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风积沙路基回弹模量调查-内陆省区成果

时间:2023-08-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:由此可见对其他内陆省区风积沙路基回弹模量研究的意义。

风积沙路基回弹模量调查-内陆省区成果

虽然新疆沙漠面积占全国沙漠面积可达60%左右,且新疆境内的风积沙在风积沙路基回弹模量研究方面具有典型意义,但在研究风积沙路基回弹模量时,如果研究区域仅限于新疆境内,那也是不全面的。首先,除了新疆外还有40%的沙漠面积分布在新疆以外的省区,这是一个不小的数目,是不可忽略的。其次,其他内陆省区的沙漠其自然条件,包括地质地貌、气候水文、土壤植被等,与新疆境内的沙漠有着很大的不同,如新疆境内的沙漠分布区均为干旱或极干旱区,而其他内陆省区的沙漠分布区则除了干旱或极干旱区外,还有半干旱区、半湿润区;这种不同使得在新疆境内研究的成果是否能用于内地省区的沙漠中,这本身是需要研究的。有鉴于此,在进行全国沙漠地区风积沙路基回弹模量研究时,不能仅限于新疆,只有将研究区域扩大,扩大到除了新疆境内的沙漠外,对其他内陆省区的一些主要沙漠也给予一定程度的研究,并将这两者结合,才有可能较为全面地把握我国沙漠地区风积沙路基回弹模量参数。由此可见对其他内陆省区风积沙路基回弹模量研究的意义。

3.1.3.1 其他内陆省区风积沙路基简介

与新疆境内的沙漠相比,其他内陆省区沙漠分布的一个显著特点是:除巴丹吉林沙漠外,在广大区域内呈斑点状分布的沙漠面积不大,沙丘也不高大,沙丘丘间平地或尘洼地中有较多的植被,沙区内人类活动频繁,并已建有各种等级的公路,只是这些公路连续穿越沙丘地的里程(也就是路基为风积沙者)都不长。简述如下:

(1)青海省西北冷湖至南八仙省道在柴达木盆地中穿越有风积沙分布的路段。在柴达木盆地的风蚀雅丹的部分沟谷中,有片状风积沙分布,穿越此处的公路也少部分以风积沙为路基,但数量很少。

