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1、交通部西部交通建设科技项目合同编号：2001 318 793 08 沙 漠 地 区 公 路 路 基 压 实 标 准 及 方 法 研 究总 报 告 简 本西 安 公 路 研 究 所2004 年 4 月课题名称：沙漠地区公路路基压实标准及方法研究承担单位：西安公路研究所参加单位：陕西省公路局榆靖高速公路建设管理处重庆交通学院长安大学协作单位：内蒙古交通设计研究院新疆交通科学研究院中 文 题 名 沙漠地区公路路基压实标准及方法研究英 文 题 名 Compaction standard and its method on desert subgrade交 通 编 号 项 目 来 源 交通部科技教育司单
2、 位 编 号 43520185-6 合 同 号 2001 318 793 08分 类 号 U416.1+66 项目起止年限 2001 年 8 月至 2003 年 12 月第一完成单位 西 安 公 路 研 究 所陈忠明(高级工程师) 陈忠明(高级工程师)张生辉(高级工程师) 张生辉(高级工程师)项 目 负 责 人南浩林(高级工程师)报 告 撰 写 人王新民(高级工程师)胡保存(正高职高级工程师)王新民(高级工程师)刘振学(高级工程师)徐增友(高级工程师)凌国琪(工程师)彭 帝(工程师)雷培吉(高级工程师)梁乃兴(教授)韩 森(教授)唐世君(高级工程师)李志勇(博士生)华 锋(研究生)孟庆迎(研究
3、生)项目主要参加人杜 勇(助理工程师)主 题 词 风积沙 最大干密度 压实标准 设计参数 压实机理关 键 词 沙漠 路基 压实 标准 研究沙漠地区公路路基压实标准及方法研究 总报告简本11 项目研究的背景和意义目前国内外尚无较为完整的沙漠地区公路设计、施工、检测、试验、养护等规程、规范，现修筑的沙漠公路仅是参考和借鉴现行公路规范、规程，不能满足沙漠地区高等级公路的需要，工程质量难以保证。由于风积沙颗粒较细、无粘性、含水量小、保水性差同时又具有水稳性好、沉降均匀，受不利季节影响小等特点，且分布广泛、储量丰富、取材方便。风积沙形成环境、气候条件、颗粒组成、矿物成份以及工程特性等均有较大差异。沙漠地
4、区公路路基几乎全部只能采用风积沙作为路基填料，但因风积沙颗粒松散无粘性，其压实一直是施工中的难题，因而风积沙的压实技术成为修筑沙漠公路的关键所在，特别是风积沙路基压实标准的确定。按照目前施工规范和评定标准的规定，采用重型标准击实法确定的最大干密度值衡量压实效果很容易满足要求，它直接影响到风积沙路基真正的压实效果，因而采取何种仪器和方法确定风积沙的最大干密度值且与工地施工情况有效结合、相适应是解决沙漠地区公路关键技术问题之一。另一方面，一般粘土路基要求且只能在最佳含水量状态下压实得到较大密度，但沙漠地区一般干旱少雨，水源缺乏，且在风积沙路基上洒水机械难以行走，无法对风积沙填料进行洒水，且采用何种
5、机械拌和又无法得到解决。因此，研究风积沙路基在天然含水量状态下的施工工艺、压实机械、压实度检测方法和仪器是非常有必要的，也是非常迫切的。沙漠地区公路路基压实标准及方法研究课题是 2001 年交通部西部交通建设科技项目“沙漠地区筑路成套技术研究”的一个子课题，它的立项研究对沙漠地区公路设计、施工、试验等所遇到技术问题的解决具有重大意义，也为沙漠地区筑路技术水平的提高起到重要的促进作用。国外用风积沙直接作为路基填料的道路基本没有，因而用风积沙作为路基填料的研究也基本没有，偏重于路面结构及其稳定技术的研究。我国沙漠地区公路路基压实标准及方法研究 总报告简本2九十年代初，首次在新疆塔克拉玛干沙漠中成功
