風(fēng)積沙碾壓方式與施工成本

風(fēng)積沙碾壓方式與施工成本分析【引言】風(fēng)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(qiáng)、毛細(xì)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(shí)較為困難，需用振動(dòng)法或灌水法才能壓實(shí)。只有經(jīng)充分壓實(shí)的路基才能實(shí)現(xiàn)壓縮變形小，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的目的。風(fēng)積沙路基采用何種壓實(shí)方法，是關(guān)系到風(fēng)積沙筑路路基穩(wěn)定性和強(qiáng)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(fēng)積沙筑路急待解決的問題。我們?cè)诮煌ú课鞑拷煌萍柬?xiàng)目“風(fēng)積沙在兵團(tuán)墾區(qū)公路墊層中的應(yīng)用”的課題研究中經(jīng)過對(duì)風(fēng)積沙的干壓和濕壓兩種碾壓方法的壓實(shí)強(qiáng)度和施工成本進(jìn)行對(duì)比分析，提出經(jīng)濟(jì)合理的現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓方法，對(duì)于應(yīng)用風(fēng)積沙筑路施工具有一定的指導(dǎo)意義。1風(fēng)積沙壓實(shí)的兩種方法及特點(diǎn)風(fēng)積沙壓實(shí)方法從有關(guān)資料和施工經(jīng)驗(yàn)表明，有干壓（即在天然含水量狀態(tài)下，對(duì)風(fēng)積沙進(jìn)行壓實(shí)）與濕壓（即在飽和水狀態(tài)下進(jìn)行壓實(shí)）兩種方法。第一作者個(gè)人信息：袁銘，男，1962年4月出生，漢族，河南項(xiàng)城人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈缆放c橋梁工程1.1干壓：就是用天然狀態(tài)的風(fēng)積沙不撒水進(jìn)行碾壓。由于壓路機(jī)在松散的沙土上很難行走，需要采取特殊的措施，通常在風(fēng)積沙頂層鋪15cm～20cm天然砂礫料，再進(jìn)行碾壓。這種砂礫料一般情況下會(huì)嵌入風(fēng)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(gè)人信息：袁銘，男，1962年4月出生，漢族，河南項(xiàng)城人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈缆放c橋梁工程1.2濕壓：就是撒水至飽和后進(jìn)行常規(guī)碾壓。此種碾壓的特點(diǎn)是先對(duì)風(fēng)積沙路基填方或挖方進(jìn)行整平后，利用覆帶式推土機(jī)配合撒水車進(jìn)行撒水至飽和（一般飽和含水量為18%～20%）后，靜置2～4小時(shí)后采用推土機(jī)初壓、振動(dòng)壓路機(jī)復(fù)壓和收光。在碾壓完畢后直接進(jìn)行上層結(jié)構(gòu)層的施工。2風(fēng)積沙的力學(xué)特性在對(duì)風(fēng)積沙擊實(shí)特性、強(qiáng)度性能進(jìn)行研究時(shí)，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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)和回彈模量試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見表1。風(fēng)積沙干密度、E0值和含水量試驗(yàn)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(hào)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(hào)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(hào)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(fēng)積沙擊實(shí)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(dá)到較大干密度值，即出現(xiàn)兩個(gè)峰值。整個(gè)擊實(shí)曲線在中間部位較為平緩，在接近飽和和風(fēng)干時(shí)急劇增大出現(xiàn)峰值，這對(duì)風(fēng)積沙的干壓和濕壓兩種壓實(shí)方法提供了理論依據(jù)。從擊實(shí)結(jié)果還可看出風(fēng)積沙擊實(shí)的最小干密度也可以達(dá)到最大干密度的93%以上，這說明風(fēng)積沙干密度對(duì)水的敏感性不強(qiáng)。2.2含水量與回彈模量的關(guān)系風(fēng)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(fēng)干及接近飽和狀態(tài)下分別達(dá)到了較大值，兩個(gè)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(duì)風(fēng)積沙的碾壓在含水量處于風(fēng)干和飽和中間時(shí)雖可以滿足壓實(shí)度的要求，但是強(qiáng)度會(huì)有較大的降低。在干燥及飽和狀態(tài)下風(fēng)積沙具有較高的強(qiáng)度，而且相對(duì)較易壓實(shí)，這為風(fēng)積沙采用干壓和濕壓提供了強(qiáng)度依據(jù)。2.3壓實(shí)的難易程度在相同的壓實(shí)功下，沙樣A干壓比濕壓易達(dá)到壓實(shí)；沙樣B采取干壓和濕壓達(dá)到壓實(shí)的難易程度相差不大；而對(duì)于沙樣C采取濕壓較干壓能夠達(dá)到壓實(shí)要求。