(2)甘肃敦煌市以南约30km的沙山子处有风积沙分布,G215线穿越此处的部分路段有以风积沙为路基的,但数量很少。

(3)甘肃省金昌市以北省道212线K0~K50一段穿越从巴丹吉林沙漠延伸出来的沿山分布的风积沙分布区,穿越此处的沥青路少部分以风积沙为路基。

(4)内蒙古境内从额济纳旗至阿拉善左旗的公路(沥青路)部分路段穿越巴丹吉林沙漠外围零星分布的沙地,穿越此处的公路有少部分是以风积沙为路基,但数量并不多。

(5)内蒙古境内从阿拉善右旗至阿拉善左旗的公路(沥青路)部分路段穿越巴丹吉林沙漠外围零星分布的沙地,穿越此处的公路有少部分是以风积沙为路基,但数量并不多。

(6)内蒙古境内阿拉善左旗东南约30km的一条通向月亮湖旅游区公路(沥青路)大部分路段穿越腾里沙漠北部流动沙丘分布区,穿越此处的公路基本上是以风积沙为路基。

(7)宁夏境内中卫沙坡头一带,与铁路并行的公路(沥青路)有部分路段穿越腾格里沙漠,穿越活动沙丘分布区的公路少部分以风积沙为路基。

(8)宁夏境内中宁以西至查干诺尔盐厂的公路,有部分路段穿越腾格里沙漠,穿越活动沙丘分布区的公路少部分以风积沙为路基。

(9)陕西榆林境内G210榆林过境线沙漠二级公路,有部分路段穿越毛乌素沙漠沙丘分布区,并以风积沙为路基。

(10)陕西榆林境内榆林至靖边沙漠高速公路,有部分路段穿越毛乌素沙漠沙丘分布区,并以风积沙为路基。

(11)陕西榆林境内榆林至神木沙漠二级公路,有部分路段穿越毛乌素沙漠沙丘分布区,并以风积沙为路基。

(12)陕西榆林境内榆林至陕蒙界沙漠高速公路,有部分路段穿越毛乌素沙漠沙丘分布区,并以风积沙为路基。

(13)内蒙古境内G109线东胜市至杭锦旗公路,有部分路段穿越毛乌素沙漠沙丘分布区,并以风积沙为路基。

(14)内蒙古境内G207线K82~K240(从灰腾梁至桑根达莱)公路(沥青路),这一段公路从北向南穿越浑善达克沙地,大部分路段以风积沙为路基。

(15)内蒙古境内G305线的部分路段穿越科尔沁沙地西缘,这段公路的部分路段以风积沙为路基。

(16)内蒙古境内G304线的部分路段穿越科尔沁沙地,这段公路的部分路段以风积沙为路基。

(17)内蒙古境内省道303线从甘旗卡至库伦旗公路穿越科尔沁沙地,这段公路的部分路段以风积沙为路基。

除上述之外,其他内陆省区还有多条公路,包括国道、省道及县乡道,在局部路段穿越不大的沙丘分布区;尤其是县乡路,其数量很多。

3.1.3.2 测试路段1——敦煌市南沙山子处

按照计划安排,去其他内陆省区进行风积沙路基回弹模量野外测定工作第一站的目标是青海省境内柴达木盆地中的风积沙路基。但到野外现场后,发现工作很困难:一是这一带无居民点,住宿很困难;二是只能在甘肃敦煌租到试验用标准车,而敦煌距试验点的距离有200多千米。有鉴于此,考虑到敦煌市以南约30km的沙山子处也有大片流动的风积沙分布,其粒度组成等与柴达木盆地中风积沙的粒度组成相近,故最终将试验点选在敦煌市南沙山子处。

甘肃敦煌市以南约30km的沙山子处有风积沙分布,风积沙在山之北坡分布,宽约20km,风积沙沿山走向延伸,一直延伸至鸣沙山一带。G215线穿越此处时有部分路段以风积沙为路基,如G215线K189处等。虽有风积沙路基,却无法在其上做试验。原因一是在沥青路上做试验对公路破坏很大,二是这条路上交通量较大,在沥青路上做试验将会阻断交通,影响面也较大。在此情况下,为了能完成风积沙路基的回弹模量测定,采取的方法是:

(1)在试验车能到达处,选取有风积沙分布处,试验点处的风积沙厚度应保证在60cm以上,在试验点处先挖一个2m×1m左右、深40cm的沙坑;若试验点处无风积沙,却可在试验点附近取到风积沙,则在试验点处先挖一个2m×1m左右、深60cm的沙坑,挖好后在沙坑中先填风积沙,所填风积沙厚度为23cm左右,以保证振动压实完成后风积沙面层的高度为深度40cm左右。

(2)先用脚踩,再用铁锹将坑中的风积沙初步整平。再用水平尺反复刮压,以使风积沙表面保持水平。

(3)把橡胶板放在整平的风积沙表面上,使其能完全覆盖风积沙表面。然后再用振动夯人工振动压实风积沙,一般振动压实遍数为30遍,以保证风积沙能被充分压实。

(4)下层风积沙压实好后,再将上述方法填装风积沙、整平、碾压等,循环往复,直到振动压实好的风积沙表层与原地面基本齐平。

在该测点区,该项目研究以上述方法临时性人工成型风积沙路基,并在此上进行风积沙路基回弹模量测定试验(图3-16~图3-21)。试验日期为2004年9月11—12日,测点共计8个。同时进行的粒度组成试验结果见表3-19及图3-22,重型击实试验结果见表3-20及图3-23,承载板试验结果见表3-21。

图3-16 敦煌市南沙山子处风沙地貌

图3-17 敦煌市南沙山子处人工成型风积沙路基挖试坑

图3-18 敦煌市南沙山子处人工成型风积沙路基筑沙整平

图3-19 敦煌南沙山子处人工振动压实风积沙

图3-20 敦煌市南沙山子处进行承载板试验

图3-21 浸水+环刀法测定风积沙路基密度

表3-19 敦煌市南沙山子处测点区域风积沙的粒度组成

注:敦1取位位置为G215线K192+050路中心线右约20m,路基外沙丘处;敦2取位位置为G215线K189+850路中心线右约10m,路基外沙丘处;敦3取位位置为G215线K189+750路中心线右约8m,路基外沙丘处;敦4取位位置为G215线K194+650路中心线左约10m,路基外沙丘处。

