沙漠公路風積沙干壓實工藝控制與分析

1 前言

如果需要在沙漠上修建公路，風積沙是最好的路基材料選擇。風積沙指的是在沙漠中通過大風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；通過使用風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。但是在進行風積沙壓實工作中還存在著一些缺失，需要人們合理控制風積沙工藝，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，同時還可以合理控制干壓實工藝進行，提高沙漠公路路基質(zhì)量。

2 風積沙概述

2.1 風積沙概念

風積沙指的是在沙漠中經(jīng)過大風吹刮從而造成沉淀的沙層，從而被稱為風積沙。這種風積沙一般在沙漠和戈壁中才會出現(xiàn)，而且具有大量的風積沙積淀。在沙漠中修建公路時，常常采用風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，實現(xiàn)了當?shù)刭Y源的有效利用，節(jié)省材料成本，降低運輸成本，具有非常好的使用效果；另一方面，沙漠中的風積沙非常多，取之不盡用之不竭，作為沙漠公路的路基建造再合適不過。但是風積沙這種材料的結(jié)構(gòu)比較疏松，容易出現(xiàn)液化的問題，造成沙漠公路路基質(zhì)量不達標；再加上雨水沖擊等問題，會對沙漠公路造成非常大的影響，所以需要通過控制壓實工藝，保證沙漠公路的施工質(zhì)量[1]。

2.2 風積沙特征

風積沙具有粒徑細小的特點，根據(jù)相關(guān)研究表明，風積沙的粒徑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，風積沙還具有不可塑性。風積沙比較松散，不容易匯聚，也很難粘合，在沙漠公路路基的施工中會帶來非常大的困難。風積沙不具有吸水的特點，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)這個特點我們可以看到風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，風積沙還具有壓縮快、沉降量小的特點，因此在沙漠公路路基施工時應(yīng)該合理選擇松鋪系數(shù)，一般選擇1.02 即可。風積沙壓實工藝對其最大干密度具有非常大的影響，經(jīng)過壓實處理后，其最大干密度最高可以達到自然情況下的1.4倍。

3 風積沙壓實原理研究

風積沙壓實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，進而使顆粒之間能夠向一起收縮，進而提高風積沙的材料密度。這種外力可以通過碾壓施工或者沖壓施工實現(xiàn)對風積沙的壓實工作。因為風積沙不存在粘聚力，因此只需要在壓實過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施工的壓力。靜力壓路機是壓實機械的一種工具，主要是通過壓路機的剪應(yīng)力的加壓，使風積沙產(chǎn)生變形、沙粒之間互相靠近，從而完成壓實工作。而震動壓實機主要是通過往返運動所產(chǎn)生的沖擊力減少顆粒之間的摩擦力，進而通過其之間的重新排列達到壓實的目的。

4 風積沙干壓實工藝介紹

在沙漠公路路基施工過程中，主要通過對風積沙的壓實工作提高風積沙的密度，從而有效提高路基質(zhì)量。其中干法壓實工藝在風積沙壓實施工中具有非常有效的應(yīng)用。干壓實工藝主要是通過推土機和震動壓路機的共同作用下，對一些在雨水之后的風積沙進行壓實施工。首先，在干壓實施工前應(yīng)該對地表存在的所有雜物進行徹底清理，然后需要通過推土機將風積沙運送到相關(guān)公路的施工路段，再通過推土機將風積沙進行推平，運用相關(guān)的機械設(shè)備與推土機相互配合，能夠?qū)L積沙進行推平。在推平過程中，應(yīng)該控制其風積沙的厚度，一般要求推平后的風積沙厚度控制在30cm 之內(nèi)，從而達到路基要求的標準。在風積沙推平后，通過推土機進行壓實工作，從路基的兩邊向內(nèi)部進行碾壓。在施工過程中，為了更好地進行施工工作，需要在碾壓過程中進行一定的重疊，要求重疊的部分大于等于一個輪子寬度的一半，這樣才能更好地保證每個部分都被壓實。與此同時，為了保證壓實的質(zhì)量，還需要再進行兩遍壓實工作，確保工作的穩(wěn)定進行。除此之外，還應(yīng)該對風積沙公路路基的橫向和縱向都進行碾壓，提高施工質(zhì)量。然后通過震動壓路機進行碾壓，為了更好地進行壓實，需要控制壓路機的碾壓次數(shù)，一般要求碾壓次數(shù)不小于10次，只有通過質(zhì)量檢測后才能繼續(xù)下一道工序。如果檢測不合格，還需要運用震動壓路機繼續(xù)進行碾壓工作，直到合格為止。在震動壓路機的壓實工作中，應(yīng)該進行重疊碾壓，保證工作穩(wěn)定進行。與此同時，控制壓路機的運行速度，一般將壓路機的行車速度控制在4km/h以內(nèi)，如果壓路機的速度過大，會造成壓實質(zhì)量下降。在碾壓時，保證其不能有漏壓的情況，所有的路面均勻壓實，提高壓實質(zhì)量[2]。

