王少文，閆振強，王立江，王浩，張新缸，胡文軍

（1.山東省公路橋梁建設(shè)有限公司，濟南 250000；2.山東建筑大學(xué)，濟南 250101）

1 引言

風(fēng)化砂是地表巖層經(jīng)過風(fēng)化作用而產(chǎn)生的，耐久性相比于一般土料而言較差，物理力學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定[1]。新臺高速XTSG-1標段自北向南經(jīng)過魯中南中低山丘陵工程地質(zhì)區(qū)，道路兩側(cè)分布有大量風(fēng)化砂，價格低廉，若合理利用作為路基填料則可大量節(jié)省資金，降低工程造價，帶來巨大的經(jīng)濟和環(huán)境效益[2～4]。目前，對于風(fēng)化砂的研究大部分都聚焦于利用水泥或者石灰粉煤灰來對風(fēng)化砂進行改良處理。郭應(yīng)杰等[5]對風(fēng)化砂的物理力學(xué)性質(zhì)進行了試驗研究，對經(jīng)水泥穩(wěn)定后的效果和路用性能進行了探討，發(fā)現(xiàn)其強度增長較大，能夠滿足規(guī)范規(guī)定的強度要求。楊俊等[6～9]研究了水泥穩(wěn)定風(fēng)化砂和二灰穩(wěn)定風(fēng)化砂的路用性能。馬遠镈[10]研究了不同含泥量的水泥穩(wěn)定風(fēng)化砂的無側(cè)限抗壓強度，發(fā)現(xiàn)水泥和黏土摻量的增加均會使強度出現(xiàn)峰值。劉紅等[11]研究了二灰穩(wěn)定風(fēng)化砂的無側(cè)限抗壓強度特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其強度均滿足作為一級公路底基層的強度指標要求。

本文以風(fēng)化砂為研究對象，通過試驗研究在建新臺高速XTSG-1標段沿線分布風(fēng)化砂的顆粒組成、礦物成分、擊實特性、承載比特性和回彈模量，了解其物理力學(xué)性質(zhì)，為更好地利用風(fēng)化砂作為路床填料提供理論支撐。

2 風(fēng)化砂的物理力學(xué)性質(zhì)

2.1 礦物成分

通過XRD試驗得到該風(fēng)化砂的主要礦物成分，Na(AlSi3O8)占比為63%，是其主要組成部分，它是鈉的鋁硅酸鹽，一種常見的長石礦物。其次為SiO2，占比為33%。

2.2 級配

本文取K5+200和K11+800兩個不同樁號的風(fēng)化砂進行篩分試驗，篩分試驗結(jié)果如圖1所示。K5+200位置處的風(fēng)化砂礫粒組含量為50.7%，大于50%，細粒含量為5%～15%，命名為含細粒土礫。不均勻系數(shù)Cu為12，曲率系數(shù)Cc為4.08，土中缺少中間粒組。K11+800樁號處的風(fēng)化砂礫粒組含量為75.2%，大于50%，細粒含量＜5%，不均勻系數(shù)Cu為40，曲率系數(shù)Cc為2.5，為級配良好礫。根據(jù)以上2組取自不同樁號處的風(fēng)化砂篩分結(jié)果及級配曲線，可知不同位置風(fēng)化砂的級配存在明顯差異，且顆粒分布存在較大的不均一性。

圖1 K5+200、K11+800粒徑累計曲線

2.3 液塑限

本文對粒徑小于0.5mm的細粒土液塑限（K5+200）進行了試驗，得到結(jié)果是：液限為29.23，塑限為18.74，塑性指數(shù)IP為10.49，小于0.5mm細粒部分為粉質(zhì)黏土。

3 試驗方案及結(jié)果分析

本文試驗試件制備及試驗方法均按照JTG E40—2007《公路土工試驗規(guī)程》中相應(yīng)規(guī)定進行，擊實試驗采用重型擊實，回彈模量試驗采用強度儀法。

3.1 風(fēng)化砂擊實試驗結(jié)果及分析

2個樁號的風(fēng)化砂的擊實曲線如圖2所示。經(jīng)過非線性擬合之后，得到K5+200位置處風(fēng)化砂最佳含水率為7.45%，最大干密度為2.224g/cm3，相關(guān)系數(shù)為0.9792； K11+800位置處風(fēng)化砂最佳含水率8.63%，最大干密度為2.248g/cm3，相關(guān)系數(shù)為0.994 4。對不同風(fēng)化砂取樣位置的擊實特性進行分析，由圖2可知，最佳含水率基本保持在約8%，最大干密度穩(wěn)定在約2.2g/cm3。雖然不同位置處風(fēng)化砂的級配差異性較大，但是其最佳含水率和最大干密度并不因其位置的不同而產(chǎn)生較大的差異。

圖2 K5+200、K11+80擬合擊實曲線

3.2 承載比試驗結(jié)果及分析

承載比是路基土和路面材料的強度指標，是柔性路面設(shè)計的主要參數(shù)之一。針對不同位置處的風(fēng)化砂進行承載比試驗，試驗結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 K5+200 CBR（98擊）測試值

圖 4 K11+800 CBR（98擊）測試值

當貫入量l=2.5mm時，試件1、試件2和試件3的CBR值分別為48.31%、46.20%和41.18%。當貫入量l=5mm時，試件1、試件2和試件3的CBR值分別為54.80%、55.97%和42.24%。采用5mm時的承載比，其平均值為51.00%。與K5+200處的風(fēng)化砂相比，K11+800處風(fēng)化砂的承載比提高了約6%，根據(jù)不同試件的測試結(jié)果，最小的承載比也基本上能夠達到40%。根據(jù)JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，高速公路上路床填料最小承載比為8%，試驗所用風(fēng)化砂土樣的CBR值是遠遠大于規(guī)范要求的。

3.3 回彈模量試驗結(jié)果及分析

回彈模量是一個與土的性質(zhì)、土的含水量以及土的密實程度具有一定相關(guān)性的函數(shù)，表示土基在彈性變形階段內(nèi)，抵抗豎向變形的能力。本文對在K11+800位置取得風(fēng)化砂進行了回彈模量試驗。平行試驗2和試驗3基本上保持一致，3級加載后的回彈變形分別為0.308、0.462、0.616和0.318、0.474、0.635，而平行試驗1進行加載后，回彈變形為0.391、0.587、0.782。相對于平行試驗2和試驗3，各級荷載下的回彈變形均有較大增加。計算回彈模量結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 平行試驗下每級荷載的回彈模量

圖6 土的回彈模量

由圖5和圖6可以看出，平行試驗1的回彈模量均小于試驗2和試驗3，各個試驗每級荷載下的回彈模量基本相等。試驗1、試驗2和試驗3的回彈模量分別為4987MPa、6330MPa和6151MPa。試驗2和試驗3的回彈模量較試驗1分別提高了27%和23%。

4 結(jié)語

本文通過對風(fēng)化砂進行物理力學(xué)性質(zhì)的研究，主要得到如下結(jié)論：（1）本次試驗所用風(fēng)化砂為礫，主要組成部分為鈉的鋁硅酸鹽，且取自不同位置的風(fēng)化砂級配變異性比較大；（2）風(fēng)化砂的最佳含水率在8%上下浮動，最大干密度在2.22～2.24g/cm3，與取樣的位置關(guān)系不大；（3）風(fēng)化砂具有較好的CBR值，能達到40%及以上；其抗壓回彈模量也具有相當高的數(shù)值，能達到5822MPa。因此，以風(fēng)化砂作為路床填料，其路用性能較為良好。