風積沙在下沙公路翻漿路基改擴建工程中的應用

【摘要】以兵團北疆墾區下沙公路改擴建工程為依托，開展風積沙用于翻漿路基改擴建工程及其處治技術研究。通過對老路沿線翻漿路段調查、原因分析、開展風積沙的主要物理化學性質及工程特性試驗，完成試驗路段鋪筑并總結施工工藝，對處治后的實際效果進行了檢驗，結果表明：風積沙在處治北疆翻漿路基的改擴建工程中應用效果良好，能產生良好的工程、經濟效益。

【關鍵詞】改擴建工程；風積沙；翻漿路基；應用

0 引言

下沙公路位于新疆兵團農八師下野地墾區，地處古爾班通古特沙漠南緣。由于公路老路設計等級低、水文地質條件差，不少路段出現翻漿病害。為根治病害、改善下野地墾區交通狀況，兵團交通局申請國家專項資金對下沙公路進行全面升級改造。筆者就風積沙在下沙公路翻漿路基改擴建工程中的應用展開研究。

1 下沙公路老路翻漿病害調查及翻漿原因分析

1.1 老路翻漿病害調查

下沙公路改擴建工程第一合同段全長15 Km，除了K0+000～K2+300為新建路段外，其它路段均為老路改造利用。通過對原有老路翻漿病害全面實地調查，部分路段翻漿病害嚴重，重度翻漿段落共計9段，涉及老路基長度2.1km。

1.2 老路翻漿原因分析

根據翻漿形成機理，土質、水、溫度、路面結構等是影響路基翻漿的主要因素。

（1）土質對翻漿的影響

根據下沙公路老路物理化學性能試驗結果，下沙公路老路翻漿段老路路堤填料及地基土土質以低液限粘土和低液限粉土為主。其中，老路路堤填料的低液限粘土天然含水量W在10.2～17.8%之間，塑限WP在18.6～19.7%之間。低液限粉土天然含水量W在7.3～10.4%之間，塑限WP在16.8～18.0%之間。根據公路工程抗凍設計與施工技術指南[1]季凍土的凍脹性分類中有關土料含水量的規定，在路基正常干燥條件下老路路堤填料不具備凍脹性。

根據試驗分析，下沙公路老路地基與路基土易溶鹽含量范圍為0.41～1.74%，主要為亞硫酸鹽漬土和弱亞氯鹽漬土。老路地基與路基土中Na2SO4含量均小于0.5%，判定為非鹽脹性土。

綜合分析以上試驗結果，在路基保持正常干燥的條件下，下沙公路老路發生鹽脹、凍脹的可能性很小。

（2）水分對翻漿的影響

根據下沙公路老路沿線排水系統調查統計，k4+000～k6+000、k8+000～k9+000等段落排水系統不太完善，老路沿線大多為耕地和林帶，灌溉渠系水網密布，在秋冬灌溉期及春季冰雪融化期極易造成路基兩側積水現象。下沙公路老路地基與路基土均為低液限粘土和低液限粉土，粉粘粒含量較高，在路基排水不暢、春季融雪反復凍融等特定情況下，低液限粘土和低液限粉土在路基中的毛細水上升較高，在負溫作用下水分極易遷移聚集，從而導致路基產生凍脹及翻漿病害。

（3）溫度對翻漿的影響

凍結深度是形成翻漿的重要條件，氣溫越低、負溫時間越長凍結深度越大。初冬時氣溫較高或冷暖交替，溫度在0-5度之間時間較長，大量水分會聚流到距離路面很近的地方，易產生嚴重的翻漿。此外，春季氣溫變化特點及化凍速度對翻漿也有很大影響，如春季化凍時天氣驟暖，路基急速融化將加快翻漿速度。下沙公路地處歐亞大陸腹地，屬于中溫帶大陸性沙漠干旱氣候，全年四季分明，溫差較大，多年平均氣溫6.2℃，極端最高氣溫43.1℃（七月份），極端最低氣溫-42.1℃，負溫時間長達5-6個月，這使得路基中的水分有足夠的溫度應力向路基頂部移動，進而產生累積凍脹，使路基翻漿病害更加嚴重。

（4）路面結構

路面結構層的的覆蓋重量以及其材料粘結力大于路基凍脹力時就不可能發生凍脹破壞。下沙公路老路為瀝青路面，油面寬度6～7m，瀝青面層厚度2.5～3.0cm，油面下部為厚度0.3～0.4m的級配良好礫基層，路面產生的覆蓋重量較小，一旦發生路基凍脹則不能抵抗凍脹力的破壞，使路面產生裂縫、翻漿等。

（5）行車荷載

翻漿是通過行車荷載作用后形成和暴露的，當其他條件相同時，在翻漿季節交通量愈大、車輛越重則翻漿就會越多、越嚴重。下沙公路老路是10年前設計施工的三級路，目前交通量是原來的3至5倍，車輛超載現象也較以前更為嚴重，這更加劇了翻漿病害的發生。

