砂土填料用于路基的性能分析
摘要：通過室內(nèi)試驗，對砂土的各項性能進行了擊實、抗剪、壓縮模量、CBR值等比較系統(tǒng)的研究，指出了砂土作為路基填料與一般土質(zhì)的區(qū)別。
關(guān)鍵詞：砂土；壓縮模量；抗剪強度；CBR值
作為路基材料，通常應(yīng)具有較好的水穩(wěn)性和整體強度(即地基的彈性模量值要高且波動性較小)，這樣不僅能保證公路的整體強度、平整性和耐久性，而且可以使路面厚度得以減薄，即“強路基，薄路面”，工程造價可以降低…。本文通過室內(nèi)對砂土進行較系統(tǒng)的試驗研究，得到一些有使用價值的成果，為高速公路砂土路基設(shè)計與施工提供必要的依據(jù)。
1工程簡介
湖南某高速公路，K5l+150～l<54+531．52、ZK0+707．414～Zl(5+000兩段線路，地基主要以粉質(zhì)粘土、粉土為主，5～9m以下是細(xì)砂土。砂土的物理性質(zhì)指標(biāo)如表1。據(jù)此判定土樣，定名為級配不良的粉土質(zhì)砂。
表1砂土物理性質(zhì)指標(biāo)表
2試驗條件和方法
所用填料的物理性質(zhì)試驗及分類，以及力學(xué)指標(biāo)CBR和擊實試驗按照交通部《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051—93)進行；填料的力學(xué)性質(zhì)試驗中，壓縮、直剪等試驗項目按照國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》(GBJ123—99)執(zhí)行；回彈模量則按照《公路現(xiàn)場試驗檢測規(guī)程》執(zhí)行。
3重型擊實試驗及分析
試驗采用重型壓實標(biāo)準(zhǔn)，是為提高砂土填筑路基的密實度，確保試驗結(jié)果的可靠性，對差異性很大的點作了舍棄，試驗結(jié)果見圖1。
圖1細(xì)砂擊實曲線圖
由圖看出：在含水量較小時，干密度偏小表明在含水量較低時，砂土難以壓密實，隨著含水量的增加，干密度開始逐漸增大；級配不良的粉土質(zhì)砂的擊實曲線并不象普通細(xì)粒土的擊實曲線(單峰值曲線)，它是一個雙峰值曲線。干密度隨含水量的逐漸增大呈現(xiàn)出先減小，后增大，再減小的規(guī)律。增大呈現(xiàn)出先減小，后增大，再減小的規(guī)律。
4細(xì)砂土的抗剪強度
試驗采用直接快剪法。試驗前，對測力環(huán)進行了標(biāo)定，用應(yīng)變式剪力儀進行快剪，并使用同一臺儀器，以消除儀器的系統(tǒng)誤差。在直剪試驗過程中，為保持試樣的含水量不變，在透水石與土樣之間放兩片不透水膠片，分別制備壓實度為93％、94％、96％和1oo％的試樣，壓實度以最佳含水量對應(yīng)的最大干密度為標(biāo)準(zhǔn)干密度，使壓實度都達到l00％制備試件，用人工擊實的方法將其全部擊入盒內(nèi)，保持均勻，并使表面平整。
4．1抗剪強度與壓實度關(guān)系
試驗按照規(guī)范的要求進行，試驗結(jié)果見表2，壓實度與抗剪強度的關(guān)系曲線見圖2。
表2壓實度與抗剪強度表
從圖2看出，細(xì)砂強度曲線符合庫侖定律，用直線回歸，其相關(guān)系數(shù)接近1；從表2可知，隨著壓實度的增大，細(xì)砂的粘聚力逐漸增大，同時內(nèi)摩擦角也有所增大。
4．2抗剪強度與含水量關(guān)系
以最大干密度為前提，分別配制含水量為0％、4%、8%、12%和16%的試樣，計算試件所用砂量，進行直接剪切試驗，試驗結(jié)果如表3、圖3。
表3含水量與抗剪強度表（壓實系數(shù)K=100%）
從以上圖表看出：剪切強度隨著含水量的增加而增加，剪切強度達到最大值時，含水量繼續(xù)增加，則剪切強度減小。從粘聚力和內(nèi)摩擦角兩個因素來分析可得到：
(1)在相同壓實度條件下，隨含水量的增大砂土的粘聚力開始增大，到達最優(yōu)含水量附近后開始減小，因含水量較低，水在砂土中產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，形成了似凝聚力或假粘聚力。
(2)當(dāng)含水量接近最佳時，砂土越來越密實內(nèi)摩擦角越來越大。當(dāng)含水量超過最佳含水量后，孔隙水增多，難以密實，同時水在粉細(xì)砂中有潤滑作用，導(dǎo)致細(xì)砂內(nèi)摩擦角逐漸減小。
5細(xì)砂壓縮模量測定
試驗針對于路基填筑93％、94％、96％和l00％壓實度時的粉細(xì)砂，制備四種不同壓實度下的試樣，分別在50kPa、100kPa、200kPa、400kPa四級荷載作用下的壓縮模量，來探討壓實度的變化對試樣壓縮模量的影響。
5．1壓縮試驗結(jié)果分析
壓實粉細(xì)砂的壓縮模量與法向應(yīng)力之間的試驗結(jié)果見表4。
從表4看出：①在壓實度相同的條件下，壓縮模∞l∞1∞O如一量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，也就是說荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用；②在相同的法向應(yīng)力作用下，壓縮模量隨著壓實度的增大而增大。
5．2干燥狀態(tài)與最佳狀態(tài)的壓縮模量比較
在最大干密度的條件下，做了3組干砂的壓縮試驗，試驗數(shù)據(jù)見表5。從表中看出：細(xì)砂在干燥狀態(tài)下的壓縮模量均小于最佳狀態(tài)，說明干燥狀態(tài)下比最佳狀態(tài)的壓實效果要差。
6細(xì)砂的承載比(CBR)試驗
為了解砂土的強度特性，進行了濕砂I泡水4天(最佳含水量，狀態(tài)I)和濕砂不泡水Ⅱ(狀態(tài)Ⅱ)的CBR試驗，試驗結(jié)果見表6。
由試驗結(jié)果可知：
(1)無論在哪種情況下，隨著壓實度的增加，CBR值明顯增大。這是由于隨著壓實度的增加，單位體積內(nèi)的空隙減小，有效顆粒所占比例增大，因而抗剪強度也就增大。
(2)由于粉細(xì)砂粘聚力為零，含粘性顆粒很少，相對于粘性土來說，細(xì)砂顆粒較大，因此，泡水試驗后膨脹量很小。
7結(jié)語
(1)砂土剪切強度隨含水量的增加而增加，當(dāng)達到最大值時，含水量如繼續(xù)增加，則剪切強度減小，即含水量有一個最佳值。
(2)壓縮模量隨法向應(yīng)力的增大而增大，荷載對砂土的壓密起著關(guān)鍵作用。
(3)隨壓實度的增加，CBR值明顯增大，但浸水狀態(tài)的CBR值比未浸水狀態(tài)的要低得多。
參考文獻：
[1]洪毓康．土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M]．人民交通出版杜，1999．
[2]交通部重慶公路科學(xué)研究所．土石混填壓實評定方法試驗研究[R]．20o3．
[3]趙久柄．西寶高速公路粗粒土路基壓實度試驗研究[J]．國外公路，2o02
