陕蒙沙漠公路不良地质路段路基施工技术研究
学位论文陕蒙沙漠公路不良地质路段路基施工技术研究范红英申请学位级别亟±专业名称羞圭墨壁论文提交日期2005．4论文答辩日期!!!!!§：!Q学位授予单位篮璺塞鲎答辩委员会主席至睦遮i垫握二零零五年四月n内容摘要本文以210国道陕蒙沙漠公路为依托，结合室内试验及现场施工，对沙漠不良地质路段路基施工技术开展了系统的总结和试验研究。主要内容如_F：1．对陕蒙沙漠公路沿线地基进行勘探试验，分析了沙漠不良地基士的物理力学性质、性状及其成因。结合不良地基特点及上部结构对地基承载力的要求，肘全线不良地质路段提出了较合理的处理方案。2．在已有资料基础上，针对陕蒙沙漠公路沿线风积沙的物理性质和工程力学性质进行了试验分析。3．在室内外试验的基础上，总结了不良地质路段风积沙路基现场压实旌工工艺及压实机械组合。4．结合三处试验段，进行了路基分层压实度检测、地基沉降观测、路基顶面沉降观测、路基顶面弯沉及回弹模量检测等试验，分析了各种不良地基处理方法的合理性及其适用条件。5．对陕蒙沙漠公路不良地质路段路基沉降规律开展了探讨。关键词：不良地基风积沙物理力擎性质施工工艺nABSTRACTThiSpaperregardstheShanMengdeserthighwayofnationalroad210asbackground，combiningwiththetestintheroomandfield，promotedtheresearchofsystematicsummryandtesttounfavorablegeologysectionroadbedconstructiontechniqueofdeserthighway．ThemaincontentiSasf0110WS：1．BasedOHthetestofexploringalongthehighway，analysetheunfavorablegeologyphysicsmechanicsproperty，thepropertiesandOFigincauseofformationofsoll．Aimdatthecharaeteristicofunfavorablegeo]ogyandthedemandoftopstructurerequired，haveproposedthemoreratjonaltreatmentschemetotheunfavorablegeologysectionofhighway．2．OnthebasiSofalreadyhavingmaterials，analyzedthephysicalandengineeringmechanicspropertyofaeoliansandalongthehighway．3．Onthebasisoftestinginsideandoutsidetheroom，sunmnarizedtheconstructioncompactcraftandcompactmachineryassociationofaeoliansandroadbed．4．Combinethreeplacestotestsection，carryondegreeofcompactionmeasuringofroadbed，settlementobserveofsubgradeandsuperfaceofroadbed，modulusofresilieneeofroadbedsuperface，analysedtherationalityofvariouskindsoftreatmentmethodsofunfavorablegeologyandsuitablecondition．5．Last，openthediscussionintotheroadbedsubsidelawofunfavorablegeologysectionimShanMengdeserthighway．Keyword：UnfavorablegeologyPhysicalandmechanicalAeoliansandpropertiesConstructioncraftn1绪论1．1研究课题的提出和意义我国是个多沙漠国家，沙漠总面积约130万平方公里，主要分布在我国的西北部。过去，由于沙漠地区气候条件恶劣，人烟稀少，经济落后，公路的数量少，等级低。随着我国基本建设的发展，沙漠公路里程增加，等级显著提高，对路基的变形与稳定性也提出了严格的要求。近几年的工程实践和调查表明，在沙漠地区公路建设中也遇到了大量不良地质情况，例如，湖盆滩地、下湿滩地、河谷阶地、盐渍化沙地以及腐植土与风积沙混合地基等。这种不良地质路段的地质成因与结构组成复杂，土层厚度变化大，土体性质差异显著，是否需要处理，如何针对沙漠地区特点经济合理地进行处理，以及地基处理工艺及路基施工技术等是目前需要认真研究的课题。其经济意义和社会意义十分巨大。对此，以往有关方面研究几乎为空白。国道210陕蒙沙漠公路起于榆林市郊区，终于陕蒙交界处，全长76．432km，地处毛乌素沙漠南缘，全线穿越沙漠地带，沿途发现了二十多处不良地质路段。这就给工程设计与施工提出了不良地质路段路基施工技术问题。为此，本文将对陕蒙沙漠公路不良地质情况进行评价，研究总结不良地基处理方法，结合现场试验路段试验，探索不良她质路段路基旅工技术。1．2国内外研究综述世界上大部分沙漠位于干旱地带，风沙流动性大，如非洲撒哈拉沙漠，新疆塔克拉玛干沙漠及内蒙古巴丹吉林沙漠等。国外研究主要是结合无粘性材料，探讨不同状态下沙样的强度特性及其形成机理，对沙样的压实特性进行了一定的研究。国内对沙漠地区公路修筑技术的研究主要是从二十世纪九十年代初开始的。陕西、内蒙及新疆等省近十几年来结合本省沙漠地区实际情况，针对路基旌工、防护等方面进行了相关研究工作。如塔里木石油勘探开发指挥部等单位开展的《沙漠公路路面结构研究》(1994)，新疆交通科学研究所开展的《沙漠公路稳定路面结构组合及加固和施工技术》(1993)，西安公路研究所和榆林公路总段开展的《无砂石料地区公路修建技术研究》(1995)，长安大学等单位开展的《沙区路基压实度标准及检测技术的研究》(1999)、《沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研剃及《毛乌素沙漠高填方路基压实和稳定性研究》(2000)等。．1．n综上所述，国外沙漠地区公路研究的重点是路面结构及其稳定技术，对风积沙作为填料的修筑技术研究相对较少；国内对沙漠地区公路修筑技术研究涉及到风积沙的工程性质、施工工艺、防护措旅、路基的变形与稳定性等方面。尚缺乏专门针对沙漠不良地质路段路基修筑技术的研究。1．3主要研究内容与研究方法本文在国内外资料调研及工程调查基础上，结合210国道陕蒙沙漠公路建设，选择三处较为典型的不良地质路段，研究不同路段地基处理的方法、路基施工技术以及其沉降规律，并对当地风积沙填料的物理力学性质开展试验研究。