2 下沙公路風積沙的工程特性

2.1 物理化學特性分析

經過試驗室試驗，結果如下：

（1）風積沙機械組成均較細，沙粒均勻，級配較差。顆粒分布大部分集中在0.25-0.074mm之間，約占總量的94-98%之間。

（2）風積沙顆粒小于0.074mm占總量的0.85-4.06%之間，根據規程[2]規定，巖性定為級配不良砂，分類代號為SP。

（3）風積沙易溶鹽含量小于0.3%，屬非鹽漬土； PH值在8.04-9.76之間，均大于7，呈堿性。

2.2 力學特性分析

（1）風積沙的擊實特性

1）擊實試驗分析

由于風積沙的壓實度與含水量關系密切，根據規程[2]規定的試驗方法，對下沙公路風積沙料場代表性試樣采用重型擊實試驗來分析含水量對壓實度的影響。試驗結果見表1。擊實曲線詳見圖1所示。

由試驗結果分析可知：

①沙樣最佳含水量為13.07%，最大干密度為1.640 g/cm3。

②沙樣擊實曲線與一般的粘土、粉土的擊實曲線完全不同，出現了兩個峰值。一個是在干燥狀態（含水量接近0處），另一個是在最佳含水量處。這說明下沙公路風積沙具有干壓實和濕壓實兩大特性。

（2）風積沙的強度特性

1）承載比（CBR）試驗分析

按照規程[2]規定浸水96小時的CBR標準試驗方法對下沙公路4個代表性沙樣進行CBR值測量， CBR值在8.9-9.6%之間，符合規范[3]二級公路路基填料最小強度要求。同時，隨著沙樣干密度的增高， CBR值也相應增大。

2）回彈模量試驗分析

為了取得較為實用的風積沙回彈模量值，針對下沙公路代表性沙樣進行了不同壓實度條件下的回彈模量室內試驗。試驗結果見表2

分析上述試驗結果可以得出：

（1）不同壓實度的沙樣回彈模量變化范圍為48.21-76.88 Mpa之間，均大于設計規范規定的30（40）MP土基回彈模量值，說明下沙公路風積沙符合規范回彈模量值的要求。

（2）風積沙回彈模量隨著壓實度的增加而顯著提高，壓實度從90%左右分級增加到接近100%時回彈模量提高約60%，說明風積沙隨著壓實功能的增加其承載能力顯著提高。

3 風積沙處治下沙公路改擴建翻漿路基的工藝技術

由于下沙公路風積沙性能良好，決定采用風積沙進行翻漿路基換填處理。處理方案為先將老路翻漿段下挖60cm，進行基底碾壓后再分層填筑60cm厚風積沙，最后鋪筑上部路面結構。由于本工程附近水源豐富，風積沙施工采用分層濕壓實工藝，具體實施措施如下：

（1）測量放線、翻漿段挖除，然后采用鏟車分層推筑風積沙。

（2）用鏟車進行初平碾壓1-2遍，整個路型符合設計要求后，沿路線縱向和橫向在路沿及路中用人工將風積沙堆成棱埂，具體尺寸為5m×6m方格，棱埂高度10-15cm。待方格完成后即泡水，泡水時第一次泡滿，靜置2-4小時后下挖30cm檢查洇水情況，以防止水分過大浸泡路基基礎。

（3）在靜置后的風積沙上用平地機精平碾壓1-2遍，然后用YZ18T振動壓路機靜壓一遍，再采用高頻、低幅振動碾壓3-4遍。碾壓時輪輻重疊不得小于1/3輪輻，碾壓速度為3-4Km/h。達到設計要求的壓實度后采用壓路機靜壓收光1-2遍。

4 試驗段鋪筑效果

施工單位在K4+800～K5+000翻漿路段進行了風積沙試驗段施工。經對完工路基回彈模量和彎沉值現場檢測，合格率均達到100%。試驗段瀝青面層施工完畢后，分別在當年10月份及第二年8月份進行了兩次檢測，內容包括平整度、路表彎沉值等，兩次檢測結果均滿足標準[4]要求。

5 結 語

下沙公路改擴建工程于2011 年完工通車， 經過三年多運行，目前公路狀況良好，未見翻漿等病害，證明風積沙是治理公路翻漿病害的良好筑路材料。

參考文獻：

[1]吉林省交通廳. 公路工程抗凍設計與施工技術指南 [S]. 北京大學出版社，2006.

[2]JTJ E40-2007. 公路土工試驗規程[S]. 北京：人民交通出版社，2007.

[3]JTG F10-2006. 公路路基施工技術規范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[4]JTG F80/1-2004. 公路工程質量檢驗評定標準[S]. 北京：人民交通出版社，2004.