风积沙回弹模量资料简介

本节主要通过收集与分析已有的与风积沙路基回弹模量有关的各种资料，使风积沙路基回弹模量研究的内涵更加全面与丰富，进而为下一步确定我国风积沙路基回弹模量路用性能参数打下坚实的基础。

研究资料表明，在20世纪90年代之前，我国尚无在流动性沙漠中大规模修筑等级公路的历史，虽然在科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地等地修筑了等级公路，并在公路修筑时利用风积沙作为路基材料，却在选定风积沙路基回弹模量方面参考的是砂性土或土质砂的路用性能指标，也就是从某种程度上来说，将风积沙看成了砂性土或土质砂。

直到20世纪90年代初，随着塔克拉玛干沙漠腹地的石油天然气开发逐步深入，大量的物质运输使沙漠公路的建设成为迫切需要解决的问题。在解决这一问题的过程中，在野外对塔克拉玛干沙漠的风积沙进行承载板试验时，发现实测的回弹模量值几乎全都在100MPa以上。由此而确定塔克拉玛干沙漠的风积沙路基回弹模量设计值为100MPa（规范建议值为60～70MPa），并以此设计沙漠公路路基路面结构，修筑里程长达522km。到现在，这条沙漠公路通车运营已达十多年。十多年的实践已证明以风积沙路基回弹模量为100MPa设计的路基路面结构是安全可靠的。

由于有上述突破性进展，故有关省区，尤其是新疆，在此后再修筑沙漠公路时，一般不再选用规范中的建议值，而是用野外承载板试验的实测资料来确定，在新疆一般多选定为100MPa。由于这一层原因，近些年来，对风积沙路基回弹模量进行测定的资料较多，这也为该项目研究的进一步进行创造了有利条件。

3.1.5.1　需要说明的问题

（1）前已述及，在《公路沥青路面设计规范》中，确定路基回弹模量的方法主要有四种：现场实测法（野外大型承载板试验）、室内试验法（室内小承载板试验）、查表法、换算法。不同方法不仅试验结果有较大差异，而且在实际工作中采用的频度也不同。有此情况，故在项目研究中参考与引用已有研究资料时，必须对已有的研究资料进行分析与论证，并决定其取舍。

（2）野外大型承载板试验是确定路基回弹模量最为准确的方法。故在已有的研究资料中，若是以此方法得到的路基回弹模量数据，一般都应采用。但是这种方法在不同的规范中的要求也不是完全一样的，不一样处包括预压压力、每级增加荷载、试验结束时所应达到的最大回弹变形量等。这些不同之处都会对路基回弹模量的测定试验结果产生影响，这种影响有时可达10～20MPa。这种情况表明，在已有的研究资料中，即使是以野外大型承载板试验测定的结果，也不能不加分析地全部采用。

（3）室内小型承载板试验本身与路基受力情况不能完全吻合，使得这种试验方法的误差较大。该项目研究表明，采用此方法试验得到的试验结果明显偏小，尤其是当风积沙处于干燥状态时。这种情况表明，在已有的研究资料中，若是以此方法得到的路基回弹模量数据，一般都不应采用。

（4）查表法的弊端是确定的土基回弹模量一般都要小于路基土的实际回弹模量值，有时甚至会相差很大。此外，在这种方法中并未将风积沙作为单独的土类提出，而是包含在砂性土或土质砂中。已有的研究表明，用这种方法确定的风积沙路基回弹模量与风积沙路基实际的回弹模量相差较大。在这种情况下，考虑到该项目研究的目的与性质，虽然在已有的设计资料中有不少涉及风积沙路基回弹模量，但如果其资料来源于查表法，则一般都不应采用。