主要研究内容包括以下几个方面：(1)沙漠不良地基成因及地质特征：(2)风积沙填料的物理力学性质：(3)沙漠不良地基处理方法及施工工艺：(4)不良地基上风积沙填料路基施工工艺：(5)沙漠不良地质路段路基沉降分析。研究工作主要包括资料调研、现场取样试验、实体工程现场处理试验及理论研究等四个方面。(1)资料调研对国内外已有资料开展广泛调研、收集及综合评价。(2)现场勘探及试验根据陕蒙沙漠公路不良地基分布情况，对典型路段不良地基进行现场勘探取样和室内试验工作。同时，对风积沙填料的物理力学性质开展室内试验研究，得出有关的性质参数。(3)实体工程现场处理试验针对不同地基情况及填方高度，选择三处试验段，开展现场处理试验及后期的沉降观测。其中包括地基处理、路基压实、分层压实度和路基顶面压实度检测、现场回弹模量、弯沉试验及沉降变形观测。(4)理论研究在国内外资料调研及有关试验研究基础上，针对沙漠公路特点，对沙漠公路不良地基路段的路基沉降规律开展研究，将理论计算值与实际观测值进行对比，检验不良地基路段处理效果。n2陕蒙沙漠公路不良地基成因及地质特征2．1不良地基成因毛乌素沙地是全国十二大沙区之一，处于北纬37027．54～39022．5’，东经107。20。～11】0304，海拔1200～1600米。沙漠不良地基的形成主要与沙漠的形成条件及当地水文、气象有关。毛乌素沙漠是历史时期我国沙漠化土地最明显的地区之一。据史料记载，秦汉之际，鄂尔多斯水草丰美，景物宜人。后来由于人们对自然规律认识水平的限制，进行了许多不合理的经济活动，如唐代的“屯垦”和清代的“移民实边”，富庶的垦区成为裸露的荒地，下伏沙质沉积物受到大风吹扬，逐渐沦为沙漠。与其它沙漠相比，毛乌素沙漠水分条件较好，自然条件优越。年降水量由沙漠西部的250ram左右逐渐增加到东南部的400～440mm，降雨强度大，多以暴雨形式出现。地表水和地下水也较丰富，有若干河流(如秃尾河、无定河等)纵贯本沙地的东南部流入黄河。由于存在比较优越的水分条件和未完全沙漠化的土地，在毛乌素沙漠中形成了不少湖盆、下湿滩地和河谷阶地，如图2—1所示，面积约占整个沙漠总面积的20％左右。图2—1(a)毛乌素沙漠潮盆地2—1(b)毛乌素沙漠下湿滩地图2—1(c)毛乌素沙漠河谷阶地n这些地段常常出于地下水位高，毛细作用发达，长期作用于沙层，使沙层变软。同时由于水分o，少量植物枝叶长期作用，软沙层旱现灰色或褐色，这些地段通常被认为是沙漠软土地区。人们通常将软土定义为：天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低的细粒土。但是沙漠软土与一般软土相比，台粉沙较多，由于地下水发达，风沙流摹本退化，仪少量流沙尚在活动。2．2不良地基地质结构特征通过工程调查及地质勘探表明，陕蒙公路沿线存在多处不良地质路段，其地质成因及结构组成各异，土体分层厚度及土体性质变化较大。图2—2给出一组沙漠不良地基照片。表21给出陕蒙公路沿线28处不良地质路段地质勘探结果，包括有机质砂和砂质淤泥厚度、地质结构及土性特点、地下水位高度及地形地貌特点。图2-3给出三个试验段地质柱状图。n图2--2沙漠软±地基照片表2—1表明，不良地基随地形地貌特点的不同其地质结构及土性而发生改变。路线经过榆溪河、二道河等河流阶地或河流漫滩时，地下水位偏高，在地下水的浸泡下，形成细沙质淤泥地基。路线经过风沙滩地或丘间洼地时，由于其“碟”形微地貌不利于排水，地表为松散的粉细砂，形成粉细沙质淤泥地基。图2-3(a)所示K17+900～K18+050段地质柱状图表明，该地基表面以下2．0巾厚为含有机质细沙：灰色、饱水、松散、含有机质，磨圆好、分选好，地基容许承载力为60KPa，侧壁摩阻力为0KPa；2．Om～lO．Om深度范围内为细砂：灰色、饱水、中密、含少量有机质、磨圆较好、分选好，地基容许承载力150KPa，侧壁摩阻力为20KPa。2．5m、4．2m、6．5m、9．0m及9．7m深度处标贯击数曦as分剐为4、9、11、17、10。地下水埋深0．5m左右。图2-3(b)所示K38+760～K39+000段地质柱状图表明，该地基表面以下2．0m厚为细沙：灰褐色、饱水、松散、含有机质及植物根系，地基容许承载力为100KPa，侧壁摩阻力为tOKpa；2．0m～10．0m深度范围内为细沙：灰褐色、饱水、中密、含少量有机质、磨圆较好、分选好，地基承载力为200KPa，侧摩阻力为20KPa。2．0m、3．5m、6．Om、8．Om及10：Om深度处标贯击数N635分别为7、22、24、21、26。地下水位埋深0．5m。图2—3(c)所示K65+370～K65+680段地质柱状图表明：该地基表面以下10．0m深度范围内为细沙：淡黄色一灰色、松散一中密、均匀、矿物成分以长石、石英为主，磨圆较好，分选好，在2．0m处夹厚度约1．Sin的腐植土，黑色，含大量植物根系，其中约有30cm厚“马粪土”，质轻、结构软、有臭味。地基容许承载力为100KPa，侧壁摩阻力为10KPa。2．1m、4．1m、6，lm、8．Im及10．1m深度处标贯击数N635分别为6、10、18、18、15。地下水位埋深O．7m。n表2一l和图2—3给出数据表明：(1)沙漠不良地基主要分布在沼泽洼地或河流漫滩，地下水位埋藏较浅，雨季低洼处常积永形成海子和湿地。；(2)沙漠软基的抗剪强度小，地基承载力较低；(3)沙漠不良地质路段地表通常为含有腐植质的亚砂土和粉细砂，下部为中砂和粉细砂。其中部分路段地表以下1．0～2．Om之闯夹有30cm左右厚的“马粪土”，呈褐色，质轻，结构软，有臭味，强度较低。(4)陕蒙沙漠公路沿线类似图2．2所示的不良地基情况很多，如何对沙漠地区特殊的环境及可用材料情况经济合理地对地基进行处理是值得研究的问题。n舞《囊荤垂摹囊萎薷萎蚕萎粤映浆哥鲴察厘倒薹蠢卜o●∞d一d?丑恒Lib∞o)c。6d柏箍衽冥拓罢船篓密宰翠靼掣廿林翻相足稍翻冥龆锰耧巽蜊箍犀鼎箍巽赵器艘器器寒器冬密霉孽冬g掣警蝈删^*鼎鼎罢赠鼎足芒蜊蜊静蜊蹦御鼎蜊缸器g基瑟《蹬矧器g器器曜器器《蛙●●．H喽嗵ⅢI{啦蹬噬Ⅱ世瞍ⅢI{Ⅲl{噬随Ⅲ}{Ⅱ!l{Ⅱ!I{1I1⋯1l1111j⋯1l1111¨拣抵嘏拣拣斌垛拣挑拣拣垛拣拣蛾蹬睦畦毗卧世慨悝：蜓惶《忙年j证聋怛g忙怔g趔g蜓g刊赛剐忙蜒文抽g；如i寸Ⅱ术埒鑫蠢芑殴青套昌吐姐n．1f璺：?6金d念舞．6念．6最州国畦疑毗器卅毗哥-H睦岳呙会廿．豁。．廿岔．峰裔．峰钿器龌。刊嚷台刊蜷靶台赛趔岔妄^靶罨命念嚣疆蜒蜡菘廿杠豢导怔叁赛怔导暴忸廿菘释最啦噬Ⅱ|I{Ⅲl{噬Ⅱl}{蝗Ⅱ|I{Ⅲ}{噬喽Ⅱ!l{Ⅱ!l{ⅢI{嗵ff?⋯·li}⋯$f¨⋯}¨ff7}f}拣搬拣抵’挑拣忙拣挑拣挑拣躲挑拣受3命磊叠坚竖趣茬善蹙裂申8盆2澎甚i毫?暑三?￡詈?茎密彀量妄要譬世妒眯旱荨黛螽盛密峰簧假睁器舆曷暮冬撇毯l-N懈n蓑捌蠹甍鲁舞留喇襞黄目日蜷哥贬叁詹厘叁垦裂匿区心憎匿倒oN■o。d一6?7o卜o∞呻d6g古箍轻箍阳龆稍童窭轻禚器羟熏箍娶轻品搓冥箍船箍帮轻宾屡枣固枣霉黧鳃轻蚓枣器辑罂i罩鼎舞．