从粒度分析及击实试验结果可知,测点区的风积沙为极细砂,风积沙的粉黏粒含量不高;风积沙具有干压实特性,击实试验曲线为下凹形,即在含水量极低及饱和时击实取得干密度最大值,并且是含水量极低时的击实干密度大;在含水量极低(接近于零)时,重型击实所得的最大干密度也就是标准干密度,敦1为1.669g/cm3,敦2为1.711g/cm3,敦3为1.714g/cm3,敦4为1.693g/cm3

图3-22 敦煌市南沙山子处测点区域风积沙的粒度组成曲线图

表3-20 敦煌市南沙山子处测点区域风积沙重型击实试验成果表

图3-23 敦煌市南沙山子处测点区域风积沙重型击实曲线图

表3-21 敦煌市南沙山子处测点区域风积沙承载板试验结果

从承载板试验结果可看出:

(1)试验结果没有表现出随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大的规律,而是恰好相反,随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei却随之减少,或基本上不变。这样的试验结果表明用振动夯人工振动压实的风积沙路基密实度虽较高,却不是整体上都很密实的。

(2)从试验结果来看,由于测点区风积沙回弹模量不高,若在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形仍为0.5mm左右的话,其最大压力一般多在0.2~0.3MPa,明显有些低。为此,按照《公路沥青路面设计规范》中的有关原则(见条文说明6.1.5中有关内容),在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形为1mm,对应的最大压力多在0.3~0.5MPa,是比较合适的。

(3)从表3-21中可以感觉到风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因试验数据较少及密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差等,再加上含水量不同的影响,故而很难用数理统计的方法来表示。

(4)将表3-21中的数据运用到式(3-1)中,在进行计算前,先按3倍标准差舍弃不合理数据,计算结果发现表3-21中无不合理数据,利用这些数据可知S=3.1MPa,=103.0MPa,则计算结果为

高速公路、一级公路Eos=96.7MPa

二、三级公路Eos=97.8MPa

四级公路Eos=98.3MPa

该测点区试验结果表明,在敦煌一带沙丘分布区的风积沙,振动压实后的回弹模量设计值可达97.8MPa(二、三级公路),比规范建议值(60~70MPa)明显得大。

3.1.3.3 测试路段2——甘肃省S212线K21~K27段

去其他内陆省区进行风积沙路基回弹模量野外测定工作的第二站,是测定巴丹吉林沙漠风积沙的路基回弹模量。但在巴丹吉林沙漠中至今未有公路穿越其间,因此这项工作只能在巴丹吉林沙漠的外围进行。在巴丹吉林沙漠的外围选定的测点区在内蒙古自治区雅布赖盐厂以南20多km的沙山上,与巴丹吉林沙漠相连的风积沙在此山的北坡上分布。甘肃省省道S212线有部分路段穿越此风积沙分布区,并以风积沙为路基,如S212线K22处等。虽有风积沙路基,却无法在其上做试验。原因一是在沥青路上做试验对公路破坏很大,二是这条路上交通量较大,在沥青路上做试验将会阻断交通,影响面也较大。在此情况下,采取的方法与在敦煌时一样,人工用振动夯振动压实风积沙,然后再在风积沙上进行回弹模量测定试验(图3-24~图3-26)。试验日期为2004年9月16—17日,测点共计8个。同时进行的粒度组成试验结果见表3-22及图3-27,重型击实试验结果见表3-23及图3-28,承载板试验结果见表3-24。

图3-24 雅布赖盐厂南部沙山风沙地貌

图3-25 雅布赖盐厂南部沙山人工振动压实风积沙

图3-26 雅布赖盐厂南部沙山进行承载板试验

表3-22 甘肃省S212线K21~K27段测点区域风积沙的粒度组成

注:雅1取位位置为甘肃省S212线K21+100路中线右约100m采石场大坑中;雅2取位位置为甘肃省S212线K24+080路中线右约70m九棵树旅游区内一沙丘旁;雅3取位位置为甘肃省S212线K21+050路中线右约100m采石场大坑中;雅4取位位置为甘肃省S212线K26+850路中线右约8m路堑边的沙丘边。