6、地修筑了一条长达 300 余公里的沙漠三级公路，并开展了较为全面的沙漠公路修筑技术研究，对风积沙材料进行了物理性能、化学性能及力学性能的研究。 陕西、内蒙结合修建二级公路、三级公路也开展了一系列沙漠公路修建技术课题的研究，这些成果为沙漠地区公路修建起到了指导作用，这些成果和研究主要依托二级公路，但已有研究成果涉及到路基压实标准及检测方法等内容较少，实践表明按照现行规程规范存在许多不足，主要有风积沙最大干密度的确定方法、压实标准、检测方法等均不能满足施工技术要求。该项目于 2001 年 8 月立项， 2003 年 12 月完成项目合同规定的研究内容。2004 年 3 月由交通部西部项目管理中心主
7、持在榆林对该课题进行了验收和鉴定。2.研究的主要内容及思路此课题针对沙漠地区路基设计、施工、试验等方面存在的不足，解决工程实际当中的具体问题，也为完善和编制沙漠地区公路路基施工、试验、验收等标准、规范作一些基础研究工作，依据合同与研究大纲的要求，主要研究以下内容：(1)风积沙静力、动力压实特性及压实机理的研究(2)不同压实 标 准 情 况 下 “沙 基 强 度 -变 形 特 性 ”及 风 积 沙 路 基 设 计 参 数的 研 究(3)不同级配风积沙最大干密度确定方法的研究(4)确定风积沙最大干密度试验仪器和方法(5)不同等级公路及不同填土高度路基压实标准的制定本课题通过对西部地区具有代表性风积
8、沙的调查和现有沙漠公路路基情况的调查、试验测定，经室内外不同试验方法的比较和验证，提出不同级配风积沙最大干密度的确定方法、试验仪器和试验方法。在对不同级配沙漠地区公路路基压实标准及方法研究 总报告简本3风积沙工程特性研究的基础上，分析其压实机理。依托实体工程，通过现场压实试验和室内大型试槽模拟试验，总结出不同压实标准条件下路基强度-变形特性，推荐出合理的风积沙路基设计参数，对不同等级沙漠公路典型路段进行检测试验和调查，通过试验路的观测和理论分析，验证压实标准的科学性和合理性。其总体目标是提出风积沙最大干密度的确定方法、试验仪器和试验方法，推荐出沙漠路基压实标准和路基设计参数，研究成果将填补沙漠
9、路基施工、设计、试验等多方面的空白，为制定沙漠地区路基压实标准、现场检测试验规程和方法等技术标准提供科学依据。3.依托工程为了使研究成果更加符合实际，便于推广应用，解决沙漠地区利用风积沙作为路基填料的一系列技术问题，课题选定陕西境内榆靖沙漠高速公路、陕蒙界半幅沙漠高速公路、靖边至王圈梁沙漠高速公路及内蒙古伊克昭盟敖达线(二级公路)、新疆 G315 线若 羌 且 末 段 沙 漠 公 路 （ 三 级 公 路 ）作 为 依 托 工 程 进 行 试 验 验 证 。4.研究成果及创新点课 题 组 充 分 利 用 各 参 加 单 位 的 技 术 优 势 ， 明 确 任 务 ， 落 实 责 任 。 在咨 询
10、 知 名 专 家 、 学 者 的 基 础 上 ， 制 定 了 详 细 并 具 有 可 操 作 性 的 实 施 方 案 ，在 交 通 部 西 部 交 通 建 设 科 技 项 目 管 理 中 心 的 指 导 下 ， 陕 西 省 交 通 厅 的 直接 管 理 和 领 导 下 ， 按 照 合 同 规 定 的 研 究 项 目 、 研 究 内 容 和 研 究 进 度 计 划 ，有 步 骤 的 开 展 研 究 工 作 。 取 得 的 主 要 研 究 成 果 如 下 ：(1)首次系统地研究了风积沙静力、动力压实特性在静力特性研究中，以 CBR、回弹模量、压缩、剪切等四种力学试验为基础，着重分析了不同含水量情况