（5）到目前为止还没有看到以换算法确定风积沙路基回弹模量的资料，则也不存在已有研究资料的取舍问题。

（6）除了试验方法有所不同外，在利用试验数据来确定路基回弹模量设计值方面也是有不同的方法。从已有的研究资料中，发现主要有两种方法。

一种是按《公路沥青路面设计规范》中规定的方法，风积沙路基回弹模量设计值Eos按式（3-4）计算：

式中　Eos——某路段土基回弹模量设计值；

　　　、S——分别为该路段实测土基回弹模量平均值与标准差；

　　　Za——保证率系数，高速公路、一级公路为2，二、三级公路为1.648，四级公路为1.5；

　　　K——不利季节影响系数。

另一种是按《公路土工试验规程》附录A介绍的方法，风积沙路基回弹模量E0按式（3-5）计算：

式中　E0——风积沙回弹模量设计建议值（MPa）；

　　　Ex——实测回弹模量的平均值（MPa）；

　　　S——样本均方差（MPa）；

ta／（N）0.5——保证率为a，自由度为N-1（N为测定次数）的t分布（单侧检验指标），查表而得。

用这两种方法得到的结果差异很大，尤其是当样本均方差（标准差）较大时，如假设从试验数据中得实测回弹模量平均值E=153.7 MPa，S=26.9 MPa，N=28，取保证率a为95%，ta／（N）0.5=0.322，则按《公路土工试验规程》附录A介绍的方法计算得风积沙路基回弹模量设计值为E0=145.1MPa；而按《公路沥青路面设计规范》中规定的方法，风积沙路基（二、三级路，不考虑不利季节影响）回弹模量设计值Eos=104.9MPa。可见两者相差有多大。因为有此差异，则对已有的研究资料必须知道它们是通过哪种方法计算确定的，否则已有的研究资料只能作为参考，而不应采用。

（7）风积沙属于砂性土，却在路基回弹模量方面，与一般的砂性土有较大的差异。风积沙中粉黏粒含量少，级配差，颗粒组成集中，并以细砂为特征，其路基路弹模量高于一般的砂性土，有时甚至还高出许多。规范中涉及砂性土的设计参数源自对砂性土的研究，而不是对风积沙。正因为如此，已有的砂性土的路基回弹模量资料一般都与规范建议值相差不大。在这种情况下，考虑到该项目研究对象的独特性，已有的研究资料中若为砂性土的，一般只做参考，而不采用。

（8）已有的涉及风积沙的研究资料中，所涉及的风积沙却有很大差别。由于沙漠地区的大部分路段修筑在沙漠外围，在沙漠外围多为固定及半固定沙丘，风积沙中粉黏粒含量较多，再加上在修筑公路时在公路两侧进行推筑路基，在这一地区推筑的除固定及半固定沙丘的风积沙外，还有较多甚至更多的为固定及半固定沙丘间地中的砂性土（即使采取远运方式，也可能在料场取到较多的砂性土而非固定及半固定沙丘上的风积沙）。

该项目研究主要针对的对象是沙丘上的风积沙，尤其是流动性沙丘上的风积沙。只有这样才有可能将风积沙与砂性土较为严格地区别开来。如果不将风积沙与砂性土较为严格地区别开来，则很有可能受砂性土的影响，通过试验所得的路基回弹模量值较低，低至与规范建议值相近。这样一来，该项目研究工作也就失去了应有的意义。有鉴于此，该项目主要的研究对象是沙丘风积沙（以此风积沙修筑的路基），而非沙丘分布区的所有砂（应排除以丘间地中的砂性土修筑的路基）。

上述情况表明，对已有的研究资料，即使其标明测定的是风积沙路基回弹模量，也要对其进行具体分析与鉴别。如果试验的风积沙路段修筑在流动沙漠腹地，则应采用其试验研究资料。如果试验的风积沙路段修筑在固定及半固定沙漠（沙地）腹地，其试验研究资料一般也应采用。如果试验的风积沙路段修筑在沙漠的外围地区，则应对其试验研究资料进行仔细分析对比，视具体情况采用，但一般只将其作为一种有用的参考资料。

（9）还需注意的一个问题是，通过对已有的研究资料进行分析发现，不同的研究者在不同的研究项目中，在风积沙回弹模量试验研究方面，有试验数据相互借用的现象。在这种情况下，若不加区分地将其全部选用，就会出现一次试验结果被重复利用的现象，并影响最终的研究结果，故应想办法避免这一现象的出现，有相同试验数据者，只能择其一。

3.1.5.2　新疆境内的相关资料

依据上述原则，对新疆境内风积沙路基回弹模量的测定结果进行取舍后，列表为表3-125和表3-126。

表3-125　新疆境内风积沙承载板试验的相关资料（一）

注：本表内容引自“新疆沙漠地区公路修筑技术研究”报告。

从表中看出：

（1）无论是静压实，还是振动压实，其挖方路基的E0值均大于填方路基的E0值，其中在刚压实后（初始状态）测定的挖方段E0值比填方段E0值大22.3%，通车半年后测定的挖填方段E0值相差7.73%。振动压实后测定的挖填段E0值相差12.2%，上述结果表明填方路段整体强度较挖方段低，故在压实过程中应特别予以重视。