图3-27 甘肃省S212线K21~K27段测点区域风积沙的粒度组成曲线图

表3-23 甘肃省S212线K21~K27段测点区域风积沙重型击实试验成果表

图3-28 甘肃省S212线K21~K27段测点区域风积沙重型击实曲线图

表3-24 甘肃省S212线K21~K27段测点区域风积沙承载板试验结果

从粒度分析及击实试验结果可知,测点区的风积沙为细砂,风积沙的粉黏粒含量很低;所有的风积沙均具有干压实特性,击实试验曲线为下凹形,即在含水量极低及饱和时击实取得干密度最大值,并且是含水量极低时的击实干密度大;在含水量极低(接近于零)时,重型击实所得的最大干密度也就是标准干密度,雅1为1.742g/cm3,雅2为1.749g/cm3,雅3为1.739g/cm3,雅4为1.740g/cm3

从承载板试验结果可看出:

(1)试验结果没有表现出随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大的规律,而是恰好相反,随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei却随之减少,或基本不变。这样的试验结果表明用振动夯人工振动压实的风积沙路基密实度虽较高,却不是整体上都很密实的。

(2)从试验结果来看,由于测点区风积沙回弹模量不高,若在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形仍为0.5mm左右的话,其最大压力一般多在0.2~0.3MPa,明显有些低。为此,按照《公路沥青路面设计规范》中的有关原则(见条文说明6.1.5中有关内容),在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形为1mm,对应的最大压力多在0.3~0.5MPa,是比较合适的。

(3)从表3-24中可以感觉到风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因试验数据较少及密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差等,再加上含水量不同的影响,故而很难用数理统计的方法来表示。

(4)将表3-24中的数据运用到式(3-1)中,在进行计算前,先按3倍标准差舍弃不合理数据,计算结果发现表3-24中无不合理数据,利用这些数据可知S=7.5MPa,=113.8MPa,则计算结果为

高速公路、一级公路Eos=98.8MPa

二、三级公路Eos=101.4MPa

四级公路Eos=102.6MPa

该测点区试验结果表明,在巴丹吉林沙漠的风积沙,在振动压实后,其回弹模量设计值可达98.8MPa(二、三级公路),比规范建议值(60~70MPa)明显得大。

3.1.3.4 测试路段3——阿拉善左旗至月亮湖旅游公路

去其他内陆省区进行风积沙路基回弹模量野外测定工作的第三站,是测定腾格里沙漠风积沙的路基回弹模量。测点区选在阿拉善左旗至月亮湖的旅游公路上,在这条路距终点10km左右。测点区为腾格里沙漠北部腹地,为流动性的新月形沙丘及沙丘链分布区,沙丘高度多在3~10m;除了流动沙丘外,丘间洼地所占面积也较大,在50%左右,丘间洼地生长着较多的植被或为盐渍湖。阿拉善左旗至月亮湖的旅游公路在穿越流动性新月形沙丘及沙丘链分布区时是以风积沙为路基。虽有风积沙路基,却无法在其上做试验。原因一是在沥青路上做试验对公路破坏很大,二是这条路上交通量较大,在沥青路上做试验将会阻断交通,影响面也较大。在此情况下,采取的方法与在敦煌时一样,人工用振动夯振动压实风积沙,然后再在风积沙上进行回弹模量测定试验(图3-29~图3-31)。试验日期为2004年9月19—20日,测点共计8个。同时进行的粒度组成试验结果见表3-25及图3-32,重型击实试验结果见表3-26及图3-33,承载板试验结果见表3-27。

图3-29 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路风沙地貌

图3-30 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路人工振动压实风积沙

图3-31 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路进行承载板试验

表3-25 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路测点区域风积沙的粒度组成

注:月1取位位置为阿拉善左旗至月亮湖公路,距中转站11.8km,路左侧停车带外侧;月2取位位置为阿拉善左旗至月亮湖公路,距中转站约9km,路左侧停车带外侧;月3取位位置为阿拉善左旗至月亮湖公路,距中转站11.5km,路左侧停车带外侧;月4取位位置为阿拉善左旗至月亮湖公路,距中转站约8.8km,路右侧停车带外侧。

图3-32 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路测点区域风积沙的粒度组成曲线图

表3-26 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路测点区域风积沙重型击实试验成果表

(续表)