}?蜊删蹦蜊蜊鼎删蹦赠娶蹦足赠别蹦器g器鼎器器罂咚警g罂艘撵器孵噬ⅢI{Ⅱ!l{衄I{Ⅲ}{喽噬啮Ⅱ!I{喽噬噬噬噬嗵1l1I1I1l¨1{11I11lI按嘏抵躲拣躲拣昧按拣抵城涨等||}摄腓胁h卧蜂蝗峰蜂论套赠熙；忙喀艇磊忸g譬g蛊g忙毋孚g母誊孚0扣：钿=钟缸∞．钿缸喾扣6岔毒鑫c；稔*∞．蹬弱畦舜骚蜡熙6命．弈‘霞．窭。牛器冬醚聂。刊蝎叫蟮憾。遐。．烬岔刊峰簧垂会赛诠g盆台念§硷嚣婚叠墨聂忙最怔器怔最器聂婚暴杠导蹬踏蹬Ⅱ!l{踏踏Ⅲl{皿I{踏蹬蹬踏Ⅲl{蹬踏jI1I1I1lI1ll⋯拣抵瓣摭撼瓣‘嘏拣抵蠊拣球嘏拣抵宰，罕罕7罕+，+竿7罕莩?暮罕，芊n蠹舞鬟簧捌舞慧瞪嚣舞艇田套熙愈叁§叁蔷《匿区医匿N67o耧剽韶船黼枣铎禳器罂衽瑚骷箍俺罨娶耧龆箍是衽娶衽犀罢密器器密器四g冬器密瑶警鲁轻鲴卿}?．27赠蜊蛸。蜊赠嘲鼎赠鼎鼎蜊蜊蜊赠鼎蜊罂gg轻嚣赠器掣罂g器g罂掣蹙轻Ⅱ!I{随ⅡlI{-Ⅱ|}{喽啮Ⅱ!l{。Ⅱ!j{Ⅲl{田l{嗵ⅢI{喽嗵唑噬1111蜊1t1}_l剽i1}1Il1．11111坻拣垛桀拣摭撼瓣臻掀瓣拣搬挑拣城抵瓣鳃蹬酏臻蜓熙世#瑶避b杠蜓怛刊Sg糕蓦·陋口f．霜卧缸=碡Ⅱ高睦如。占蒜o．刊td裔卧一d眯吐畲毗最．壁酰．．最毗毗酷蒜毗．喀台．．刊会《量餐誉§幂器念岔靶最赠畚盆岔金箍最聂再忙集器器懊娶繇最导啦啦噬喽砸l{Ⅲ1{Ⅱ|I{Ⅱ!l{喽噬嗵随噬噬mI{!Il金l1Il1l1I1|1111茸4}蠊最捧戢’抵拣嘏拣拣嘏城聩拣毒l|}毒Il}2窝8宕譬t-,-?墓量2堇竿7罕嚣?羔墨星量譬n翻粤簧舞冀羹，、鲴舞麓媸赞嚣菱嚣黠剩繁叁匿嘻匮匿’十翎d6d?2?舳Nod6d街档龆辩街期稚龆船龆稻稍器翟器罄禧茫罄器箍羼犀箍晨昆衽冥熏衽冥霹轻剁冥龌测霹箍剽犀枣g瘿窭艘回警霉g杂赠g密漆回冬餐掣警释霉．27．??．??．??)唰嘣蜊赠蜊蜊嘣剩卿蜊蜊蜊嘣足赠喇巽嘲鼎辱赠器咚罂器聪g禧罂掣罄警礤器螋器器君g瓣翠gⅢl{Ⅲl{m|{啦瞍噬蹬喽噬蹬Ⅱ|I{Ⅱ!I{噬嗵啦嗵Ⅲl{噬ml!磷嗵I1lIIl1⋯|l11I}1{II|1!1jj111II⋯IlI|I}{瓣援瓣瓣蜒瓣拣瓣瓣瓣拣搬扶嘏嘏瓣瓣瓣捌}精瓣捺碴卧壁孙斛蝗熙蜂毗起年≥_|i驽惺摆_||垦：蜒年》∞姆岛饕墨姬忙饕毋怔誊霉窖忙g岛誊蓉畦钿抽=如=邻。缸刊盆念爸台6念d螽d会景器最器毗导趾岳毗岳羹蕃峰上略。鋈囊．惶。．蟋。．蜷妊器茬蒜赛念螽赠念会赠命台熙。忙鼯廿籍最寻斑翳岳嚣§。．．暴噬叫Ⅱll{噬Ⅱl}{Ⅱ!I{唑啦噬Ⅲ}{噬嗵噬田I{ⅢI{噬．．f1l『1IlIlIl{ll⋯lIl⋯IIli嗵拣瓣按蠊斌拣掀摊拣挑拣蠊蠊蠊捌}拣⋯i草7草竿，罕年，罕牢7罕罕7罕n匝葵搿峰碧盛o∞o+8lzooo。土王一日一∞山匝⋯～暴町1士拯9商。即褒1壬露留匈鄙昧杈黼送㈧接舞帮。高翼}哑。捶郇醛Hn匾葵堪龌君跹ooo+6∞)100篙+en)I—D一￡_N匝R：R一一鼹生爱受：bo!一幡二{藿!}0i～lll__』盎占捌二袖一基E∞～o—J⋯n刊卟=弧鞋骡一●●{喧蜷赫藿迥佰：¨*_、、|，’：：lj|jI习l戈I幅兰、DUZ蜷稃舞匿^蒯嘲，嚣怠j撙剖缸加霉林，静盛，o船虫餐，窑导蝈，隶蠡：i*。饕，篓曩萼o鲴嚼届虫，皑，群∞叫嚣蝴凰释，霉∞孵轷寝龆H篓盏∞糕嗡撼，_。蜒．．但蝴倒●●裔嚣叁晕黯群驰蠹}辩导诳母}|署峰挺葵匦：’I如’-O”-?i墨ⅡlI{世鉴恒0-求Ⅲ}{毗世8__roi—r'liUb-：‘叫oⅢ}{世鹱{隧目p[，o恒njH蜷⑤④蹬咿Ⅱ_】隧毽圈m_17D舞螟廿芒=．∞．。暑无。踩皿醇撂盯o』¨。妒骡1圭$蠹冬酃睬愀黼餐州棼嚣释。_【N捌哑。棰婶醛Hn匝葵撑峰君≮o∞罕。要00器击。)I一。一∞山匝RjR一辐兰四￡憾二舒耄引三盎占捌二种一基宦■N刊驴卜N非鞋骠一。m-‘埴蠖糕摇魁怊7．苗昭一!J二!卜。J三5二E'FIj婴j—LJ-)蜷I臀鲴匿^。繁?面，扑牛悼蠹蕞蜊趟，柑”霉林，船衽博．．：。霹，套半墩一誉矧姆篓如键求孑忙耜《誓强o毯g．含．NI霉虫二垛U)叫b铎黑璐∞掘，凰趟SH篓盏∞工鄹日鼬毗靶脚憾_-。霹．咏删艇皑黜会，州刭斗<田"最梅最桨舡嗣蟮靼葵囤：如}p,O”●莓嵝世蠖蟾0￡∞求皿l{吐越0r．j卜·U一蹬蠼涨恻g|j1喧蜷0喽妒ⅡJ趔氆圈h’：1蠲峰抖芒_【_I．∞．三一川。躁皿1土堆田ⅢYN一妒骡最与I}留奴鄙昧制i錾毯刚嚣辗搿。_【N蝌哑一藩婶趔Hn2．3不良地基土的物理力学性质三个试验段不良地基土颗粒成分、含泥量和标准贯入试验结果如表2—2、表2-3和表2—4。1．含泥量试验多用于检验混凝土用砂质量，公路土工试验中对含泥量没有相关要求。水利部门将d
2020～22～0．50．5～O．250．25～O．075<0．075l206．733．557，42．4细砂K17+ZK0326．00．29．777．212．9细砂960310．02．126．253．817．9细砂l2．02．529．852．215．5细砂K38+嬲。24．05，026．053，915．1细砂80038，0I．617．459．521．5细砂l21．650．045，33．1中砂K65+ZK662610．546．938．54．1中砂4503105．064．428．12．5中砂表2-3含泥量试验结果钻孔位取土深度含泥量平均含泥量钻孔编号土样编号置(m)(％)123．7K17+960ZK032．026．75229．8319．OK38+800ZK052．019．8420．6552．3K65+450ZK66O，5～2．O51649．7n表2_4标准贯入试验结果地F求实测校正后锤容许侧壁钻孔里程地层杆长深度位埋深击数吉数N承载力摩阻力号桩号岩性(米)N63．5‘63．5[Sg](KPa)，，(kPa)有机质细砂3．82．5546005．34．215K17+ZK03O．57．56．527960细抄150209．89．0292811．49．740394．32，07i00106．83．52220K38+9．26．02421ZK05细砂0．6800L0．58，021182002011．710，O262l11．6lO．123223．72．165．64．1lO9K65+ZK66细砂0．77．56．11817100104509．98．11812．9IO，l15表2-2、表2-3及表2—4给出的数据表明：(1)陕蒙路不良地基主要由粉砂、细砂和中砂组成。(2)不良地基中表层以下2．5m深度范围内为稍松或极松砂，地基承载力和侧壁摩阻力较低，除zK05钻孔2．0～10．om深度范围内地基承载力和侧壁摩阻力(分别为200kPa和20kPa)较高外，其余均较低。由此可见，沙漠软土的工程性质较差，作为路基地基时需作特殊处理，才能保证路基的稳定工作状态；n3陕蒙沙漠公路风积沙填料的物理力学性质本文在已有资料基础上，对风积沙填料物理力学性质开展了补充试验总结评价工作。3．1风积沙的物理性质我国主要沙漠(沙地)风积沙机械组成分析的资料表明：(1)在各种粒径的百分数含量中，主要粒级为细沙级，风积沙颗粒粒径中值一般在0．