這說明隨著細(xì)顆粒含量的增大，從壓實(shí)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(shí)效果、節(jié)省工程造價(jià)。3兩種壓實(shí)方法的分析比較風(fēng)積沙碾壓無(wú)論采取哪一種方法，都必須保證風(fēng)積沙路基的強(qiáng)度，并盡可能采取經(jīng)濟(jì)合理切實(shí)可行的碾壓施工方法。3.1強(qiáng)度要求從表1中可以看出，風(fēng)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(qiáng)度要求。所以從保證路基強(qiáng)度方面看，采用干壓和濕壓均能滿足要求，但是無(wú)論采取哪一種碾壓方法，首先必須滿足路基的強(qiáng)度方面的要求。設(shè)E0為路基的設(shè)計(jì)要求回彈模量值、E01為干燥時(shí)的風(fēng)積沙回彈模量值、E02為濕壓時(shí)的回彈模量值。（1）在E01≥E02≥E0或E02≥E01≥E0時(shí)，選擇干壓或濕壓均能滿足要求，這要從經(jīng)濟(jì)方面再考慮。（2）在E01>E0>E02時(shí)，選擇干壓。（3）在E02>E0>E01時(shí)，選擇濕壓。3.2施工成本分析風(fēng)積沙筑路材料在干壓和濕壓下均能滿足路基設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求時(shí)（即E01>E02>E0或E02>E01>E0時(shí)），采用哪種碾壓方法，應(yīng)從施工成本方面進(jìn)行分析考慮，對(duì)工程造價(jià)影響較大的因素主要由碾壓施工機(jī)械成本和材料運(yùn)輸成本兩部分組成。3.2.1碾壓施工機(jī)械成本目前普遍使用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓。對(duì)于風(fēng)積沙來說，由于粘聚力很小，振動(dòng)時(shí)易使顆粒處于振動(dòng)狀態(tài)，所需的慣性力也較小，從而使得振動(dòng)壓力波波及到較大的深度，獲得較大的有效壓實(shí)深度和較好的壓實(shí)效果，有效深度一般可達(dá)到1～2m。所以對(duì)于這兩種碾壓方法在填料厚度一般在1.0m以內(nèi)時(shí)碾壓施工機(jī)械成本可視為相同。3.2.2材料運(yùn)輸成本分析計(jì)算這兩種碾壓方法影響運(yùn)輸成本的主要因素是水和砂石料的運(yùn)費(fèi)差價(jià)問題。在此其材料原價(jià)及裝車費(fèi)可視為相同。3.2.2.1干壓天然砂礫料的運(yùn)費(fèi)為：C1=1.7×γ1×V1×L1…………………（1）式中：γ1--天然沙礫料的運(yùn)率，單位：元/t·Km。（運(yùn)距40km及以上運(yùn)率為0.31元/t·Km）C1--天然砂礫的總運(yùn)費(fèi)，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(yùn)距，單位：Km。一般砂礫石運(yùn)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(yùn)費(fèi)為：C2=1.5γ2V2ωL2……………………（3）式中：γ2--水的運(yùn)率，單位：元/t·Km（可查短途運(yùn)率表，當(dāng)運(yùn)距40km及以上運(yùn)率為0.31元/t·Km）；C2--水的總運(yùn)費(fèi)，單位：元；V2--風(fēng)積沙的方量，單位：m3；L2--水的平均運(yùn)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(jì)算實(shí)際上應(yīng)為運(yùn)距L1和L2之間的比較，在施工成本方面進(jìn)行比較主要是C1和C2的比較。在此引進(jìn)一個(gè)風(fēng)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(fēng)積沙的數(shù)量因此B>1。而兩者的費(fèi)用在同一類地區(qū)及平均運(yùn)距確定的前提下與材料的運(yùn)輸方量及濕壓含水量有關(guān)。由于B值、運(yùn)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(fēng)積沙的平均運(yùn)距及天然砂礫石料量的平均運(yùn)距。碾壓方式及施工成本分析比較如下：（1）在水的運(yùn)距<40Km時(shí)γ2可查短途運(yùn)率：當(dāng)C1>C2時(shí)，采取濕壓。此時(shí)L1>0.57Bγ2L2……………（6）當(dāng)C1=C2時(shí)，濕壓和干壓費(fèi)用相等。此時(shí)L1＝0.57Bγ2L2…………（7）但從強(qiáng)度方面應(yīng)優(yōu)先采用強(qiáng)度較高的方法或選取對(duì)本類風(fēng)積沙較易壓實(shí)的施工方法。當(dāng)C1<C2時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采取干壓。此時(shí)L1<0.57Bγ2L2……………（8）（2）在水的運(yùn)距≥40Km時(shí)γ2=0.31元/t·Km：當(dāng)C1>C2時(shí)，采取濕壓。此時(shí)L1>0.18BL2………………（9）當(dāng)C1=C2時(shí)，濕壓和干壓均可，但應(yīng)從方便施工選擇。此時(shí)L1＝0.18BL2……………（10）當(dāng)C1<C2時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采取干壓。此時(shí)L1<0.18BL2……………（11）4結(jié)語(yǔ)風(fēng)積沙筑路碾壓時(shí)，從其特性可以采用濕壓和干壓兩種方法，但是為保證風(fēng)積沙路基的強(qiáng)度，必須在飽和或風(fēng)干狀態(tài)進(jìn)行壓實(shí)，否則從強(qiáng)度和壓實(shí)的難易程度上均難達(dá)到要求。在保證風(fēng)