图3-33 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路测点区域风积沙重型击实曲线图

表3-27 阿拉善左旗至月亮湖旅游公路测点区域风积沙承载板试验结果

从粒度分析及击实试验结果可知,测点区的风积沙为细砂,风积沙的粉黏粒含量很低;所有的风积沙均具有干压实特性,击实试验曲线为下凹形,即在含水量极低及饱和时击实取得干密度最大值,并且是含水量极低时的击实干密度大;在含水量极低(接近于零)时,重型击实所得的最大干密度也就是标准干密度,月1为1.711g/cm3,月2为1.703g/cm3,月3为1.714g/cm3,月4为1.723g/cm3

从承载板试验结果可看出:(www.xing528.com)

(1)试验结果没有表现出随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大的规律,而是恰好相反,随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei却随之减少,或基本不变。这样的试验结果表明用振动夯人工振动压实的风积沙路基密实度虽较高,却不是整体上都很密实。

(2)从试验结果来看,由于测点区风积沙回弹模量不高,若在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形仍为0.5mm左右的话,其最大压力一般多在0.2~0.3MPa,明显有些低。为此,按照《公路沥青路面设计规范》中的有关原则(见条文说明6.1.5中有关内容),在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形为1mm,对应的最大压力多在0.3~0.5MPa,是比较合适的。

(3)从表3-27中可以感觉到风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因试验数据较少及密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差等,再加上含水量不同的影响,故而很难用数理统计的方法来表示。

(4)将表3-27中的数据运用到式(3-1)中,在进行计算前,先按3倍标准差舍弃不合理数据,计算结果发现表3-27中无不合理数据,利用这些数据可知S=6.4MPa,=106.7MPa,则计算结果为

高速公路、一级公路Eos=93.9MPa

二、三级公路Eos=96.1MPa

四级公路Eos=97.1MPa

该测点区试验结果表明,腾格里沙漠的风积沙在振动压实后,其回弹模量设计值可达96.1MPa(二、三级公路),比规范建议值(60~70MPa)明显要大。

3.1.3.5 测试路段4——乌兰布和沙漠北部沙区

去其他内陆省区进行风积沙路基回弹模量野外测定工作的第四站,是测定乌兰布和沙漠风积沙的路基回弹模量。之所以这样选择,是因为陕西省公路局、西安公路研究所、陕西省榆林公路总段、长安大学等单位在陕北及内蒙古河套地区以南的毛乌素沙地中已在风积沙路基回弹模量研究方面进行了大量工作,故而避之,以避免研究工作的重复,所以选乌兰布和沙漠。但到了现场后,发现至今未有公路穿越乌兰布和沙漠的流动沙丘分布区,在沙漠外围的道路也为一些县乡土道。在沙漠外围选定的测点区在内蒙古磴口县以南约20km,为乌兰布和沙漠外围的固定、半固定沙丘分布区,沙丘高度在0~3m,沙丘基本上固定,在沙丘及丘间地间植被生长茂盛,覆盖度很高(图3-34)。在此的乡道并不是以风积沙为路基,在此情况下,采取与在敦煌时一样的方法,人工用振动夯振动压实风积沙,然后再在风积沙上进行回弹模量测定试验(图3-34~图3-36)。试验日期为2004年9月23—24日,测点共计8个。同时进行的粒度组成试验结果见表3-28及图3-37,重型击实试验结果见表3-29及图3-38,承载板试验结果见表3-30。

图3-34 乌兰布和沙漠北部沙区风沙地貌(固定与半固定沙丘)

图3-35 乌兰布和沙漠北部沙区人工振动压实风积沙

图3-36 乌兰布和沙漠北部沙区进行承载板试验

表3-28 乌兰布和沙漠北部沙区测点区域风积沙的粒度组成

注:乌1取位位置为磴口县南约20km粮台乡兴无一村村外的电信塔旁;乌2取位位置为磴口县南约20km粮台乡兴无一村村外的电信塔旁;乌3取位位置为磴口县南约20km粮台乡兴无一村村外的电信塔旁;乌4取位位置为磴口县南约20km粮台乡兴无一村村外的电信塔旁。

图3-37 乌兰布和沙漠北部沙区测点区域风积沙的粒度组成曲线图

表3-29 乌兰布和沙漠北部沙区测点区域风积沙重型击实试验成果表

(续表)