06～O．24ram之间。(2)就我国沙漠风积沙分选系数来看，都属于分选良好，分选系数一般在1．4～1．4之间。(3)沙漠物质的组成物质中有90％左右为石英、长石等轻矿物。重矿物含量虽少，但种类较多，达i6～22种。在这些众多矿物中，以角闪石、绿帘石和石榴石为主。(4)在地区分布上因受地质条件和古地理环境影响，有明显的区域差异。3．1．1陕蒙公路风积沙的颗粒组成风积沙的颗粒成分主要为细沙，粗沙和粉沙的含量都很低，粒径比较集中。各地风积沙的颗粒级配存在很大差异，即使同一沙漠，腹地与边缘也不同。表3—1给出了陕蒙公路沿线三组沙样的颗粒组成情况。表3—2给出了这几组沙样的不均匀系数Cu和细度模数。图3—1给出了这三组沙样的颗粒级配曲线。施工期间为了解公路沿线风积沙颗粒组成变化情况，试验人员重新在公路沿线进行密度较高的取样，试验结果如表3-3所示。表3—1试验沙样的颗粒组成粒径(m)0．6～0．30．3～O．150．15～0．074(0．074沙样1@)1．878．715．93．6沙样2(％)33．126．838．12．0沙样3(蚴51．720．822．45．1表3-2试验用沙的不均匀系数c“细度模数舨C。M。沙样12．140．82沙祥22．770．93沙样33．981．24n孽}11凝iT}{；j—∞沙样2ij10。．{压继j一!一mE=拢祥3}。!}∥／l：I．i⋯}¨㈡泫拶■∥||图3—1试验三组沙样的颗粒级配图表3-3陕蒙沙漠公路沿线风积沙颗粒组成序号取样位置【2～O．5】Hm(0．5～0．25)啪(0，25～O．074)咖(0．074m1Kl+500～k3+0000．6824．5774．23O。522K4+000～k4+gOO0．0626．7671．621．563K4+900～k5+3000．119．872．57．64K5+780O．6935．5361．482．35K20+800～3．0262．432．961．626K22+1808．1888．123．12O．587K22+1906．4788．124．66O．758K24+94017．463．717．70．39K34+6301．2565．2l32．34l_210K42+6800．1437．1860．821．8611K48+4601．6234．1l59．854．4212K49+320左5m0．546．351．61r613K51+640右40mO．1220．4978．251．1414K51+6802生50mO．36lO．8688。18O．615K63十000～K65+00．116．882．70．416K72+0401．314．881．62．3由表3—1、表32及表3-3可以得出以下认识：①毛乌素沙漠风积沙的粒径主要分布在0．6～O．074珏lfil范围内。②风积沙中粘粒和粉粒的含量极少，表明颗粒表面活性很低，无粘性，松散性强，水稳性好。n③从各沙样的不均匀系数cu看，Cu。)Cu。>Cu一从总体看，风积沙的不均匀系数都较小，表明级配很差，粒度比较均匀。④陕蒙公路沿线不同地段颗粒组成差异较大，K20+800～K49+320路段的风积沙在(0．5～0．25)Rim粒径范围内的颗粒含量明显高于其它路段，腹地风积沙相对于边缘风积沙稍粗。3．1．2风积沙的天然干密度、含水量根据对毛乌素风积沙的天然干密度、含水量的调查表明，风积沙的天然干密度在1．56～1．699／cm3之问，坡峰的天然干密度较大，在1．64～1．699／cm3之间，迎风坡、坡谷、背风坡沙的干密度较低，在1．56～1．579／cm3之问。由于沙的蓄水能力低，降雨量小，因此沙的含水量很低，天然含水量在1．4～3．3％之间，迎风坡及坡谷的含水量最大，为3．2～3．3％，坡峰为2．8％，背风坡最小，为1．4％。3．1．3风积沙的透水性风积沙颗粒具有良好的透水性，即沙粒表面对水几乎没有物理吸附性，最大吸水率不足1％，一般都在零附近。风积沙的滤水作用十分明显，水在沙层中直接往下渗透，使沙漠表层土常处于干燥状态。3．1．4风积沙的非塑性沙漠土颗粒粒径较大，几乎不含粘粒和粉粒，所以沙漠土具有松散无塑性性质。在大多数情况下，沙漠土的塑性指数几乎等于零。由于它的非塑性，使它成型比较困难，而且成型后的抗剪性能也较差。3．2风积沙的压实特性一般粘性土的压实是通过碾压、冲击等外力手段，克服土颗粒之间的分子引力，压缩孔隙体积，使土颗粒互相靠拢，从而提高土的密度。大量的试验研究已经表明，土体在一定的击实功下，含水量与干密度之间存在单一的函数关系，其中存在最佳含水量及其对应的最大干密度。对于风积沙，由于处于松散单粒状态，颗粒间的分子引力几乎为零，依靠土中水的含量来抵消颗粒间分子引力的作用已不存在。仅当沙粒处于潮湿状态，颗粒问产生毛细作用力时，含水量才会起作用。因此，风积沙在完全干燥状态、某一特定含水量状态和完全饱和状态时都可能达到最佳的压实效果。作为路基压实质量控制的主要依据，风积沙作为路基填料时其最佳含水量和最大干密度如何确n定，现行规范中没有明确规定。对风积沙的压实，就是要使沙体从图3—2(a)所示的松散状态转变为图3—2(b)所示的密实状态。巍威(a)(b)图3-2沙体的几种结构状态示意图以下采用3种方法进行风积沙的压实试验，分别为重型标准击实法、重型干击法和干振动法。3．2．1重型标准击实法按照《公路土工试验规程》规定的试验方法，对风积沙进行室内标准重型击实试验，结果如表3-4、图3-3。这种方法得到的'／／opt=11．8％，p。；=1．789／crn3。表3-4风积沙重型标准击实试验结果沁?l2345含水量(％)8．010．211．413．015．0密度(g／era3)1．731．761．781．77l'70干密度(g／cm3)图3-3千密度与含水量关系曲线图含水量(％)¨mmⅢm"朋邶mn3．2．2重型干击法由前述可知，风积沙天然含水量在1．4～3．3％之间，迎风坡及坡谷的含水量最大，为3．2～3．3％，坡峰为2．8％，背风坡最小，为1．4％。若施工过程中气温较高时，加之沙在运输、摊铺、整平过程中含水量还会降低，在施工中要使含水量增加到最佳含水量附近，用水量相当大，在沙漠地区实现的可能性很小。从沙区施工工艺及沙的工程性质综合考虑，用重型标准击实仪干击法进行击实试验。其结果见表3—5。表3-5千击试验结果试验次数123平均值l最大干密度(g／cⅢ3)1．811．82I．821823．2．3干振法试验的振动频率为47。7Hz，振幅0．3mm。试桶体积2277cm3。按照拟定的时间重复试验，得到不同振动时问与干密度的关系，从而确定最大干密度。结果如表3—6。表3-6不同振动时间沙的干密度汇总值振动时间(秒)30’60。90’120。150’180。最大干密度(g，cm3)1．8491．8761．8841．890由表3-6和图3-4可知，在规定的振动频率、振幅下，振动时问在90秒以内时，沙的干密度随着振动时间的延长而增大；120秒后，干密度不再随振动时间延长而增大。