砂土的强度特性，湿砂I泡水4d(最佳含水量状态，状态I)和湿砂不泡水Ⅱ(简称状态Ⅱ)的CBR试验，试验结果见表6，并将三种试验结果绘在图5中进行对比分析。

　　7. 结束语

　　本文填砂路基的研究紧密结合施工现场实际，通过试验段施工过程，检验室内试验的质量，可以总结为以下几点：

　　(1)由于砂土的级配不良，击实后孔隙比仍然较大，故其最大干密度在1.74～1.77g/cm3之间。

　　(2)剪切强度随着含水量的增加而增加，当达到最大值时，含水量继续增加，则剪切强度减小即有一个最佳值。

　　(3)压缩模量随着法向应力的增大而增大，荷载对砂土的压密起着关键作用。

　　(4)随着压实度的增加，CBR值明显增大，但是浸水状态的CBR值比未浸水状态的要低得多。

　　参考文献

　　[1] 洪毓康. 土质学与土力学. 人民交通出版社，1999.

　　[2] 交通部重庆公路科学研究所. 土石混填压实评定方法试验研究. 2003.