图3-38 乌兰布和沙漠北部沙区测点区域风积沙重型击实曲线图

表3-30 乌兰布和沙漠北部沙区测点区域风积沙承载板试验结果

从粒度分析及击实试验结果可知,测点区的风积沙为细砂,因处在固定、半固定沙丘中,风积沙的粉黏粒含量很高,在20%以上;所有的风积沙均具有干压实特性,但干压实特性不是很明显,表现为击实试验曲线为下凹形,即在含水量极低及饱和时击实取得干密度最大值,并且是含水量极低时的击实干密度大,但大之甚少;在含水量极低(接近于零)时,重型击实所得的最大干密度也就是标准干密度,乌1为1.649g/cm3,乌2为1.638g/cm3,乌3为1.614g/cm3,乌4为1.655g/cm3

从承载板试验结果可看出:

(1)试验结果没有表现出随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大的规律,而是恰好相反,随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei却随之减少,或基本不变。这样的试验结果表明用振动夯人工振动压实的风积沙路基密实度虽较高,却不是整体上都很密实。

(2)从试验结果来看,由于测点区风积沙回弹模量不高,若在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形仍为0.5mm左右的话,其最大压力一般多在0.2~0.3MPa,明显有些低。为此,按照《公路沥青路面设计规范》中的有关原则(见条文说明6.1.5中有关内容),在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形为1mm,对应的最大压力多在0.3~0.5MPa,是比较合适的。

(3)从表3-30中可以感觉到风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因试验数据较少及密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差等,再加上含水量不同的影响,故而很难用数理统计的方法来表示。

(4)将表3-30中的数据运用到式(3-1)中,在进行计算前,先按3倍标准差舍弃不合理数据,计算结果发现表3-30中无不合理数据,利用这些数据可知S=4.9MPa,=78.4MPa,则计算结果为

高速公路、一级公路Eos=68.7MPa

二、三级公路Eos=70.4MPa

四级公路Eos=71.1MPa

该测点区试验结果表明,乌兰布和北部固定、半固定沙丘分布的风积沙,由于风积沙中粉黏粒含量较高,对风积沙强度有明显影响,在振动压实后,其回弹模量设计值可达70.4MPa(二、三级公路),与规范建议值(60~70MPa)相近。

3.1.3.6 测试路段5——G207线K85~K220段

去其他内陆省区进行风积沙路基回弹模量野外测定工作的第五站,是测定浑善达克沙地风积沙的路基回弹模量。测点区选在G207线K85~K220段,该路段从南至北穿越浑善达克沙地。后者主要为固定及半固定的新月形沙丘及沙丘链,沙丘高度多在3~10m,除了沙丘外,丘间洼地所占面积也较大,在50%以上,丘间洼地或生长着较多的植被。G207线K85~K220段在穿越沙丘及沙丘链分布区时是以风积沙为路基。现在运营的G207线K85~K220段为新线,废弃的老路也是沥青路面。废弃的沥青路大部分已被挖掉,但也有少量剩余,且车辆还可以到达。有此有利条件,就在废弃的老路上挖出风积沙路基,然后在其上进行回弹模量测定试验(图3-39~图3-41)。试验日期为2004年10月3—4日,测点共计8个。同时进行的粒度组成试验结果见表3-31及图3-42,重型击实试验结果见表3-32及图3-43,承载板试验结果见表3-33。

图3-39 浑善达克沙地风沙地貌(G207线, 右边为废弃老路)

图3-40 浑善达克沙地废弃公路上挖出风积沙路基

图3-41 浑善达克沙地废弃公路进行承载板试验

表3-31 G207线K85~K220段测点区域风积沙的粒度组成

注:浑1取位位置为G207线K217+850路中心线左约30m,原废弃老路路中央;浑2取位位置为G207线K101+950路中心线左约15m,原废弃老路路中央;浑3取位位置为G207线K90+990路中心线右约15m,原废弃老路路中央。

图3-42 G207线K85~K220段测点区域风积沙的粒度组成曲线图

表3-32 G207线K85~K220段测点区域风积沙重型击实试验成果表

(续表)

图3-43 G207线K85~K220段测点区域风积沙重型击实曲线图

表3-33 G207线K85~K220段测点区域风积沙承载板试验结果

从粒度分析及击实试验结果可知,测点区的风积沙为细砂,风积沙的粉黏粒含量很低;重型击实试验表明,浑1风积沙不具有干压实特性,除浑1外,其他风积沙均具有干压实特性,击实试验曲线为下凹形,即在含水量极低及饱和时击实取得干密度最大值,但两者相差不多;由击实试验所得的最大干密度也就是标准干密度,浑1为1.825g/cm3,浑2为1.698g/cm3,浑3为1.710g/cm3