这说明经过120秒的振动后，沙粒经过充分振动重新排列，较小的颗粒填充于大颗粒之间，使沙颗粒重新排列达到比较密实状态，沙体的空隙率最小，即达到了最大干密度。3．2．4试验结果分析干密度(g／cT?51．881．861．84上述三种试验方法都能获得相应的最大干密度，如表3—7。从表中数据可以n看出，沙在重型标准击实、重型干击法和千振法三种工况下所得到的干密度分别为1．779／cm3、1．829／cm3和1．89g／cm3，干振法得到的干密度为大于前两种方法结果。鉴于沙的工程性质、路基填筑的施工工序、方法、机具类型及以往的施工经验，选择干振动法来确定最大干密度，可能会更符合工程实际。表3-7试验结果比较＼试验方法击实法＼＼干振法测试项目＼标准击实法干击法＼干密度Cglcm3)1．781．821．89含水量(％)11．40标准击实试验中，当沙粒中含有少量的水分时，在沙粒问形成很薄的水膜裹浮于沙粒表面，增加了沙粒之间的吸引力和沙粒间移动的阻力，在击实功作用下沙粒难以排列密实。当含水量增加时，颗粒问水分较多，又对沙粒起到润滑作用，沙粒移动阻力减小，在外力作用下，沙粒易手重新分布，但水分占据了一定空间，使沙粒难以达到较密实状态。击实过程主要是在外力作用下减小颗粒间的空隙，颗粒移动以竖向位移为主。千振法是通过振动使得沙粒重新排列，沙粒既产生竖向位移，又产生横向位移，通过一定时间的振动，较小颗粒充分填充于较大颗粒之间，从而达到密实效果，即最大干密度。从表3—7可以看出，应用干振法所获得得干密度最大。与在最佳含水量附近得标准击实法相比，施工中采用干振法碾压，既能保证工程质量，又能降低工程造价。因此，在试验段的施工中，均采用天然含水量状态下碾压路基。3．3风积沙的压缩特性土的变形和沉降是同土的压缩性能密切相关的。土是由固体颗粒、土中水和土中气体组成的三相体，受力后的变形包括土颗粒压缩、土孔隙中水和气体的排出。与总的体积变形相比，土的颗粒变形非常小，一般可忽略不计：土中水也不可能产生压缩变形。因此，土的压缩变形是由土中空气体积的压缩和土中水的排出导致的。对于风积沙来讲，由于其含水量较低，且透水性良好，在外荷载的作用下，颗粒问产生的孔隙水压力将很快得以消散。因此，风积沙的压缩变形主要n是孔隙体积压缩变形的结果，风积沙的压缩变形值随时问的变化主要是颗粒骨架蠕变引起的。图3-5给出了当沙样1的初始干密度为1．649／cm。时，在50KPa压力作用下，压缩变形量随时问变化的试验曲线。由图35可见，风积沙在一定压力作用下完成压缩变形的时间较短，并在半对数坐标中沉降量与时问呈现良好的线性关系，其函数关系为：』h：O．5044Int+27．444R：O．9937(3—1)式中，』h一沙样的压缩变形量，0．Olm_n；t一压力作用时间，min：Z5：一26}呈27暑28恻29嫱30出3132时删(rain)(a)时间为线性坐标(b)时间为对数坐图3-5沙样压缩变形与时间的关系曲线标图3-6沙样压缩应变随压力变化的试验曲线图3—7沙样压缩模量随压力变化的试验曲线当在风积沙试样上分级加载时，压缩变形量相应增大，压力与压缩变形之间呈非线性的曲线关系，试样的压缩模量(割线模量)与压力之间呈近似的线性关系，随压力中值的增大而增大。图3-6和图3—7分别给出了当沙样1的初始干密度为1．649／cm3时，压力与压缩变形及压缩模量关系的试验曲线。试验曲线的n函数关系为：￡=O．004594p173R=0．9991E。=O．0952p⋯”R=0．9990(3-2)式中：p一试样上作用的压力，KPa：e—试样竖向压缩应变：E。一与压力(中值)对应的试样压缩模量(割线模量)，KPa；R一相关系数。3．4风积沙的强度特性风积沙是一种分散无粘性的材料，其强度特性可根据抗剪强度试验、回弹模量试验及CBR试验结果进行评价。3．4．1风积沙的直剪试验抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。测定抗剪强度的室内试验方法主要有直接剪切试验、三轴剪切试验和无侧限抗压试验。考虑到风积沙分散、无粘性的特性，通过直剪试验来测定风积沙的抗剪强度。图3．8给出了通过直剪试验得出的风积沙内摩擦角随压实度变化的试验曲线。试验结果呈现出线性变化的规律。其中压实度按照干振试验得出的各组沙样的最大干密度确定。各组沙样试验曲线的函数关系如式(3—3)所示。若将各组沙样试验结果统一回归，得出的函数关系如式(3-4)所示。由图3—8可见，风积沙的内摩擦角一般在33吒480之间，并与沙样的密实度存在显著的相关关系。沙样1：巾=1．4001K-91．976IPO．99171I沙样2：中=1．335K．84．504R=O．9925卜(3—3)J沙样3：ff=1．467／(．92．089R=0．9870。中=1．2032K．71．24R=0．8333(3—4)以上两式中：由一沙样的内摩擦角，度；K_一沙样的压实度，％；R一相关系数。n：{萋848892压实度(％)圈3-8沙样的内摩擦角随压实度变化的试验曲线图3-9沙样的内摩擦角随含水量的变化曲线图3—9给出了在于密度一定时，沙样l的内摩擦角与含水量之间的试验曲线。图3—9表明，随含水量的增大，内摩擦角略有减小，这主要是由于水在沙颗粒间起了润滑作用。3．4．2风积沙的回弹模量试验土基静回弹模量反映土基在静荷载作用下的萄载一回弹弯沉关系。它可通过在土基顶面进行刚性荷载板加载试验或者车轮加载试验确定。室内回弹模量试验采用强度仅法完成。图3．10给出了通过室内试验得出的3组沙样回弹模量与密实度之间的关系曲线。各组沙样试验曲线的函数关系如式(3—5)：沙样l：Eo=O．3132K387．047K2+8064．9K一249027、R=O_987lI沙样2：Eo=o．3254K3—90．511K2+8391．4K一259287IR=0．9961f沙样3：Eo=O．3352Ka-91。895K％8396．8K一255690IR=o．9871j对有关试验结果统一回归得出的函数关系如式(3-6)：Eo=0．0755KS-20．633K2+1880-2K一57093、R=O．8851r以上两式中：E矿一沙样的回弹模量，MPa；K一沙样的压实度，％：R一相关系数。(3—5)(3-6)勰巧盯巧∞_拈卵弘站一o《鞲鹫置n由图3一10可见，毛乌素沙漠风积沙的室内回弹模量一般在43、70MPa之间，并随压实度增加呈增长关系。沙样的不均匀系数越大，回弹模量越大。在某一压实度区闻内(90-94％)，回弹模量随压实度变化平缓；而小于或大于该区间时，呈现出明显的增长规律。上述现象可能由以下两方面原因产生：一是在该压实度区间，沙体呈半饱和状态，颗粒间出现毛细作用力；二是沙粒表面受到风化的薄层以及棱角破碎可能产生的影响。图3一ll给出了通过室内试验得出的沙样回弹模量随含水量变化的试验曲线。该图表明，含水量对风积沙压实体回弹模量影响较小，仅当含水量较大(大于8％)时才会产生显著的影响。图3—11沙样回弹模量随含水量变化的试验曲线3．4．