11、下风积沙的力学性质，得出了不同密沙漠地区公路路基压实标准及方法研究 总报告简本4度情况下风积沙作为路基材料的荷载-变形的变化规律。动力压实特性研究中，以振动压实作为主要研究内容，对振动压实时风积沙密度与振幅、频率、含水量、振动时间等影响因素进行了全面、深入的试验研究。推荐出了采用振动台加速度、振动时间、表面单位压力作为技术指标的振动试验方法以确定风积沙最大干密度值的新思路。(2)首次提出了不同级配风积沙最大干密度的确定方法在试验研究的基础上，首次提出了以风积沙细集料含量(小于 0.074mm以下颗粒含量)为标准，选择最大干密度试验方法的新观点，突破了以前规范对于无粘结性材料运用一种单一方法的思
12、路，具有一定的创新性，建议若风积沙材料小于 0.074mm 以下细集料含量大于 23%时采用重型标准击实法确定最大干密度值，含量小于 23%时采用振动法确定最大干密度值的方法。(3)首次确定了不同级配风积沙最大干密度的试验方法和仪器通过对不同试验方法研究结论的比较，结合工地现场不同压实机械、压实厚度情况下所测风积沙的干密度值，总结出了采用振动法确定风积沙最大干密度的试验方法和仪器，并对试验仪器的参数提出了明确技术指标，特别是具有创新性地提出以振动台加速度作为指标选择振动台的新观点，所推荐的试验方法具有操作简单，与工地施工工艺、施工机械压实效果相匹配的优点。(4)深入研究了风积沙在不同压实标准情
13、况下“沙基强度变形特性”以 CBR、回弹模量等试验为基础，分析了风积沙强度指标的变化规律，总结出风积沙的“沙基强度变形特性” 。(5)首次系统地研究了风积沙压实机理在理论计算的基础上，分析、比较了不同压实方法的压实效果，利用振动学原理，重点研究了风积沙振动压实过程中双驼峰的形成机理及加速度对压实效果的影响，并结合静力、动力压实特性的研究结论，首次较系沙漠地区公路路基压实标准及方法研究 总报告简本5统地分析了风积沙压实机理，为沙漠路基稳定性、干压实理论等提供了理论依据。(6)推荐出较为合理的风积沙路基设计参数通过室内不同密度、含水量状况下回弹模量的测定，在分析大型试槽不同密度情况下不同尺寸承载板
14、所测回弹模量试验资料的基础上，对实体工程不同季节进行了现场测定，也对旧路稳定典型路段进行了测试、分析，较为全面地总结出风积沙路基回弹模量值的变化规律，推荐出了路基设计参数。利用研究成果，对榆靖沙漠高速公路路面结构进行了优化，减薄了原路面设计厚度，修筑 1km 的试验路，经检测达到了设计要求，产生较大的经济效益。(7)首次提出了不同等级公路风积沙路基的压实标准，同时提出了风积沙路基不同填土高度采用同一压实标准的观点通过理论分析，阐明了在不增加机械台班的基础上，具有创新性地提出风积沙路基填方路段不分压实度区间的观点，结合最大干密度值的确定仪器和试验方法，经现场试验及实体工程的沉降观测，提出了不同等
15、级公路风积沙路基压实标准，为风积沙路基质量评定标准、施工规范的制定奠定了基础，填补了国内风积沙路基压实无标准可依的空白。(8)编制了适合沙漠地区公路路基施工的沙区路基施工技术规程在总结实体工程和室内试验研究成果的基础上，与西部交通建设科技项目“沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究”课题组共同编制了陕西省沙漠地区沙区路基施工技术规程 ，经榆靖沙漠高速公路、陕蒙界半幅沙漠高速公路、靖王(GZ35)高速公路沙区路段的应用和验证，成功地指导了三条高速公路沙漠路基的施工，解决了路基施工工艺、机械组合、密度检测仪器和方法、压实标准、最大干密度的确定方法等沙漠路基施工中的技术难题。这三条公路已建成，经检测工程质量达到设计要求，也未出现任何路基变形等病害。沙漠地区公路路基压实标准及方法研究 总报告简本6(9)通过推广应用，取得了巨大的经济效益和社会效益此项研究成果成功地应用于陕西三条沙漠高速公路的施工中，解决了沙漠地区公路路基填料缺乏问题，利用阶段研究成果，对榆靖沙漠高速公路原