（2）通车半年后测定的E0值比初始状态时的E0值提高15.87%（填方）和1.18%（挖方），表明行车荷载对沙基有一定的压实作用。但初始强度不同则影响不同，初始强度越低则影响越大。

（3）振动压实后的沙基强度明显高于静压实，E0值比静压实初始状态时的E0值高2.8%（填方）和10.15%（挖方），表明沙基采用振动压实是最理想的方法，能获得最佳压实效果。

（4）沙基采用洒水后（含水量10%）静压实的方法也能获得较高的整体强度，其E0与振动压实填方段的E0值相近。上述结果与击实试验的结果相同。

（5）仅采用推土机初步压实，而未采用压路机压实的路段，其沙基的整体强度较低。

（6）综合表内容还可看出，除填方段采用静压实初始状态时的E0值大部分低于100MPa（但均高于90MPa）外，其余压实路段的沙基E0值均大于100MPa，其平均值118.9MPa（高于规范值82.95%），考虑到一般施工单位都有振动压实手段，而且风积沙属水稳性材料，遇水后整体强度不会降低，采用数理统计中t分布临界表法，依据实测资料在一定保证率条件下求得E0的设计建议值。计算如式（3-6）所示：

式中　Ec——实测回弹模量的平均值（MPa）；

　　　tp——t分布临界值，根据自由度和保证率计算查表测得；

　　　σ——样本均方差（MPa）。

现得到振动压实路段沙基Ec=122.0MPa，σ=10.36MPa，自由度为9，取95%的保证率，得tp=1.833代入式（3-6）得E0=103.01MPa。为便于应用，实际应用中E0的建议值取100MPa。此值比目前规范值大42.86%～66.79%（值得一提的是除静压实中填方段E0值大都小于100MPa外，其余26个测点全部超到100MPa，表明只要采用振动压实E0取100MPa作为建议值是完全可靠的）。

分析表3-126的数据，可得到与上述相似的结论。表3-126中序号11～16者为古尔班通古特沙漠边缘固定及半固定沙丘分布区的试验结果，从试验结果来看，其明显偏低，且波动性也太大，这意味着如果不是试验路段路基土质或压实度差异较大，就是试验有一定的问题。因此，这几个试验结果仅做参考。在此条件下，利用表3-126的其他数据，并由式（3-1）来确定风积沙路基回弹模量设计值。结果为

S=13.4MPa

=118.0MPa

高速公路、一级公路Eos=91.2MPa

二、三级公路Eos=95.9MPa

四级公路Eos=97.9MPa

表3-126　新疆境内风积沙承载板试验的相关资料（二）

（续表）

注：本表内容引自“新疆公路自然区划及环境参数研究”报告。

除上述资料外，新疆境内还有其他一些涉及风积沙路基回弹模量的试验资料，由于前已述及的原因，试验结果仅做考虑，其中包括：

①在省道S212线K92～K153间，测得风积沙路基回弹模量试验数据24个，最大值为46.81MPa，最小值为10.45MPa。试验路段位于塔里木盆地边缘的干旱冲洪积平原区。路基中风积沙与砂性土相混，再加上含水量较高，故而试验测得的路基回弹模量很低。

②某单位研究课题有关风积沙沙基强度的研究结论，可以得出风积沙干燥状态强度在70～100MPa。但从查询到的资料中未见详细的分析计算过程。而且风积沙也为分布在沙漠外围（为塔里木盆地边缘干旱冲洪积平原区）。

3.1.5.3　其他内陆省区的相关资料

依据前述原则，对其他内陆省区风积沙路基回弹模量的测定结果进行取舍后，列表为表3-127和表3-128。

表3-127　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（一）

注：资料引自“沙漠地区公路路基压实标准及方法研究”（西安公路研究所）。

表3-128　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（二）

注：资料引自“沙漠地区公路路基压实标准及方法研究”（西安公路研究所）。

由三个地区试验所得结果可以看出，含水量为零时，回弹模量值均偏小，这是由于风积沙在含水量为零时，黏聚力很小，几乎为零，试验时在压力作用下易产生侧向位移，变形量较大的缘故。三个地区风积沙室内回弹模量试验结果的平均值分别为