3风积沙的C隙试验·CBR试验是以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征其承载力的试验方法。CBR值是路基设计时的重要力学指标之一。图3-12给出了沙样l在含水量为2％时通过室内试验得出的CBR值随压实度变化的曲线。图中两条曲线分别为沙样l在不同干密度情况下不浸水和浸水饱和4天后的CBR试验曲线。图3一12表明，不浸水的CBR值比浸水4天后的CBR值大很n多，说明风积沙路基在饱水状态下的强度是较低的。在某一压实度区间内CBR值增长缓慢，此后随压实度显著增长。这一压实度区间包含了上述回弹模量平缓变化的区间。浸水4天不浸水图3-12风积沙的CBR试验曲线3．5小结1．风积沙颗粒粒径，大多集中在0．60～0．074ram之间，粘粒和粉粒的含量极少，属于不良级配筑路材料。天然含水量一般在1．4％～3．3％之间，自然状态下干密度一般在1．56～1．6⋯3之间。2．试验结果表明，对于大部分风积沙的压实，振动法明显优于重型标准击实法。3．风积沙具有较高的压缩模量，随着加荷等级的增大，压缩模量增大。风积沙在一定压力作用下完成变形时间很短，并在半对数坐标中压缩量与时间呈现良好的线性关系。压力在一定范围之内时单位变形与压力呈线性关系；随着压力增大，单位变形量增加缓慢。4．风积沙的内摩擦角随含水量的增大略有减小，主要是由于水在沙颗粒间起了润滑作用。5．毛乌素沙漠风积沙的室内回弹模量一般在43～70MP之间，并随压实度增加呈增长关系。风积沙的变形与单位压力基本呈线性关系，说明风积沙近似于弹性体。风积沙的不均匀系数越大，回弹模量越大。6．当风积沙干密度相同，含水量不同时CBR值差异较大，不浸水的天然含水量风积沙CBR值比浸水4天后的CBR值高出很多，说明过多的自由水降低沙体的内磨擦角，贯入杆受到阻力较小。n4陕蒙沙漠公路不良地质路段地基处理技术及施工方法地基是路基的基础，当土质不良、含水量大的软弱地基受到冻融等自然因素影响或处治不当时，路基容易产生变形失稳，导致路面破坏。一般软土的特点是：天然含水量高(大于液限)、天然孑L隙比大(大于1．O)，抗剪强度低，压缩系数高，渗透系数小。在外荷载作用下地基承载力低，地基变形大，不均匀变形也大，且变形稳定历时较长。与一般软土相比，沙漠软基具有埋藏较浅、由细沙和粉沙组成，并含有一定量腐殖质，结构松散，承载力较低等特点。沙漠软土地基处理是一个新的课题，经验甚少。但软土地基加固处理有许多行之有效的方法，如换填、深层密实、排水加固⋯⋯等。尽管沙漠软土与其它软土地基的物理力学性质有许多差异。但仍具有借鉴意义。沙漠地区公路路基压实与一般土质路基同等重要，路基稳定与否直接影响路面的使用年限和路基使用质量。影响路基稳定的因素很多，选用的土质和自然条件时最重要因素之一。沙漠地区路基填料全部是风积沙，在天然状态下是完全松散状态，内聚力几乎为零，抗剪能力很差，在外力作用下易产生移动，一般机具在沙基上难以行走，普通钢轮压路机无法碾压。压实以后，沙基的沉降又如何?对于不良地质路段上填筑风积沙路基情况，在选用施工方法时既要考虑到工程质量，又要顾及经济合理性，并尽可能减少对周围生态环境的破坏。为此，本文将对陕蒙沙漠公路不良地质路段路基旌工技术进行总结和评价分析。4．1陕蒙沙漠公路不良地基处理技术方案及施工工艺4．1．1不良地基处理技术方案软土地基处理方案的选择主要依据以下状况决定：(1)依据地基表层含水量和承载力状况；(2)填土高度(由此而涉及所需地基承载力)；(3)施工的繁简程度：(4)工程的经济性。在施工过程中，软基处理方案的选择主要依据前两种状况决定；在满足前两种状况的情况下，才结合篪工情况和经济情况综合考虑方案。陕蒙沙漠公路根据地质勘探资料、现场实际情况、上部结构对地基承载力的要求及就地取材的原则，采用了如下三种处理方法：n(1)清除淤泥，换填风积沙：(2)清除淤泥，换填风积沙，加铺土工布；(3)清除淤泥，手摆片石或抛填片石，并换填风积沙。陕蒙沙漠公路全线共处理软弱土地基28处，换填风积沙]67381m3，抛填片石35521．3一，土工布61979．71mz。仅从工程数量上看，沙漠软土地基也是不可忽视的一种不良地基。4．1．2公路不良地基处理施工工艺4．1．2．1清除淤泥，换填风积沙一、概述清除淤泥，换填风积沙是沙漠软土地基处理中最常用的方法。因为沙漠中风积沙材料比较丰富，工程费用比较廉价。一般适用于软土层厚度不大，上部结构对地基承载力要求不高的情况。采用该方法处理沙漠软土地基不仅能满足地基承载力的要求，而且能充分利用风积沙材料，降低工程费用。试验路段K65+370～K65+680即采用这种地基处理方法，该段淤泥层平均厚度2．0～3．Om，上部结构为风积沙路基。试验结果表明，该方法是一种经济有效的处理方法。二、旌工工艺路基范围内，人工割除地表小灌木后，首先采用挖掘机清除淤泥，由于软土地区地下水位较高，基坑开挖时，水位迅速上升，因此换填风积沙时无法进行分层碾压。换填风积沙时，推土机利用已经换填好的路段纵向前推进。风积沙换填结束以后，YZl8双驱动振动压路机振压四遍，静压二遍，横向接头的轮迹重叠三分之一轮迹宽度。施工工艺流程如下：4．1．2．2清除淤泥，换填风积沙，加铺土工布一、概述该方法属于土工布系统工程，是一种十分有效的处置方案，可提高承载力和n防止地基在车辆荷载作用下侧向变形。它既充分利用了当地经济的风积沙，又利用了土工布隔离、约束和加筋的工程作用。该方法适用于软土地基厚1．Om左右，路基填方不高的路段。当毛细水发育时，用土工膜效果较好。试验段K38+760～K39+000采用这种地基处理方法，该段淤泥层平均厚度为1．1TiI。试验结果表明，换填风积沙并加铺土工布显著地提高了地基的承载力。二、施工工艺这个工艺流程也很简单，用挖掘机清除淤泥，换填风积沙以后，地基表面加铺土工布。铺设土工布前，平整场地，并适当地做出路拱坡度，有利于路基内部的雨水向外排出。土工布的连接和铺设按现行技术规范要求执行。土工布的联结可根据实际工程情况采用缝合法或搭接法，缝合宽度不应小于0．1m，搭接宽度不应小于0．3m；铺设土工布时，土工布应紧贴被保护层，但不宜拉得过紧；土工布铺设之后，应在48h内及时覆盖并回填。4．1．2．3清除淤泥，手摆片石或抛填片石一、概述该方法是通过片石在淤泥中挤压，达到置换部分淤泥的目的，以提高地基地承载力。适用于淤泥层较厚，上部结构对地基承载力和工后沉降要求较高的路段。手摆片石和抛填片石不仅大大提高了地基的承载力，而且有利于地基的排水，减小了路基的工后沉降。由于石料的费用明显高于风积沙，其工程造价相应提高，因此该方法一般仅适用于需作特殊处理的不良地质地段。试验段K17+900～K18+050采用这种处理方法，填方高5．43～9．75m，上部结构为箱涵。二、施工工艺这和其它地质状态下处理软基的方法基本相同。采用挖掘机清除淤泥，并用抽水机尽量降低基坑水位。手摆片石时，片石强度必须满足要求，铺筑每一层片石时，用较小石块填塞大石块之间的孔隙，片石摆至地基表面后，用重型机械进行碾压，直至前后两次沉降量接近于零。