风积沙路基填筑技术研讨会材料

新建甘旗卡至库伦铁路工程风积沙路基填筑技术研讨会材料中国交通建设股份有限公司甘库铁路工程指挥部二〇一〇年四月目录一、工程概况 (1)二、风积沙的特性分析 (1)1、自然状态下的容重 (1)2、压实状态下的密度 (1)3、风积沙的内聚力c值及内摩擦角φ值 (1)4、风积沙的天然含水量 (1)5、风积沙的微粒性 (1)6、风积沙的非塑性 (2)7、风积沙的非亲水性 (2)8、风积沙的非湿陷状态 (2)9、风积沙的压实特性 (2)10、风积沙的承载比 (2)11、风积沙路基的回弹模量 (2)12、风积沙的低压缩性 (2)三、风积沙的分类及最大干密度的确定 (3)1、风积沙的分类 (3)2、风积沙压实参数的确定 (3)3、振动台法确定最大干密度步骤 (4)四、风积沙压实的机理 (4)五、Ⅰ类风积沙压实的施工工艺 (5)1、施工工艺流程 (5)2、施工机械要求 (5)3、主要步骤介绍 (6)六、Ⅱ、Ⅲ类风积沙施工方法 (8)七、预留沉落 (8)八、目前国内风积沙路基填筑实例 (8)九、结束语 (9)十、附件 (10)十二、参考资料 (10)一、工程概况新建甘旗卡至库伦铁路工程地处内蒙古自治区东北部的通辽市科尔沁左翼后旗西南部地区和库伦旗东南部地区。

甘库铁路工程线路总长59.401km，路基工程总长58.323km。

全线风沙地区路基23处，总长47.891km。

中交隧道局四公司施工的里程为起点至DK52+000，其中区间风积沙路基填筑371万方（不含AB组料及渗水土），站场风积沙路基填筑59万方，合计430万方。

有效施工时间为120天。

二、风积沙的特性分析风积沙作为本工程沙漠铁路路基的主要材料，与其它土体相比，有其独特的特性，其工程特性直接影响了施工工艺和铁路建成以后的整体强度和稳定性。

为确保施工工艺可行可靠，并保证路基的整体强度和稳定性，查阅了有关文献资料，并结合现场及室内试验进行了分析总结，具有以下几个特性：1、自然状态下的容重风积沙密度一般不高，干密度一般为1.4 g/cm3，湿密度大约为1.5 g/cm3。

在同一层沙粒中，由上到下，随深度的增加，其密度有所减小，这是由于沙漠形成时的筛选作用所致，大颗粒沉在下面，孔隙率较大，容重减小，最上层颗粒较细，孔隙率最小，容重相对增加。

2、压实状态下的密度风积沙在压实情况下密度增加，压实后风积沙的最大干密度可以达到1.76～2.0 g/cm3 (而纯风积沙为1. 80 g/cm3左右)，为天然状态下密度的1.2～1 .4倍。

3、风积沙的内聚力c值及内摩擦角φ值风积沙的内聚力c值很小，在干燥状态下几乎为零，在有一定含水量的情况下，由于毛细作用产生的吸力，表现出一定的假粘聚力；风积沙的φ值约为28°～32°。

