風積沙碾壓方式與施工成本

風積沙碾壓方式與施工成本分析【引言】風積沙作為路基，具有較高的回彈模量值及CBR值、較大的內(nèi)摩擦系數(shù)，其透水性強、毛細水上升高度很小，因此水穩(wěn)性好，是較好的筑路材料。但由于其粘性較小、易于松散，壓實較為困難，需用振動法或灌水法才能壓實。只有經(jīng)充分壓實的路基才能實現(xiàn)壓縮變形小，達到設計規(guī)范要求的目的。風積沙路基采用何種壓實方法，是關(guān)系到風積沙筑路路基穩(wěn)定性和強度的首要條件及影響筑路成本的關(guān)鍵因素，也是目前利用風積沙筑路急待解決的問題。我們在交通部西部交通科技項目“風積沙在兵團墾區(qū)公路墊層中的應用”的課題研究中經(jīng)過對風積沙的干壓和濕壓兩種碾壓方法的壓實強度和施工成本進行對比分析，提出經(jīng)濟合理的現(xiàn)場施工碾壓方法，對于應用風積沙筑路施工具有一定的指導意義。1風積沙壓實的兩種方法及特點風積沙壓實方法從有關(guān)資料和施工經(jīng)驗表明，有干壓（即在天然含水量狀態(tài)下，對風積沙進行壓實）與濕壓（即在飽和水狀態(tài)下進行壓實）兩種方法。第一作者個人信息：袁銘，男，1962年4月出生，漢族，河南項城人，教授級高級工程師，研究方向為道路與橋梁工程1.1干壓：就是用天然狀態(tài)的風積沙不撒水進行碾壓。由于壓路機在松散的沙土上很難行走，需要采取特殊的措施，通常在風積沙頂層鋪15cm～20cm天然砂礫料，再進行碾壓。這種砂礫料一般情況下會嵌入風積沙層很大一部分，不能夠起到砂礫結(jié)構(gòu)層的作用。第一作者個人信息：袁銘，男，1962年4月出生，漢族，河南項城人，教授級高級工程師，研究方向為道路與橋梁工程1.2濕壓：就是撒水至飽和后進行常規(guī)碾壓。此種碾壓的特點是先對風積沙路基填方或挖方進行整平后，利用覆帶式推土機配合撒水車進行撒水至飽和（一般飽和含水量為18%～20%）后，靜置2～4小時后采用推土機初壓、振動壓路機復壓和收光。在碾壓完畢后直接進行上層結(jié)構(gòu)層的施工。2風積沙的力學特性在對風積沙擊實特性、強度性能進行研究時，我們選取具有代表性的三種沙樣（含0.074mm以下顆粒小于5%、5%～15%、大于15%三種沙樣）進行標準擊實和回彈模量試驗，其試驗結(jié)果見表1。風積沙干密度、E0值和含水量試驗結(jié)果表1沙樣A含水量（%）0.382.554.577.138.529.6011.1112.2414.415.7616.31沙樣代號SSP干密度（g/ccm3）1.7321.6271.6201.6301.6391.6471.6541.6571.6721.6821.672E0（MPa）58.3842.8646.8242.4947.0542.9546.5648.8042.5952.5441.29沙樣B含水量（%）0.634.426.256.769.7811.9412.3014.1115.515.8217.54沙樣代號SSF干密度（g/ccm3）1.6871.6011.6131.6111.6321.5901.6141.6611.6761.6521.620E0（MPa）54.6940.7739.3541.5636.6636.0639.8141.0247.3235.2128.49沙樣C含水量（%）0.542.143.845.777.639.8811.6114.7516.4417.2718.17沙樣代號SSM干密度（g/ccm3）1.6361.6101.6011.6191.6391.6181.6281.6661.6841.6691.603E0（MPa）71.5065.9558.6555.2854.1657.1356.2466.7462.1344.6642.282.1含水量與干密度的關(guān)系三種風積沙擊實曲線與粘性土、粉性土不同。它在干燥狀態(tài)和飽和狀態(tài)下達到較大干密度值，即出現(xiàn)兩個峰值。整個擊實曲線在中間部位較為平緩，在接近飽和和風干時急劇增大出現(xiàn)峰值，這對風積沙的干壓和濕壓兩種壓實方法提供了理論依據(jù)。從擊實結(jié)果還可看出風積沙擊實的最小干密度也可以達到最大干密度的93%以上，這說明風積沙干密度對水的敏感性不強。2.2含水量與回彈模量的關(guān)系風積沙回彈模量值也和干密度曲線一樣出現(xiàn)了雙峰值，即在風干及接近飽和狀態(tài)下分別達到了較大值，兩個峰值之差在10%以內(nèi)，都在49MPa以上，均滿足路基填土的要求。在位于中間含水量處回彈模量值變化較大，比最大值降低了29%～50%。這說明，對風積沙的碾壓在含水量處于風干和飽和中間時雖可以滿足壓實度的要求，但是強度會有較大的降低。