4．2陕蒙沙漠公路不良地基路段风积沙路基施工压实工艺4．2．1施工机械的选择由于沙漠本身的特殊性，路基压实中的施工放样、施工机械的选择、路基填n料及施工方法等都不同于其它公路。以下在分析风积沙特点及目前国内各施工单位现有的主要路基施工机械的基础上，选择适合沙漠路基旌工的机械，并通过试验路的验证，总结出较为理想的施工机械组合和压实工序方法。1．挖方机械通常开挖的机械设备有推土机、装载机、挖掘机等，经比较，推土机的铲运效果较好。2．装运机械一般情况下装运风积沙主要采用装载机配合自卸汽车运输或者推土机配合铲运机。当运距较远时可用自卸车作为运输机械将风积沙卸于路基附近，再采用推土机从两侧将沙推至路基填筑范围内，但自卸车运输风积沙只能在施工便道上行驶。当运距较近时，可用装载机或推土机配合铲运机或推土机直接装运风积沙。3．路基压实机械经沙漠公路工地试验，拖式羊足振动压路机和拖式振动碾在推土机拖动下前进时压路机轮前有拥沙现象，后退时不能振动且方向难以控制，若在原地振动，短时间内可产生沙基下沉现象，不能满足施工要求。路基压实机械主要有前后轮驱动的自行式胶轮羊足振动压路机、振动光轮压路机和推土机，其中振动压路机为12T和18T，双驱动羊足碾振动压路机一般为10T，推土机一般为140、160、220马力。现场试验表明，推土机碾压所得干密度普遍偏小，这是因为它主要对风积沙路基表层压实，压实效果有限。因此推土机一般只作为振动压路机碾压前后的稳压和终压机械。4．路基整平机械工地试验表明，平地机不适合作为风积沙路基整平机械。小型推土机可作为路基风积沙的摊铺和整平机械。但风积沙路基采用人工配合小型推土机摊铺整平时，整平质量受驾驶员操作水平限制，速度较慢，特别是在整平风积沙路基顶层时所用时闯较长。5．洒水设备洒水车在风积沙路基上无法行走，不适合作为洒水设备。当采用水坠法施工时，可在路基附近打井来解决工程用水问题。n综上所述，适合风积沙路基施工的机械是：推土机挖运风积沙并稳压，自行式前后驱动的振动压路机振动碾压或采用推土机碾压。受推土机挖运距离的限制，一般应采用就地取材的方法从路基两侧取沙，纵向和远距离调配风积沙较困难。路基整形采用装载机、推土机配合平地机进行。4．2．2风积沙路基施工工艺4．2．2．1天然含水量下的分层碾压天然含水量下风积沙分层碾压压实工艺如图4—1所示，具体内容如下：图4-1施工工艺流程图1．施工前准备工作包括放样、清除填方路段原地表杂草、树根及借方位置原地表面杂草、树根等。沙漠地区冬、春季节风沙活动剧烈，易对公路设计时放样的标志产生破坏，并可能改变原地貌的形态。因此，旌工前必须详细检查，核对纵横断面图，按设计文件提供的桩号进行放样，复核工程量。根据恢复的中线、设计图、施工工艺和有关规定，测设路堤坡脚、路堑顶、边沟、取沙位置、平整带、弃沙位置等具体桩位，并在安全位置设立保护桩。2．地基处理按地基情况选择适当的方法对地基进行处理，进行充分压实，以保证地基的变形和承载力满足设计要求。3．推送填料推土机从路基两侧或短距离内纵向调配风积沙推运至填方路段整平、稳压(见图4—2)。4．摊铺整平填料n对推运至填方路段内的填料采用推土机摊铺并整平，或采用推土机配合平地机整平。推土机摊铺后每层厚度一般不超过30cm，摊铺厚度可采用填料前后定点测量高程控制(见图4—3)。5．推土机稳压推土机稳压时从路基边缘向内侧逐轮碾压，碾压时轮迹重叠宽度不小于1／2单轮宽度，单侧轮迹布满一个作业面为一遍，一般需要稳压2遍。稳压时也可采用纵向、横向交错的碾压方式。图4—2推运风积沙图4-3摊铺风积沙6．振动压路机碾压(图4—4)振动压路机碾压时压路机为1ST以上双驱动振动压路机，碾压初期行驶速度一般不超过4Km／h，后期可增大速度。碾压过程中采用强振进行振动碾压，直线段由两边向中间，小半径曲线段由内侧向外侧纵向进退式进行。轮迹重叠宽度不应小于1／3单轮宽度，前后相邻两区段应纵向重叠20m以上，达到无漏压、无死角。轮迹布满一个作业面为一遍，碾压遍数一般在6遍以上。经压实度检验合格方可转入下道工序，不合格时应进行补压再做检验，直到合格为止。7．推土机终压(图4—5)推土机终压压实工艺与稳压相同，碾压遍数为2遍。8．检测对天然含水量条件下风积沙路基压实度的检测通常采用普通环刀法和灌沙法。含水量极低的条件下可采用洒水环刀或改进环刀法。压实度检测结果应达到规定的标准。若不符合要求时必须进行补压，直到合格为止，方可进行下一道工序的作业。其中检测取样位置、深度必须符合有关规定。n图4-4振动压路机压实4．2．2．2水坠法碾压工艺图4-5推土机终压水坠法稳定沙基是沙区劳动人民处理房屋地基的传统方法之一。此方法是在填好的沙基表面放水，并使水面达到一定高度，然后进行碾压施工。利用水下渗过程中携带极细粒料移动的原理使沙粒重新排列，达到密实的目的。这种方法仅用于水源充足，取水方便的沙区路基填方路段和通道、桥头及其他构造物台背处风积沙路基的压实。具体施工工艺如下：1．施工前准备包括放样、清除填方路段原地表杂草、树根及借方位置表面杂草、树根等。2．推送及摊铺填料按照分层振动碾压的推送及摊铺填科方法将路基填筑到要求高度，摊铺宽度大于设计宽度30’50cm，防止水坠时水流下渗引起路基坍塌。3．围堰在摊铺、整平好的路基上分段设围堰。分段长度根据纵坡大小而定，一般长度不宣小于10III，宽度不宜小于5m。围堰高度不低于30cin，宽度不小于30cm。4．放水围堰设置好之后开始放水，放水应连续进行，放水时水流流速应稍大，沙基顶面上的水头高度一般要大于20cm或是试验所确定的水头高度。5．碾压在水头保持一定高度的情况下采用推土机或振动压路机碾压。碾压时轮迹应重叠，其中推土机重叠轮迹为1／2单轮宽度，振动压路机重叠轮迹为1／3轮宽。当轮迹布满整个作业面时称为一遍。碾压遍数应通过试验确定，一般不少于3遍。n6．检测当路基顶面水全部渗完后取样检测其压实度，检测方法采用普通环刀法。压实度不合格时应重新水坠碾压，直到合格后，方可进行下～层的施工。4．3小结1．陕蒙沙漠公路不良地基主要的处理方法是：(1)清除淤泥，换填风积沙清除淤泥，换填风积沙是沙漠软土地基处理中最常用的方法。因为沙漠中风积沙材料比较丰富，工程费用比较廉价。一般适用于软土层厚度不大，上部结构对地基承载力要求不高的情况。采用该方法处理沙漠软土地基不仅镌满足地基承载力的要求，而且能充分利用风积沙材料，降低工程费用。(2)清除淤泥，换填风积沙，加铺土工布该方法是一种比较有效的处置方案，可提高地基承载力和防止地基在车辆荷载作用下侧向变形。它既充分利用了当地经济的风积沙，又利用了土工布隔离、约束和加筋的工程作用。该方法一般适用于软弱地基厚度大于1．Om，路基填方不高的路段。当毛细水发育时，用土工膜效果较好。(3)清除淤泥，抛填片石该方法是通过片石在淤泥中挤压，达到置换部分淤泥的目的，以提高地基承载力。适用于不良地基土层较厚，上部结构对地基承载力和工后沉降要求较高的路段。