抗剪能力差，在外力作用下，容易产生位移，完成压实后路基不能稳定通车，路基施工机械(洒水车、压路机、运输车、平地机等)无法行走。

4、风积沙的天然含水量风积沙由于常年处于干旱状态下，因此，沙漠中的风积沙天然含水量很低，最低的地方不足1%，最大含水量一般也不超过5%。

5、风积沙的微粒性科尔沁沙地的沙颗粒属于细砂，0.074～0.5mm范围的颗粒96%以上，细度模数为1.28左右。

沙粒组成为天然不良级配，表面积很大，分选性好，颗粒形状呈似圆球形，由于来源于沙岩或石英岩，一般质地较好。

6、风积沙的非塑性风积沙的粉粘粒含量很少，小于0.074mm以下的颗粒含量小于5%，表面活性很低，松散无粘聚性，具有明显的非塑性性质。

由于它的非塑性，使它成型比较困难，而且成型后的抗剪性能也较差。

7、风积沙的非亲水性风积沙颗粒一般具有非亲水性，即沙粒表面对水几乎没有物理吸附作用，最大吸水率不足1%，一般都在零附近。

沙的滤水作用十分明显，水在沙层中直接往下渗，使沙漠表层的沙常处于干燥状态。

8、风积沙的非湿陷状态湿陷性是指土颗粒在干燥时具有较强的骨架结构，而遇到水后骨架发生变形或崩塌的一种特性。

沙的自然结构或者压密结构都具有非湿陷性质，即沙颗粒遇到水后能保持原有骨架结构性质，水稳性好。

9、风积沙的压实特性由于风积沙无粘聚性，振动压实可以使颗粒重新排列，获得较大的压实度，风积沙在干燥和接近饱和状态时可以获得较大的压实度。

10、风积沙的承载比含水量不同时，CBR值的差异较大，科尔沁风积沙干沙的CBR值普遍较小，湿沙的CBR值在10～28之间，说明风积沙在压实以后，具有较高的抵抗破坏的能力。

11、风积沙路基的回弹模量风积沙材料均匀，水稳性好，科尔沁风积沙干沙的回弹模量E0较小，基本在19. 09～41. 48 MPa之间；湿沙的回弹模量E0值在27～76. 71 MPa之间。

当含水量固定时，回弹模量会随着干密度的提高而增大。

12、风积沙的低压缩性风积沙的压缩系数a不是常数，会随着加载压力的增大而减少，风积沙的沉降变形一般在15s以内即完成，且不产生徐变，总沉降量很小(<1.5%)，可知科尔沁风积沙属于低压缩性土，风积沙沉降量随荷载的增加而呈指数形式变化。

风积沙的空隙比随沉降率增加呈线型变化。

无论是干沙还是湿沙，都有较高的压缩模量值，这说明风积沙路基经压实后，具有较好的稳定性和较高的强度。

三、风积沙的分类及最大干密度的确定1、风积沙的分类按照水利部《土的工程分类标准》(GB/T 50145-2007)，水利部《土工试验规程》(SL237-1999)，交通部《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，铁道部《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2004）中对土的分类标准，风积沙应该划归为砂类土中级配不良砂SP[3-5]。

但工程实践中发现：这样的划分，没能反映d<0.074的细粒组分含量对最大干密度试验方法和现场压实施工工艺及质量控制措施的显著影响，不能起到指导工程实践的作用。

有关学者专家提出，对风积沙的分类以应参考水利部《土工试验规程》(SL237-1999)的分类法，再附以d < 0.074组分的含量的影响，将它细分为d < 0.074组分的含量小于5%的风积沙(Ⅰ类，无塑性时为Ⅰ-1类，有塑性时为Ⅰ-2类)，d < 0.074组分的含量为5%～15%的含细粒土风积沙(Ⅱ类，塑性指数较大)和d < 0.074组分的含量为15%～50%的细粒土质风积沙(Ⅲ类，塑性指数大)。

本工程DK51+000和DK34+300的取土场d < 0.074组分的含量分别为1%和0.2%，均小于5%，塑性指数分别为9.0和0，故分别为Ⅰ-2类，有塑性时为Ⅰ-1。

2、风积沙压实参数的确定一般粘性土都是采用标准击实试验来确定填土的最大干密度和最优含水量作为施工中控制的压实参数。

对于风积沙，采用此方法就未必能够得到真正的最大干密度，况且风积沙还可以采用干压法施工(即: 干燥状态下进行碾压施工)，此时不存在最优含水量的问题。

为了能够给现场施工提供较为可靠的控制标准，分别采用了标准击实法、表面振动压实法(干法、湿法)和振动台法(干法、湿法)等3种试验方法测定了最大干密度和最佳含水量。

通过试验数据得出：对于无塑性的Ⅰ-1类风积沙，表面振动压实法和振动台法均比标准击实法得到的标准干容量要高0.05～0.15 g/cm3，但表面振动压实法在湿土试验过程中，由于试筒底部密封，振动时饱和自由水无法从底部排出，与实际施工有差异，而干土试验时结果偏低。