从承载板试验结果可看出:

(1)老路的风积沙路基在整体压实度很高的情况下,试验结果表现出随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大的规律;大致情况是,承载板上的荷载每增加0.1MPa,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei增加2~15MPa。

(2)从试验结果来看,对风积沙来说,在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形0.5mm左右时,最大压力设定为0.3~0.5MPa是比较合适的。

(3)从表3-33中可以感觉到风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因试验数据较少及密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差等,再加上含水量不同的影响,故而很难用数理统计的方法来表示。

(4)将表3-33中的数据运用到式(3-1)中,在进行计算前,先按3倍标准差舍弃不合理数据,计算结果发现表3-33中无不合理数据,利用这些数据可知S=12.8MPa,=122.8MPa,则计算结果为

高速公路、一级公路Eos=97.2MPa

二、三级公路Eos=101.7MPa

四级公路Eos=103.6MPa

该测点区试验结果表明,浑善达克沙地固定及半固定沙丘上的风积沙,压实度较高时,其回弹模量设计值可达101.7MPa(二、三级公路),比规范建议值(60~70MPa)明显要大。

3.1.3.7 测试路段6——G304线K470~K480段

去其他内陆省区进行风积沙路基回弹模量野外测定工作的第六站,也是最后一站,是测定科尔沁沙地风积沙的路基回弹模量。测点区选在G304线K470~K480段,G304从北至南穿越科尔沁沙地。后者主要为固定的新月形沙丘及沙丘链,沙丘高度多在3~10m,除了沙丘外,丘间洼地所占面积也较大,在70%以上,丘间洼地或生长着较多的植被或开辟为田地。G304线K470~K480段在穿越沙丘及沙丘链分布区时是以风积沙为路基。现在运营的G304线K470~K480段为新线,废弃的老路也是沥青路面。废弃的沥青路大部分已被挖掉,但也有少量剩余的,且车辆还可以到达。有此有利的条件,就在废弃的老路上挖出风积沙路基,然后在其上进行回弹模量测定试验(图3-44~图3-46)。试验日期为2004年10月6—7日,测点共计8个。同时进行的粒度组成试验结果见表3-34及图3-47,重型击实试验结果见表3-35及图3-48,承载板试验结果见表3-36。

图3-44 科尔沁沙地风沙地貌(G304线)

图3-45 科尔沁沙地废弃公路上挖出风积沙路基

图3-46 科尔沁沙地废弃公路进行承载板试验

表3-34 G304线K470~K480段测点区域风积沙的粒度组成

注:科1取位位置为G304线K479+500一级路中心线左约20m,原废弃老路路中央;科2取位位置为G304线K478+900一级路中心线右约15m,原废弃老路路中央;科3取位位置为G304线K473+400一级路中心线左约50m,原废弃老路路中央;科4取位位置为G304线K470+600一级路中心线左约15m,原废弃老路路中央。

图3-47 G304线K470~K480段测点区域风积沙的粒度组成曲线图

表3-35 G304线K470~K480段测点区域风积沙重型击实试验成果表

(续表)

图3-48 G304线K470~K480段测点区域风积沙重型击实曲线图

表3-36 G304线K470~K480段测点区域风积沙承载板试验结果

从粒度分析结果可知,测点区的风积沙为细砂,科1风积沙粉黏粒含量较高,达17.3%;除科1外,其他风积沙的粉黏粒含量很低。

从重型击实试验结果可知,受粉黏粒含量较大的影响,科1风积沙基本上已不具有干压实特性;除科1外,其他风积沙均具有干压实特性,击实试验曲线为下凹形,即在含水量极低及饱和时击实取得干密度最大值,但两者相差不多;由击实试验所得的最大干密度也就是标准干密度,科1为1.933g/cm3,科2为1.743g/cm3,科3为1.806g/cm3,科4为1.757g/cm3

从承载板试验结果可看出:

(1)老路的风积沙路基在整体压实度很高的情况下,试验结果表现出随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大的规律;大致情况是,承载板上的荷载每增加0.1MPa,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei增加2~10MPa。