在干燥及飽和狀態(tài)下風積沙具有較高的強度，而且相對較易壓實，這為風積沙采用干壓和濕壓提供了強度依據(jù)。2.3壓實的難易程度在相同的壓實功下，沙樣A干壓比濕壓易達到壓實；沙樣B采取干壓和濕壓達到壓實的難易程度相差不大；而對于沙樣C采取濕壓較干壓能夠達到壓實要求。這說明隨著細顆粒含量的增大，從壓實的方法選擇上講是由干壓向濕壓變化，這種選擇能保證壓實效果、節(jié)省工程造價。3兩種壓實方法的分析比較風積沙碾壓無論采取哪一種方法，都必須保證風積沙路基的強度，并盡可能采取經(jīng)濟合理切實可行的碾壓施工方法。3.1強度要求從表1中可以看出，風積沙在干燥狀態(tài)下其回彈模量值比在飽和狀態(tài)下大10%左右，其值均在50MPa以上，符合路基填土的強度要求。所以從保證路基強度方面看，采用干壓和濕壓均能滿足要求，但是無論采取哪一種碾壓方法，首先必須滿足路基的強度方面的要求。設E0為路基的設計要求回彈模量值、E01為干燥時的風積沙回彈模量值、E02為濕壓時的回彈模量值。（1）在E01≥E02≥E0或E02≥E01≥E0時，選擇干壓或濕壓均能滿足要求，這要從經(jīng)濟方面再考慮。（2）在E01>E0>E02時，選擇干壓。（3）在E02>E0>E01時，選擇濕壓。3.2施工成本分析風積沙筑路材料在干壓和濕壓下均能滿足路基設計強度的要求時（即E01>E02>E0或E02>E01>E0時），采用哪種碾壓方法，應從施工成本方面進行分析考慮，對工程造價影響較大的因素主要由碾壓施工機械成本和材料運輸成本兩部分組成。3.2.1碾壓施工機械成本目前普遍使用振動壓路機碾壓。對于風積沙來說，由于粘聚力很小，振動時易使顆粒處于振動狀態(tài)，所需的慣性力也較小，從而使得振動壓力波波及到較大的深度，獲得較大的有效壓實深度和較好的壓實效果，有效深度一般可達到1～2m。所以對于這兩種碾壓方法在填料厚度一般在1.0m以內(nèi)時碾壓施工機械成本可視為相同。3.2.2材料運輸成本分析計算這兩種碾壓方法影響運輸成本的主要因素是水和砂石料的運費差價問題。在此其材料原價及裝車費可視為相同。3.2.2.1干壓天然砂礫料的運費為：C1=1.7×γ1×V1×L1…………………（1）式中：γ1--天然沙礫料的運率，單位：元/t·Km。（運距40km及以上運率為0.31元/t·Km）C1--天然砂礫的總運費，單位：元；V1--天然砂礫料的方量，單位：m3；L1--天然沙礫料的平均運距，單位：Km。一般砂礫石運距均大于40Km則（1）式可改為C1=0.527×V1×L1……………………（2）3.2.2.2濕壓水的運費為：C2=1.5γ2V2ωL2……………………（3）式中：γ2--水的運率，單位：元/t·Km（可查短途運率表，當運距40km及以上運率為0.31元/t·Km）；C2--水的總運費，單位：元；V2--風積沙的方量，單位：m3；L2--水的平均運距，單位：Km；ω--飽和含水量百分比，一般為18%～20%（考慮損耗后取20%）。則（2）式可改為：C2=0.3γ2V2L2…………（4）3.2.2.3兩種碾壓方式施工成本的計算實際上應為運距L1和L2之間的比較，在施工成本方面進行比較主要是C1和C2的比較。在此引進一個風積沙方量體積V2與天然砂礫方量V1的比值B。B＝V2／V1……………………（5）由于同一段道路所需砂礫石料數(shù)量小于風積沙的數(shù)量因此B>1。而兩者的費用在同一類地區(qū)及平均運距確定的前提下與材料的運輸方量及濕壓含水量有關(guān)。由于B值、運率、含水量等在施工方案確定后為不變值，而影響碾壓方式選擇的主要因素為同一路段需填筑風積沙的平均運距及天然砂礫石料量的平均運距。碾壓方式及施工成本分析比較如下：（1）在水的運距<40Km時γ2可查短途運率：當C1>C2時，采取濕壓。此時L1>0.57Bγ2L2……………（6）當C1=C2時，濕壓和干壓費用相等。此時L1＝0.57Bγ2L2…………（7）但從強度方面應優(yōu)先采用強度較高的方法或選取對本類風積沙較易壓實的施工方法。當C1<C2時，應優(yōu)先采取干壓。此時L1<0.57Bγ2L2……………（8）（2）在水的運距≥40Km時γ2=0.31元/t·Km：當C1>C2時，采取濕壓。此時L1>0.18BL2………………（9）當C1=C2時，濕壓和干壓均可，但應從方便施工選擇。此時L1＝0.18BL2……………（10）當C1<C2時，應優(yōu)先采取干壓。此時L1<0.18BL2……………（11）4結(jié)語風積沙筑路碾壓時，從其特性可以采用濕壓和干壓兩種方法，但是為保證風積沙路基的強度，必須在飽和或風干狀態(tài)進行壓實，否則從強度和壓實的難易程度上均難達到要求。在保證風