陕西风积沙室内回弹模量平均值=122.5MPa

内蒙古风积沙室内回弹模量平均值=122.3MPa

新疆风积沙室内回弹模量平均值=107.4MPa

参照《公路沥青路面设计规范》关于室内回弹模量的确定方法，风积沙室内回弹模量应考虑不利季节、不利年份的影响，对试验结果应按一定的折减系数折减，规范规定折减系数根据沙样的黏稠度确定，由于风积沙无法测定塑性指数，根据风积沙的工程特性，参照规范建议值取折减系数0.9（干燥状态），因此得到风积沙室内回弹模量E0值=（122.5+122.3+107.4）÷3×0.9=105.7（MPa）。(www.xing528.com)

西安公路研究所的风积沙室内回弹模量测定结果与野外承载板测定结果相近，但由于前已述及的原因，即使其试验结果较为理想，也只作为参考。

按照《公路沥青路面设计规范》规定，确定回弹模量现场实测值取85%～95%的保证率，试槽试验基于模拟现场试验，所以沙路基试槽回弹模量E0值取95%的保证率，经计算可得：直径18cm的承载板，测定的回弹模量代表值为88MPa；直径30cm的承载板采用完全卸载法，测定的回弹模量代表值为88MPa。直径30cm的承载板，采取不完全卸载法测定的代表值为123MPa，样本数也较少，考虑到不完全卸载法测定回弹模量的实际性不强，对此项试验结果仅作为参考。

表3-129是西安公路研究所利用室内大型试槽而做的风积沙室内回弹模量测定，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-129～表3-131为在试验路段上所测风积沙回弹模量，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-129　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（三）

注：1.回弹模量单位为MPa。试验路段为榆靖沙漠高速公路。
2.资料引自“沙漠地区公路路基压实标准及方法研究”（西安公路研究所）。

表3-130　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（四）

注：1.回弹模量单位为MPa。试验路段为榆靖沙漠高速公路。
2.资料引自“沙漠地区公路路基压实标准及方法研究”（西安公路研究所）。

表3-131　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（五）

注：资料引自“沙漠地区公路路基压实标准及方法研究”（西安公路研究所）。

由表可知，不同填挖类型路段检测值较为接近，鉴于这两条公路路基施工时采用同一标准，施工工艺基本相同，资料整理时按照《公路沥青路面设计规范》规定，现场实测值取95%的保证率，保证率系数Za=1.645，风积沙路基野外回弹模量E0代表值计算如下：

n=8

E0平均值=108MPa

S=13.24MPa

E0（代表值）=86MPa

表3-132为在旧路段上所测风积沙室内回弹模量，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-132　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（六）

注：资料为旧路调查资料，引自“沙漠地区公路路基压实标准及方法研究”（西安公路研究所）。

表3-133为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-133　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（七）

注：1.*表示直径为15cm的承载板测试结果。
2.试验路段为榆靖沙漠高速公路K15～K20试验段。
3.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-134为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，但测点处多在路基边缘，并且试验结果发现这一位置对其试验结果产生了不利影响。有鉴于此，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数确定时的参考资料。

表3-134　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（八）

注：1.试验路段为榆靖沙漠高速公路K77+362～K77+462试验段。多处测点在路基边缘处。
2.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-135为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，但测点处多在路基边缘，并且试验结果发现这一位置对其试验结果产生了不利影响。有鉴于此，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数确定时的参考资料。

表3-135　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（九）

注：1.试验路段为榆靖沙漠高速公路K112+300～K112+400试验段。多处测点在路基边缘处。
2.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-136为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-136　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（十）

（续表）

注：1.*表示直径为15cm承载板测试结果。
2.试验路段为榆靖沙漠高速公路K112+300～K112+400试验段。多处测点在路基边缘处。
3.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-137为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-137　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（十一）

注：1.*表示直径为15cm承载板测试结果。
2.试验路段为榆蒙沙漠高速公路K38+760～K39+000试验段。
3.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-138为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-138　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（十二）

（续表）

注：1.*表示直径为15cm承载板测试结果。
2.试验路段为榆蒙沙漠高速公路K48+615～K48+695试验段。
3.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-139为在试验路段上所测风积沙室内回弹模量，但测点处为固定及半固定沙丘与丘间地的砂性土（或黄土）相间分布，受砂性土影响，路基回弹模量较低。这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数确定时的参考资料。

