王少文，闫振强，王立江，王浩，张新缸，胡文军

（1.山东省公路桥梁建设有限公司，济南 250000；2.山东建筑大学，济南 250101）

1 引言

风化砂是地表岩层经过风化作用而产生的，耐久性相比于一般土料而言较差，物理力学性质较不稳定[1]。新台高速XTSG-1标段自北向南经过鲁中南中低山丘陵工程地质区，道路两侧分布有大量风化砂，价格低廉，若合理利用作为路基填料则可大量节省资金，降低工程造价，带来巨大的经济和环境效益[2～4]。目前，对于风化砂的研究大部分都聚焦于利用水泥或者石灰粉煤灰来对风化砂进行改良处理。郭应杰等[5]对风化砂的物理力学性质进行了试验研究，对经水泥稳定后的效果和路用性能进行了探讨，发现其强度增长较大，能够满足规范规定的强度要求。杨俊等[6～9]研究了水泥稳定风化砂和二灰稳定风化砂的路用性能。马远镈[10]研究了不同含泥量的水泥稳定风化砂的无侧限抗压强度，发现水泥和黏土掺量的增加均会使强度出现峰值。刘红等[11]研究了二灰稳定风化砂的无侧限抗压强度特性的影响规律，发现其强度均满足作为一级公路底基层的强度指标要求。

本文以风化砂为研究对象，通过试验研究在建新台高速XTSG-1标段沿线分布风化砂的颗粒组成、矿物成分、击实特性、承载比特性和回弹模量，了解其物理力学性质，为更好地利用风化砂作为路床填料提供理论支撑。

2 风化砂的物理力学性质

2.1 矿物成分

通过XRD试验得到该风化砂的主要矿物成分，Na(AlSi3O8)占比为63%，是其主要组成部分，它是钠的铝硅酸盐，一种常见的长石矿物。其次为SiO2，占比为33%。

2.2 级配

本文取K5+200和K11+800两个不同桩号的风化砂进行筛分试验，筛分试验结果如图1所示。K5+200位置处的风化砂砾粒组含量为50.7%，大于50%，细粒含量为5%～15%，命名为含细粒土砾。不均匀系数Cu为12，曲率系数Cc为4.08，土中缺少中间粒组。K11+800桩号处的风化砂砾粒组含量为75.2%，大于50%，细粒含量＜5%，不均匀系数Cu为40，曲率系数Cc为2.5，为级配良好砾。根据以上2组取自不同桩号处的风化砂筛分结果及级配曲线，可知不同位置风化砂的级配存在明显差异，且颗粒分布存在较大的不均一性。

图1 K5+200、K11+800粒径累计曲线

2.3 液塑限

本文对粒径小于0.5mm的细粒土液塑限（K5+200）进行了试验，得到结果是：液限为29.23，塑限为18.74，塑性指数IP为10.49，小于0.5mm细粒部分为粉质黏土。

3 试验方案及结果分析

本文试验试件制备及试验方法均按照JTG E40—2007《公路土工试验规程》中相应规定进行，击实试验采用重型击实，回弹模量试验采用强度仪法。

3.1 风化砂击实试验结果及分析

2个桩号的风化砂的击实曲线如图2所示。经过非线性拟合之后，得到K5+200位置处风化砂最佳含水率为7.45%，最大干密度为2.224g/cm3，相关系数为0.9792； K11+800位置处风化砂最佳含水率8.63%，最大干密度为2.248g/cm3，相关系数为0.994 4。对不同风化砂取样位置的击实特性进行分析，由图2可知，最佳含水率基本保持在约8%，最大干密度稳定在约2.2g/cm3。虽然不同位置处风化砂的级配差异性较大，但是其最佳含水率和最大干密度并不因其位置的不同而产生较大的差异。

图2 K5+200、K11+80拟合击实曲线

3.2 承载比试验结果及分析

承载比是路基土和路面材料的强度指标，是柔性路面设计的主要参数之一。针对不同位置处的风化砂进行承载比试验，试验结果如图3和图4所示。

图3 K5+200 CBR（98击）测试值

图 4 K11+800 CBR（98击）测试值

当贯入量l=2.5mm时，试件1、试件2和试件3的CBR值分别为48.31%、46.20%和41.18%。当贯入量l=5mm时，试件1、试件2和试件3的CBR值分别为54.80%、55.97%和42.24%。采用5mm时的承载比，其平均值为51.00%。与K5+200处的风化砂相比，K11+800处风化砂的承载比提高了约6%，根据不同试件的测试结果，最小的承载比也基本上能够达到40%。根据JTG D30—2015《公路路基设计规范》规定，高速公路上路床填料最小承载比为8%，试验所用风化砂土样的CBR值是远远大于规范要求的。

3.3 回弹模量试验结果及分析

回弹模量是一个与土的性质、土的含水量以及土的密实程度具有一定相关性的函数，表示土基在弹性变形阶段内，抵抗竖向变形的能力。本文对在K11+800位置取得风化砂进行了回弹模量试验。平行试验2和试验3基本上保持一致，3级加载后的回弹变形分别为0.308、0.462、0.616和0.318、0.474、0.635，而平行试验1进行加载后，回弹变形为0.391、0.587、0.782。相对于平行试验2和试验3，各级荷载下的回弹变形均有较大增加。计算回弹模量结果如图5和图6所示。

图5 平行试验下每级荷载的回弹模量

图6 土的回弹模量

由图5和图6可以看出，平行试验1的回弹模量均小于试验2和试验3，各个试验每级荷载下的回弹模量基本相等。试验1、试验2和试验3的回弹模量分别为4987MPa、6330MPa和6151MPa。试验2和试验3的回弹模量较试验1分别提高了27%和23%。

4 结语

本文通过对风化砂进行物理力学性质的研究，主要得到如下结论：（1）本次试验所用风化砂为砾，主要组成部分为钠的铝硅酸盐，且取自不同位置的风化砂级配变异性比较大；（2）风化砂的最佳含水率在8%上下浮动，最大干密度在2.22～2.24g/cm3，与取样的位置关系不大；（3）风化砂具有较好的CBR值，能达到40%及以上；其抗压回弹模量也具有相当高的数值，能达到5822MPa。因此，以风化砂作为路床填料，其路用性能较为良好。