因此认为：对无塑性级配不良的Ⅰ-1类风积沙在施工过程中压实度控制最大干密度宜采用振动台法（干振法）确定。

对于有塑性指数的Ⅰ-2类风积沙和Ⅱ、Ⅲ类风积沙，标准击实法所得到的干密度为最高，宜采用标准击实法确定最大干密度。

本工程DK34+300处的取土场的最大干密度采用振动台法（干振法）得出为1.83 g/cm3。

3、振动台法确定最大干密度步骤对I-1类风积沙采用振动台法（干振法）。

干振法是指风积沙在天然含水量或少洒水的情况下，通过冲击或振动等外力手段克服风积沙颗粒间的摩擦力，排出风积沙中的气体，颗粒结合紧密，提高了其密实程度，增强了风积沙的强度，本工程采用振动台法达到振实目的来确定风积沙的最大干密度。

振动台技术参数是：外型尺寸50×50cm，振动频率2860次/min，振幅0.3～0.6mm,最大载重75Kg。

试模采用《土工试验规程》中粗粒料标准击实筒。

试验步骤如下：①将试模放在振动台上。

②填料。

一次将烘干的干净风积沙填满试筒并高出试筒约2～3cm。

③振动。

试模在振动台上不固定，连续振动一定时间，振动时间分为1、2、3、4、6、8、10分钟等，振动过程中注意观察不要让试模滑出振动台。

④刮平、称重。

按拟定的不同时间振动结束后刮平，然后称重。

⑤干密度计算。

干密度（g/cm3）=风积沙重量（g）/体积（cm3）⑥绘制振动曲线。

以干密度为纵坐标，振动时间为横坐标绘制二者的关系曲线，曲线上的峰值为最大干密度和最佳振动时间。

如果曲线不能绘出明显的峰值点应进行补点或重作。

四、风积沙压实的机理关于振动压实理论目前有以下几种学说：一是内摩擦减小学说，二是共振学说，三是反复荷载学说，四是交变剪应变学说。

这些学说从不同的侧面揭示了振动引起材料压实的诸多原因。

综合各种学说可以知道：振动在风积沙内产生振动冲击，使其颗粒由初始的静止状态过渡到运动状态，颗粒之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态进入动摩擦状态。

风积沙在有一定含水量的情况下，如果含水量接近最优含水量，材料中水分的离析作用，使材料颗粒的外层包围一层水膜，形成了颗粒运动的润滑剂，假粘聚力消失，为颗粒的运动提供了十分有利的条件，容易使其震密；当含水量较低，颗粒周围的水分子数量不足以在其颗粒外层包围一层水膜，由于毛细作用产生的吸力，颗粒间假粘聚力发挥作用，妨碍颗粒间的相互错动填塞孔隙，要将其压实需要外力克服该假粘聚力，则不易压实。

当风积沙在完全干燥状态下时，颗粒间不存在假性粘聚力，其颗粒在振动荷载作用下容易产生位移，而重新排列.由此可见，在用风积沙作为路基填筑材料时，干燥状态和含水情况下都可以得到较大密实度，这是其他土类材料所不具备的一种特点。

作为一种砂性土，风积沙依然存在剪胀现象，过大的击实功将会使压实后的风积沙重回松散状态。

五、Ⅰ类风积沙压实的施工工艺目前，国内的施工规范对用风积沙作为回填材料尚无成熟的经验，更没有明确的规定。

根据风积沙的压实机理及国内类似施工案例，以及工地现场碾压试验和施工经验，我指挥部研究决定采用以下干压法施工。

干压法施工法就是Ⅰ类风积沙可以在天然含水量或少洒水的情况下振动压实，这是因为一方面取决于风积沙振动密实原理；另一方面根据振动台法(干压法)试验原理；再一方面取决于风积沙颗粒组成情况(为较均匀的颗粒堆积)。

1、施工工艺流程施工前准备工作→原地面处理→检测清表及基地压实→挖方或借方填料运至摊铺路段→推土机推平填料→推土机稳压2～3遍→平地机精平→压路机静压1遍→压路机振压2～3遍（不要超过3遍）→压路机静压或装载机碾压收光→检测压实度及K30→洒水稳压→下一步施工。