沙漠地区风积沙路基湿压法施工技术

1 前 言
　　我国沙漠在东北、华北、西北分布较广，且多为风积沙。沙漠地区人烟稀少、筑路材料缺乏，所需的土、砂石料、水泥、沥青、钢材等主材均需远运。为降低工程造价，本着就地取材的原则路基填筑以风积沙为主。根据风积沙的物理力学性质和实践结果表明，风积沙路基具有整体稳定性好、沉降量小、沉降速度快、水稳性好等优点，但风积沙在天然条件下呈松散状态，内聚力几乎为零，抗剪性能极差，一般机具难以行驶，普通钢轮压路机根本无法碾压至规定的压实度。同时由于沙漠地带特殊的气候、地质状况，使得沙漠公路的施工比一般气候、地质条件下的公路施工难度要大得多。下面结合国道218线铁干里克—若羌的沙漠公路建设，对风积沙路基施工的机械选型、湿压法施工方法以及施工注意事项作一介绍。
　　2 工程概况
　　G218线铁干里克镇—若羌县公路位于塔克拉玛干沙漠边缘，沿塔里木河古河道西侧布线，沿线有固定、半固定沙丘、沙垄分布，属平原微丘地形，沙漠地貌。路线两侧土质多为冲积、风积而成的粉砂土、低液限粘土夹粉砂。由于塔河断流，致使该地区生态环境恶化，绿色走廊退化，沙化加剧，森林植物成片枯死。
　　该地区气候炎热，空气干燥，低降雨高蒸发，极端最高气温43.6℃，年蒸发量2 902mm，年降水量仅47mm，水源缺乏，地下水位埋深在10~30m之间。沙尘暴频繁，最大风速40m/s。公路主要病害为沙埋和风蚀。
　　路基设计采用风积沙作为填料，两侧用低液限粘土或粉砂土作为包边土，以防止风蚀作用对路基的破坏。
　　3 施工准备工作
　　3.1 施工便道
　　为提高车辆的运输效率，取土场至路基的施工便道应精心修建。先用推土机粗平，再用平地机精平，为提高便道的承载力，铺设4.5m宽土工布，再铺筑10~20cm粘土或砂砾料，洒水碾压密实。每隔100~200m修建错车道。
　　3.2 水源解决
　　选择距施工现场较近的塔河古河道旁钻井，井深一般12~40m，配备15~24Kw柴油发电机组、5.5~7.5Kw潜水泵从井中抽水，井旁修建80~150m3蓄水池并保证蓄水量以备不时之需。考虑到沙漠地区气候炎热、高蒸发量和风积沙路基施工用水量大的特点，原则上一个路基施工队由一口水井供水。
　　3.3 取土场选择
　　采用集中取土场取土，取土场选择应尽量避免对荒漠植被造成破坏并尽量设在水井旁，从蓄水池或直接从水井中抽水焖料，避免用干沙填筑再洒水的做法。
　　3.4 施工机械车辆的选择
　　沙漠地带地广人稀，交通运输极为不便，高温、沙尘天气对机械车辆的损害大，机械维修保养、配件供应等极为不便。因此，应尽量考虑在沙区能较为便利行走的大型机械车辆，推土机宜采用T120以上、自卸车采用8~15T、洒水车采用8~15m3较为经济，选用14T以上前后轮驱动的振动压路机为宜，并尽量调配较新或状况较好的设备进场。
　　4 路基填筑
　　4.1 标准击实
　　根据以往大量实验研究表明:风积沙标准击实曲线随着含水量由0%至最佳含水量的变化,往往呈现出波动形状,在0%附近和最佳含水量时会出现两个较大的干密度峰值,所以在风积沙施工中,一般可采用干压实或湿压实两种不同的施工工艺。在干旱缺水地区，若取水十分困难，施工技术、施工条件及施工工艺具备，可以利用干压实法进行风积沙路基碾压成型（风积沙干压实具有相当的难度）；同时在有条件取水的施工地段，也可以采用传统的路基施工碾压作业模式（风积沙湿压实相对较简单，易于控制、操作），利用湿压实法进行路基碾压施工。
　　此次施工路段位于塔河古河道旁，有条件取水，为了提高施工进度所以因地制宜，采取采用传统的压实工艺进行施工。根据《公路工程土工试验规程》（JTJ053−98），结合实际的施工工艺,仅利用湿法进行风积沙室内标准击实试验(含水量试验区间为8%至15%)，由标准击实曲线得出最佳含水量12.6%，最大干密度1.778g/m3 。其结果见表1和图1。

