1  概述

中国地域辽阔，火山分布广泛。在火山地区存在大量的火山渣资源。将其应用到公路路基中，对减少常规填料的开采，节约有限的国土资源，保护自然环境，降低工程造价等将具有十分可观的经济及社会效益。为研究火山渣的路用性能，我们在国道208线二连浩特至白音察干段于2000年对乌兰哈达火山的火山渣进行了应用，并在2004年3月（通车2年零6个月）进行了路面横向裂缝调查。

1.1      火山渣的物理性质

火山渣（Scoria）是一种火山喷发中经过高温燃烧喷出后冷却形成的矿渣状多孔轻质材料，由孔隙、火山玻璃和矿物组成。孔隙是由于泡沫破裂、气体逃逸而形成。火山渣通常为黑色、深灰色、红色和棕色。自然形态以粗粒状火山堆积形式存在，主要靠颗粒间的嵌挤作用而形成不规则排列，开采较容易。乌兰哈达火山渣的物理性质试验结果见表1-1。

表1-1乌兰哈达火山渣物理性质试验结果

火山渣作为一种火山作用的残余物，由于形成时高温燃烧的作用，内部可燃物质充分燃烧，余下的火山残渣具有很高的孔隙率，较小的干密度，较高的压碎值。具有水渗透能力强、抗压碎能力差的工程性质，是一种典型的轻质材料。

1.2      天然火山渣的粒度成分

天然火山渣主要以粗颗粒分布，粒径较均匀，细颗粒含量很少，级配较差。在所使用的乌兰哈达火山渣中，15mm～60mm的颗粒占70%以上，0.075mm以下的颗粒小于2%；其有效粒径d10为1.5mm，粒径d30为15.4mm（d30为通过量30%时的粒径），限制粒径d60=37.9mm；不均匀系数Cu=30.2，曲率系数Cs=4.8。

1.3      试验路段及相邻路段概况

208线二连浩特至白音察干段为平原区二级公路，于2001年10月建成通车，路基宽12米，路面宽9.0米。火山渣试验段选择在火山附近约0.8km的K144+320～144+720段。该路段地形较平坦，地下水位较高，在设计中为水文地质不良路段。原设计中，路基采用湿地断面形式，地面以上50cm及地面下挤淤20cm用远运砂砾来填筑。试验段路基用火山渣填筑及挤淤，采用石灰、火山灰稳定级配碎石半刚性基层，其中火山灰由火山渣磨细而成。路面设计弯沉值40.8（0.01mm），试验路段及相邻路段路基、路面结构见表1-2。

表1-2 试验路段及相邻路段的路基、路面结构

2  火山渣的击实性能

为了解试验方法对击实标准的影响和击实对火山渣级配的影响，分别采用了表面振动压实仪法和重型标准击实法进行对比试验；同时，在表面振动压实仪法中对火山渣进行了筛分试验。根据击实试验结果及击实中发现的现象，可得出以下认识：

2.3.2.52.1             火山渣的最大干密度比一般土质小，击实后仍有很大的孔隙率。

重型标准击实和表面振动击实，试验结果类似，火山渣的最大干密度分别为1.255g/cm3和1.200g/cm3；最大干密度时的孔隙率仍分别高达52.5和54.6%；具有最大干密度小、孔隙率大的特点。最大干密度小的原因主要有两方面：⑴火山渣颗粒内部的孔隙大。虽然击实中，一部分空隙被细颗粒填充，一些颗粒被挤碎，但击实后的颗粒内仍然有很大孔隙；⑵火山渣的级配较差。级配直接影响到最大干密度的大小。根据颗粒相互填充、挤密的原理，若级配不良，细颗粒含量较少时，大颗粒间空隙较大，无法达到空隙率最小的效果。

2.3.2.12.2             火山渣级配的变化是火山渣击实中产生的主要现象之一。

天然火山渣振动击实前后级配的变化见表2-1和表2-2。从表2-1中可以看出，击实前火山渣颗粒的粒径比较单一，颗粒较粗，级配较差。振动击实后火山渣粒径总体上减小，不均匀系数明显提高，并且有效粒径在0.5～0.6mm之间。这说明，振动击实后颗粒的粒径及颗粒之间的空隙总体上减小，粒径的分布范围加大，级配趋向密实。

从表2-2中可以看出，火山渣在振动击实过程中，颗粒受振动冲击作用，部分颗粒被压碎，被压碎颗粒主要为40mm以上的粒径。这是因为，火山渣在被压碎的过程中，由于粗颗粒之间的接触面积较小，接触应力较大，故粗颗粒将首先被压碎而使其粒径变小。同时，振动后4.75～9.5mm的颗粒增加较多，颗粒大小和形状也发生一定变化。

表2-1天然火山渣振动击实前后筛分结果

表2-2 火山渣振动击实后分计筛余的增加值,%