(2)从试验结果来看,对风积沙来说,在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形0.5mm左右时,最大压力设定为0.3~0.5MPa是比较合适的。

(3)从表3-36中可以感觉到风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因试验数据较少及密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差等,再加上含水量不同的影响,故而很难用数理统计的方法来表示。

(4)将表3-36中的数据运用到式(3-1)中,在进行计算前,先按3倍标准差舍弃不合理数据,计算结果发现表3-36中无不合理数据,利用这些数据可知S=15.2MPa,=120.8MPa,则计算结果为

高速公路、一级公路Eos=90.4MPa

二、三级公路Eos=95.7MPa

四级公路Eos=98.0MPa

该测点区试验结果表明,科尔沁沙地固定及半固定沙丘上的风积沙,压实度较高时,其回弹模量设计值可达95.7MPa(二、三级公路),比规范建议值(60~70MPa)明显要大。

3.1.3.8 其他内陆省区风积沙路基小结

通过在其他内陆省区进行的风积沙路基回弹模量测定,并对试验数据进行分析,可得以下结论:

(1)其他内陆省区的沙漠占全国沙漠面积的40%左右,再加上其他内陆省区的沙漠在自然条件方面与新疆境内的沙漠有着很大的不同,只有将研究区域扩大到其他内陆省区,才有可能较为全面地把握我国沙漠地区风积沙路基回弹模量参数。

(2)风积沙路基压实度较大时进行承载板试验,随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei也随之增大。一般情况大致是,承载板上的荷载每增加0.1MPa,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei增加2~15MPa左右。但当风积沙路基压实度不高时进行承载板试验,则随着承载板上荷载的增加,各级荷载下的风积沙路基回弹模量Ei反而随之降低或不变。

(3)鉴于上述,考虑到风积沙材料的特殊性,虽在野外进行承载板试验时,按照有关规程要求,以回弹变形值超过1mm为停止试验的标准,在计算风积沙回弹模量时采用最大回弹变形0.5mm左右时,最大压力设定为0.3~0.5MPa是比较合适的。但当风积沙路基强度较低时,则在计算风积沙回弹模量时宜采用最大回弹变形为1mm,相应的最大压力仍为0.3~0.5MPa。

(4)从试验数据中可看出风积沙路基回弹模量与其压实度之间有正相关关系,却因密度测定试验与承载板测定试验都有一定的误差,以及含水量也有差异等,难以用数理统计的方法来表示。

(5)按照在计算风积沙回弹模量时采用的最大回弹变形0.5mm左右的原则,且不考虑不利季节影响系数,计算得测试路段1——敦煌市南沙山子处风积沙路基回弹模量设计值Eos为97.8MPa(二、三级公路),比规范建议值明显要大。

(6)按照在计算风积沙回弹模量时采用的最大回弹变形0.5mm左右的原则,且不考虑不利季节影响系数,计算得巴丹吉林沙漠风积沙的回弹模量设计值Eos为101.4MPa(二、三级公路),比规范建议值明显要大。

(7)按照在计算风积沙回弹模量时采用的最大回弹变形0.5mm左右的原则,且不考虑不利季节影响系数,计算得腾格里沙漠风积沙的回弹模量设计值Eos为96.1MPa(二、三级公路),比规范建议值明显要大。

(8)乌兰布和北部固定半固定沙丘分布的风积沙由于粉黏粒含量较高,对风积沙强度有明显影响,按照在计算风积沙回弹模量时采用的最大回弹变形1mm的原则进行计算,且不考虑不利季节影响系数,计算得风积沙回弹模量设计值Eos为70.4MPa(二、三级公路),与规范建议值相近。

(9)按照在计算风积沙回弹模量时采用的最大回弹变形为0.5mm左右原则,且不考虑不利季节影响系数,计算得浑善达克沙地固定及半固定沙丘上的风积沙在压实度较高时,回弹模量设计值可达101.7MPa(二、三级公路),明显大于规范建议值。

(10)按照在计算风积沙回弹模量时采用的最大回弹变形为0.5mm左右原则,且不考虑不利季节影响系数,计算得科尔沁沙地的风积沙在压实度较高时,回弹模量设计值可达95.7MPa(二、三级公路),明显高于规范建议值。

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