手摆片石和抛填片石不仅可以大大提高地基承载力，而且有利于地基排水，减小路基工后沉降。由于石料的费用明显高于风积沙，其工程造价相应提高，因此该方法一般仅适用于需作特殊处理的地段。2．由于沙漠本身的特殊性，路基压实中的旋工放样、施工机械的选择、路基填料及施工方法等都不同于其它公路。适合风积沙路基旌工的机械是：推土机挖运风积沙并稳压，自行式前后驱动的振动压路机振动碾压或采用推土机碾压，受推土机挖运距离的限制只能采用就地取材的方法，从路基两侧取沙，不能纵向和远距离调配风积沙。路基整形采用装载机、推土机配合平地机进行。3．风积沙路基施工压实工艺主要有：振动压路机在天然含水量状态下分层碾压、推土机在天然含水量状态下分层碾压以及水坠法等。前两种方法适合于天然含水量下分层碾压施工。水坠法一般仅在水源充足，取水方便的沙区路基填方路段和通道、桥头及其他构造物台背处应用。n5陕蒙沙漠公路不良地质路段现场试验5．1陕蒙沙漠公路概况陕蒙沙漠公路是国道210线的重要组成部分，是我省“米”字型公路主骨架的重要路段，也是连接陕西、内蒙两省的重要交通干线。路线起自榆林市北过境线下刀子湾，经刀子湾、马家圪墙、红河梁、孟家湾、刀兔海子东侧、石板太、敖包吐至陕蒙交界处蟒盖兔河。路线全长76．432krn，其中榆林市境内52．946km，神木县境内23．486km。公路等级采用高速公路(半幅)，计算行车速度为100km／h，路基宽度13．0m。(1)地形、地貌榆林至陕蒙公路位于毛乌素沙漠南缘，地势总体北高南低和西北高东南低，绝对商程1110～1300米。地势较为平坦、开阔，地形呈波浪状连绵起伏，河谷川道地形开阔，多为农田。(2)工程地质特征与评价路线带内地质条件较好，大部分路段位于固定与半固沙丘区。根据地质年代、岩性组合和物理力学性质等，大体上划分为河谷阶地沉积区、活动半活动和固定半固定沙丘区，湖盆滩地区。河谷阶地沉积区主要分布在榆溪河及其支流范围内，地层为亚砂土，下伏粉细沙。冲击结构松散，地基承载力较低，本区内多为农田，地形平坦，利于耕作。活动半活动和固定半固定沙丘区沿线两种沙呈交错分布。活动半活动性沙丘区其沙层表面松散，由风吹细沙堆积而成，地表O～0．25米干燥，0．25米以下稍湿，植被覆盖率在30％以下。主要生长的植物有沙蒿、柠条、沙柳、旱柳、局部路段有花棒、沙竹等。固定半固定沙丘，沙层表面较松散，局部钙化为硬壳，地表O～O．15m干燥，0．15m以下湿润，植被覆盖率在30％以上，主要生长的植物有沙蒿、沙柳、合体杨、柴穗槐、踏郎、花棒、沙打旺、臭柏等。活动半活动性沙丘路段，路基易受沙埋，设计中采取了重点防护措施。固定半固定沙丘路段，路基施工时尽可能保护原有植被不被破坏，设计中稍加治理即可。湖盆滩地区：主要分布在路线所经区北部即K60～K76之间，滩地被沙丘和沙地环抱，面积大小不等，地势较平坦，地下水位埋藏较浅，由数十厘米至1．0～2．0米不等，雨季低洼处常积水形成海子或湿地，地表为冲、湖积淤泥质亚砂土，周n围沙丘多已固定或半固定。(3)区域地质稳定性评价及地震基本烈度路线所经地带属鄂尔多斯稳定地台区、地质构造简单，无大的地质构造活动，地震活动极其轻微，对公路建设无不良影响。(4)不良地质路段情况及工程设计中采取的主要对策路线所经地段的地表松散土体(沙土)及局部潮湿路段是区内工程地质不稳定的主要因素。活动半活动性沙丘易对公路路基形成侵袭和沙埋现象，潮湿路段地基质软、易冻胀或沉陷等。针对这些可能病害，在路线的稚设及纵断面设计中，力争使线位处于迎风坡面上，采取宁填勿挖或尽可能少挖的方法通过。对处于活动沙丘区的路基采取了“三带”(平整带、防护带、保护带)防护，路堤和路堑的边坡坡率放缓至1：2～1：8，并采取了包边土、层铺柴草、网格沙障、挡沙墙等措施进行防护；潮湿路段采用换填、护脚墙、抬高路基等措施进行治理与防护。(5)水文地质特征及评价地下水的形成主要受地形地貌、地层岩性、地理环境和水文气象等综合因素的控制。区内地下水的形成主要来源于大气降水的入渗补给，其次为沙漠凝结水。由于本区的地貌为波状起伏的沙丘，沙梁和湖盆滩地，地形较平坦，低洼，有利于降水的汇集，而地表岩性又为松散的粉细砂，透水性良好，且有一定的厚度，有利于降水入渗和储存。沙漠凝结水也是地下水补给的又一来源，每平方公里凝结水量为127．94m3／[q，凝结水的生成主要在夏季三个月。另外，尚有水库、水渠水渗漏，灌溉回归水均有一定的补给作用。总之，区内补给条件和储水条件较好，对地下水的形成较为有利，地下水比较丰富。(6)当地气温、降雨、日照、蒸发量、主导风向及冻深等路线所经区域属于中湿带大陆性气候，半干旱地区。冬夏问的风向改变极有规律，风期长、风力大，风向以西北风为主，5m／s以上的风速每年达230～370次，风沙日每年达60～90天。降雨量少而集中，蒸发量大，年降水量400mm左右，其中约75％集中在7，8，9月份，年2000mm左右的蒸发量是降水量的5倍。年平均气温8。C，温度变化强烈，年温差一般在30"C左右，极端最高气温409C，极端最低气温一32．7℃。年日照2700d、时，无霜期150～180天，最大冻深150cm。n5．2陕蒙沙漠公路K17+900～K18+050试验段现场试验及测试结果5．2．1试验概况(1)该试验段桩号为K17+900～K18+050，纵断面如图5—1所示，填方高5．43～9．75m，k17+960处为】一8．Om的箱涵。地表下2．Om为有机质细沙，地基承载力为60kPa，侧壁摩阻力为OkPa。该处地形起伏较大，沙丘多为固定半固定，植被良好。路基边坡坡比为1：2，边坡防护采用粘土包边加植物防护。(2)地基处理方法：清除地基表面以下2．0m有杌质细沙，手摆片石(≥80cm)至箱涵基底设计标高，图5—2给出了地基处理方案。(3)试验测试内容：路基分层及路基顶面压实度、地基沉降及路基顶面沉降。图5—3给出了试验段现场照片。{一一一一一一==二=、—～～一一{；设计高程：；lf地面商程，j；IiIvi兰一里程桩号口ij：bl图5—1K17+900～K18+050试验段路基纵断面图单位：m路基中线图5-2K17+900～K18+050试验段处理方案单位：Cmn图5-3K17+900～K18+050试验段现场照片5．2．2路基压实度检测路基填筑之前，首先对试验段填料进行相关的物理性质试验，其中最大干密度采用干振法求得，试验结果如表5-1所示。路基填筑过程中，试验人员检测了路基分层压实度，每层必须对距路基边线50cm的位置进行检测，表5—2给出了分层压实度检测结果。检测结果表明；涵背回填风积沙料料平均压实度为95．6％，要求压实度为95％；一般路基工程风积沙料平均压实度为94．5％，要求压实度为93％；距路基边线50cm处风积沙料的压实度均大于设计要求。表5-1K17+900～K18+050试验段路基填料物理性质颗粒级配(ram)取样位置视比重最大干密度2．0．5O．5-O．250．25．0．074
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