塔克拉玛干沙漠公路风积沙工程特性与实践研究

8.2.1.1　风积沙工程特性及参数确定

（1）塔克拉玛干沙漠的风积沙在分布上相当均匀，几乎在整个沙漠腹地粒度组成等都变化不大。风积沙颗粒组成（细度模数为1.28，不均匀系数1.31），主要分布在0.5～0.074mm（占95%以上），粉黏粒含量很少，塑性指数接近于零，比重为2.65～2.7g／cm3。有关试验结果见表8-23。

表8-23　风积沙粒度组成及相对密度

上述结果表明，风积沙的比表面很大，但无黏性（内聚力基本为零），颗粒表面活性低、松散性强、级配差、保水性差，但水稳性好。这些特性将会给公路施工（如压实、基层施工等）带来很多困难。但另一方面，其整体稳定性较好，回弹模量波动小，这又对保证公路整体强度、使用年限及质量都是很有利的。

（2）风积沙中的化学成分以SiO2、Al2O3和CaO为主，其他成分较少。此外，沙中易溶盐含量很少，属非盐渍土类，pH值呈微碱性。

（3）风积沙击实规律表现为随着含水量增大，击实干密度先下降，再上升（呈凹曲线），最大干密度出现在含水量接近零处或接近饱和处。这一结果具有非常重要的意义，它为沙基施工采用干压实提供了试验依据。

（4）试验结果表明随击实干密度增大，CBR值明显增大，最大可达21.5%；通过经验公式，可换算出相对应的回弹模量值。

（5）通过大量的野外实测，测得的沙基E0值普遍较高。其中挖方路段均达到100MPa，填方路段在初始阶段大多略低于100MPa，但经过半年多行车荷载作用后有所增加，且平均也达到100MPa以上；对于采用振动压实的沙基，其E0值明显增大，平均可达120MPa以上。这一方面表明，振动压实对沙基是最理想的方法，同时也表明，只要采取有效的压实方法，并特别重视填方路段的压实，则在设计中E0值取100MPa（相应的规范建议值为60～70MPa）是完全可行的，这为有效地减薄路面层厚度（即所谓强路基、薄路面），从而大幅度降低沙漠公路的造价提供了依据。

E0设计建议值是采用数理统计中的大分布临界表法，依据实测资料在一定保证率条件下而求得。计算式见式（8-4）：(www.xing528.com)

式中　E01——实测回弹模量平均值，MPa；

　　　tρ——t分布临界值，根据自由度和保证率计算，查表而得；

　　　σ——样本均方差，MPa。

8.2.1.2　动态特性

利用先进的共振频率试验仪器及MTS液压伺服激振系统进行的试验结果表明：

（1）在风积沙的共振频率方面。塔克拉玛干沙漠的风积沙共振频率在25～55Hz，其值与沙的压实度、含水量和厚度等有关；在其他条件变化不大时，共振频率随压实度提高而提高；在压实度差别不大时，不同沙层厚度的共振动频率差异不大；在较小的压实度条件下，共振频率随含水量增加而有增大的趋势，但在含水量达到13%以后，反而略有下降。

（2）在正弦激振下沉降量测定方面。松散的风积沙，无论含水量大小，均在40～45Hz的激振频率处下沉量最大，但最大沉降量一般出现在干沙及含水量饱和时，这与击实试验的结果相一致。

（3）在沙基振动压实模拟试验方面。动载大小直接影响到压实效果，动载大则压实效果好，而且共振频率较低，约在25～30Hz；反之，动载小则压实效果略差，共振频率也略有提高，在30～40Hz。这一结果很有实际意义，为选择大吨位振动压路机及相应的振动压实频率提供了试验依据。此外，预载的大小直接影响压实深度，预载大，压实影响深度也大。后一结果也很重要，表明沙基在正式压实前最好能用推土机等进行初步压实。