5 風積沙干壓實工藝控制分析

5.1 沙漠公路風積沙工程概括

第三師麥蓋提縣-皮山農(nóng)場公路建設(shè)項目，該公路工程處于我國塔克拉瑪干沙漠中，該路段的施工長度為150km，含有沙漠的地方具有130km，為了更好地進行沙漠公路的施工，需要對風積沙干壓實工藝進行一定控制，從而保證沙漠公路路基的質(zhì)量達到標準。

5.2 風積沙情況分析

根據(jù)研究表明，該地區(qū)的風積沙粒徑大小在0.4～0.072mm 之間，能夠占到總的風積沙數(shù)量的96%。當?shù)氐娘L積沙不具備粘性，密度搭載在2.7g/cm3，此工程施工地段的風積沙分布面積比較廣闊，不需要為材料的運輸所苦惱。但是風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?shù)毓肥┕r，受降雨量的影響根據(jù)風積沙的性質(zhì)降雨量對其干密度具有一定的影響，當降雨量大時，其干密度會下降，然后達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、壓實程度、風積沙的厚度等多種因素有關(guān)。風積沙的共振頻率與壓實度成正比，與含水量成正比，但是當含水量達到13%后會稍微有一些下降。震動頻率與風積沙的厚度成反比，厚度越高，震動頻率越小。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，動載越大就會具有更好的壓實效果，因此需要在震動壓路機的使用中加大加載，提高壓實工作的質(zhì)量[3]。

5.3 壓實機的選取

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

5.4 干壓實工藝的控制策略

為了達到更好的壓實效果，需要對干壓實工藝進行控制和優(yōu)化，這樣才能不斷提高沙漠公路路基的施工質(zhì)量。震動壓路機與風積沙自身的震動頻率相近時，能夠有效降低風積沙顆粒之間的摩擦力，為壓實工作帶來更好的壓實效果[5]。因此，為了更好地降低顆粒之間的摩擦力，可以將壓路機的震動頻率控制在37Hz 左右，這樣就能夠提高風積沙壓實工作的有效性。為了進一步加強控制效果，還應(yīng)該對壓路機的運行速度進行控制，使壓路機的速度保持在3km/h，有效降低壓路機運行的速度，提高壓實效果。同時，還需要控制壓路機的壓實次數(shù)，一般壓實的次數(shù)在5遍左右就可以很好地完成壓實施工質(zhì)量要求。為了進一步確保施工質(zhì)量的達標，需要在壓實工作完成后檢測其質(zhì)量，只有符合標準后才能結(jié)束壓實工作，否則就要細心分析原因，并重新做好壓實工作的計劃和壓實工作，直到達標為止[6]。

6 結(jié)語

綜上所述，風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。但是因為風積沙本身的結(jié)構(gòu)具有一定的弱點，為了更好地提高沙漠公路路基的質(zhì)量，需要合理控制風積沙干壓實工藝，提升施工質(zhì)量。本文在對風積沙干壓實工藝進行控制時，首先了解了工程的情況，然后對當?shù)仫L積沙情況進行了分析，并通過選取壓實機，提出一系列的控制措施，最后對壓實效果進行評判和分析，旨在不斷優(yōu)化風積沙干壓實工藝的控制，提升沙漠公路施工質(zhì)量。