表3-139　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（十三）

注：1.试验路段为榆林过境线二级沙漠公路K175+600～K176+400试验段。
2.资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-140是风积沙室内回弹模量测定结果，并与野外承载板测定结果相比，明显偏小，再加上前已述及的原因，只能作为参考。

表3-140　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（十四）

注：资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

表3-141是长安大学利用室内大型试槽而做的风积沙室内回弹模量测定，这一试验结果可以用于风积沙路基回弹模量的路用性能参数的确定。

表3-141　其他内陆省区风积沙承载板试验的相关资料（十五）

注：资料引自“沙漠地区公路路基边坡设计及其稳定性研究”（长安大学）。

3.1.5.4　风积沙回弹模量的其他相关资料小结

（1）在20世纪90年代之前，我国尚无在流动性沙漠中大规模修筑等级公路的历史，虽然在科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地等地修筑了等级公路，并在公路修筑时利用风积沙作为路基材料，却在选定风积沙路基回弹模量方面参考的是砂性土或土质砂的路用性能指标，也就是从某种程度上将风积沙看成了砂性土或土质砂。

（2）20世纪90年代初，在修筑塔克拉玛干沙漠公路时，发现风积沙路基回弹模量设计值可为100MPa（规范建议值为60～70MPa）。受此影响，近些年来对风积沙路基回弹模量进行研究的资料较多。

（3）野外大型承载板试验是确定路基回弹模量最为准确的方法。故在已有的研究资料中，若是以此方法得到的路基回弹模量数据，一般都应采用。但这种方法在不同的规范中的要求也不是完全一样的，不同的要求会对路基回弹模量的测定试验结果产生影响，因而在已有的研究资料中，即使是以野外大型承载板试验测定的结果，也不能不加分析地全部采用。

（4）室内小型承载板试验本身与路基受力情况不能完全吻合，研究表明此方法试验得到的试验结果明显偏小，尤其是当风积沙处于干燥状态时。这种情况表明，在已有的研究资料中，若是以此方法得到的路基回弹模量数据，一般都不应采用。

（5）查表法的弊端是确定的土基回弹模量一般都要小于路基土的实际回弹模量值，有时甚至会相差很大。因此如果其资料来源于查表法，则一般都不应采用。

（6）在利用试验数据确定路基回弹模量设计值方面也有两种不同的方法。这两种方法得到的结果差异很大，尤其是当样本均方差（标准差）较大时。因为有此差异，则对已有的研究资料必须知道它们是通过哪种方法计算确定的，否则已有的研究资料只能作为参考，而不应采用。

（7）风积沙属于砂性土，却在路基回弹模量方面，与一般的砂性土有较大的差异。在这种情况下，考虑到该项目研究对象的独特性，已有的研究资料中若为砂性土的，一般只作为参考，而不采用。

（8）已有的涉及风积沙的研究资料中，所涉及的风积沙却有很大差别。该项目研究主要针对的对象是沙丘上的风积沙，尤其是流动性沙丘上的风积沙。只有这样才有可能将风积沙与砂性土较为严格地区别开来。有鉴于此，该项目主要的研究对象是沙丘风积沙（以此风积沙修筑的路基），而非沙丘分布区的所有砂（应排除以丘间地中的砂性土修筑的路基）。

（9）新疆境内在风积沙路基回弹模量已有的研究资料方面，表征的是塔克拉玛干沙漠腹地的流动沙丘，计算得风积沙路基回弹模量设计值为95.9MPa（二、三级公路），其他资料只作为参考。

（10）其他内陆省区的相关资料主要集中在毛乌素沙地，并主要由西安公路研究所及长安大学测定。后两单位对毛乌素沙地的风积沙进行了大量的回弹模量测定，测定的方法有在旧路基上进行的，有在试验路段上进行的，有在室内大型试槽中进行的，有在室内用小型承载板进行的，有在路基中部进行的，有在路基边缘进行的。经研究分析，由这些得到的风积沙路基回弹模量的平均值为102MPa、107.6MPa、107.8MPa、81.0MPa、108MPa、82.68MPa、126.7MPa、92.1MPa、103.6MPa等，设计值为88MPa、78.6MPa、84.6MPa、73.7MPa、86MPa等。表征毛乌素沙地的风积沙路基回弹模量平均值一般在80～110MPa，设计值一般在70～90MPa。