图1 标准击实曲线

　　4.2 挖装、运输及整平
　　取土前根据用量对取土场做好规划，用挖掘机从预定开挖深度往上装土，进出取土场的便道要及时洒水。运输以8~15T自卸车为主，自卸车在用湿压法碾压密实的中间层上行使，一般情况下不会陷车，但该土层失水或车辆调头则行走非常困难。自卸车卸土后推土机粗平，平地机精平，洒水车及时补洒水。施工中注意各道工序要紧凑，尽量避免风积沙土基水分下渗和蒸发而用洒水车大量补水的情况发生。
　　4.3 碾压
　　风积沙对振动很敏感，在最佳含水量时，采用振动压路机碾压，压实效果好，效率高。根据库伦定律：τf=σ·tgφ+C，风积沙的抗剪强度τf是由粘聚力C，内摩擦角φ和作用于剪切面上的法向应力σ形成的。风积沙的粘聚力基本为0，因此只有增大内摩擦角才能获得较大的抗剪强度。基于风积沙的上述力学性质，压实是风积沙路基施工中的难点。
　　4.3.1 碾压特点及压路机型选择 初压时，压轮挤出的松沙壅积于前轮下，后轮碾压过的表面由于剪切作用发生错动，造成压路机行走困难，若沙层含水量偏低，还会出现压路机打滑以至于深陷于沙层中的现象。因此碾压宜采用前后轮驱动的振动压路机。
　　4.3.2 碾压时应遵循原则 风积沙碾压时应遵循以下原则：碾压前，用洒水车补洒水，控制沙层含水量比最佳含水量大2~3%，以补偿施工中水分的下渗和蒸发。振动压路机以50~80m做为一个碾压段，按先静压后振动、先边后中、先慢后快的顺序碾压4~5遍。风积沙压实度在接近或达到最大干密度时，内摩擦角φ最大其抗剪强度也最大，机械车辆能在土层上较为自由的行驶或工作。
　　4.3.3 碾压时应注意事宜 ①由于风积沙成型后的抗剪强度较差，振动压路机压实后表层5~10cm密实度较低呈松散状，作为中间层，不会影响路基质量。这是因为风积沙透水性好，上层施工时，水在沙层中直接往下渗，该松散薄层的含水量增大，在压路机的作用下，密实度将达到规定值。实践证明，振动压路机的有效压实范围可达50cm，并且在有效压实范围内越往下密度越大。
　　②风积沙含水量过大，碾压时出现弹簧现象不会对纯风积沙填筑的路基质量产生不利影响，由于风积沙的滤水作用和水稳性好的特点，出现弹簧现象的路基填方不用翻挖，只要等待约1小时后碾压即可达到规定的密实度。
　　4.4 路基顶层施工
　　封顶层施工时，振动压路机碾压后表层5~10cm松散，路基弯沉值满足不了设计要求。此时，用洒水车洒水，使沙层含水量达到或超过最佳含水量，用YL16T胶轮压路机碾压3~4遍，使路基顶面形成平整、紧密的表面，弯沉值即可达到设计要求。待整个施工段碾压完毕（300~500m）立即进行自检、报检，重点是压实度、高程和弯沉的检验。在自检、报检和底基层施工前，应始终用洒水车补水以保持路基水分，否则表层失水松散，弯沉将达不到设计标准，路基质量难以保证。
　　5 填筑施工注意事项
　　根据沙漠地带的气候特点和风积沙路基施工的特殊工艺，施工时应注意：①应尽量避开中午的炎热高温和沙尘天气，沙漠夏季的平均气温在35℃以上，人员和机械均难以承受，施工时间应尽量考虑早、晚和夜间。在沙尘天气中，机械不宜出工，无孔不入的沙尘对机械设备有难以估量的破坏作用。
　　②施工队伍的段落划分不宜过长，应集中力量从路线一端进行推进，并使各施工段落尽快连成一片，便于所有机械设备尤其是胶轮、振动压路机的统一调配，提高设备的利用率。同时，利用已成型路基作为施工便道，可大大提高车辆的运输效率。
　　③路基交验段落不宜过长，以300~500m为宜，交验合格后立即用底基层砂砾料进行覆盖。
　　6 结束语
　　沙漠地区路基湿压法施工，重点是解决好施工用水、焖料及碾压问题，遵循短、快原则，即施工段落宜短，施工速度要快，各工序施工紧凑；对运输车辆、压路机等机械在填筑层上作业时要有充分的思想准备和必要的措施，克服施工机械在风积沙路基上打滑、陷车。这些是风积沙路基施工的特点和不同于其他土质路基施工的关键所在。

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