1、1风积沙路基水沉法施工初探中图分类号： U213.1+4 文献标识码：A 文章编号： 摘要：对风积沙路基采用水沉法施工的理论依据和实际探索，通过试验手段解决风积沙压实问题，同时满足设计地基系数的要求。制定合理的施工工艺，对施工中可能存在的问题提出解决方案，确保工程质量可控。 关键词：水沉法，风积沙，路基填筑 Abstract: to the wind deposited sand subgrade with water sink method of the construction of the theoretical basis and practical research, through
2、 the test means to solve wind-blown sand compaction and, at the same time, meet the requirement of design foundation coefficient. Set up reasonable construction technology, construction may exist to put forward the solution and to ensure the engineering quality control. Keywords: water sink method,
3、wind-blown sand, subgrade filling 1.工程概况 由中交第二公路工程局局承接的大马何铁路马何段为单线级电气化普速运煤铁路，项目地处内蒙古西南部煤炭富集的鄂尔多斯市境内，全区跨越沙漠、季节性溪流，全线以移动沙丘、半移动沙丘为主。地表2植被以沙柳为主，在禁垦禁牧、退耕还林政策推行力度较大的行政区域，有沙柳存活。线路所处位置地广人稀，交通条件困难。区域内终年干燥，蒸发量大，冬季和春节多风，且风蚀作用和搬运作用显著。全线内为风积沙所覆盖，厚度较大。因该线路沿黄河布设，地下水受黄河补给明显，在打设机井时，发现穿越泥岩层后，地下水水量充沛、连续。 因项目所处位置优质填料填料
4、匮乏，按照设计要求，本着“就地取材、变废为宝”的原则，对于路基基床底层以下部位，用风积沙作为 C组填料填筑。通过对风积沙现场取样筛分，通过 0.25 筛孔的颗粒含量为80.3%，通过 0.075 筛孔的颗粒含量为 27.6%。表层风积沙含水量几乎为0，掘深在 1-5m 时，风积沙含水量约在 2%-5%。 2风积沙的主要特点及水对风积沙路基填筑的影响 2.1 根据风积沙的物理力学性质和实践结果表明，风积沙具有遇水干得快，不膨胀，湿时不粘，压实后较稳定。填筑的路基有整体稳定性好、沉降量小、沉降速度快、水稳性好等优点。 2.2 风积沙是一种砂性土，含一定数量的粗颗粒，属于松散、无塑性的水密性材料 ，
5、在饱和水状态下细沙的自然密度可达 88以上。在饱水状态下，路基具有足够的强度和稳定性， 2.3 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，若增加压实功率，产生的震动效果会破坏路基已经形成的整体性。只有具有足够含水量的沙料才能有效地压实成型。 2.4 干燥的成型路基表面容易因后续施工的机械行驶而造成表面搓动，3造成表面松散，造成成型路基表面的破坏，难以达到设计指标要求。 3.“水沉法”施工风积沙路基的主要原理 目前现有的施工规范和相关的技术指导文件中无水沉法施工的明确概念和要求。因此，水沉法通俗的讲，是指施工时在风积沙
6、填料表面持续、均匀的洒水或灌水，通过水流的搬运作用，使砂在自重下下沉，从而不断密实，以提高松散沙体的密实度和承载力。 干砂或天然含水量下的风积沙内摩擦角大，摩擦力大，土颗粒形成嵌挤结构，在封闭状态下不易变形。通过注水，可以有效的消除土体间空隙，减少气相体积，增加固相体积，因为沙不吸水，饱和含水量小，灌水并使水自然留走的过程是液相和气相体积减少的过程，可以有效的增加土体密实度。 同时，土体颗粒形成适量的水分可以在砂土颗粒间形成水膜，减少砂土之间的摩阻力，有助于压实和自然密实。 4、风积沙路基水沉法试验 4.1 试验段选取 中交二公局大马何铁路风积沙路基填筑试验段选在DK60+740DK61+14
7、0，长度 400m。该段处于直线段 67.83 米（DK60+740DK60+807.83） ，路基顶宽（7.8）m，圆曲线长度为282.1m（DK60+857.83D61+140）路基顶宽为(7.8+0.2)米，中间缓和曲线长度为 50 米（DK60+807.83DK60+857.830）,路基顶宽以内插法从7.8 米过渡到 8 米为界，地势平坦，最大填土高度 7.7m，最小填土高度4.2m，平均填筑高度 6.30m，填方高度大于 6m 地段边坡坡度为 1：2.0，4填方高度小于 6m 地段边坡坡度为 1：1.75,路基横坡 4%。 4.2 试验段主要目的 4.2.1 验证水沉法对风积沙路基
8、施工的适用性 4.2.2 确定合理的虚铺厚度、虚铺系数；水沉后确定施工机械组合，确定压路机碾压方式、遍数。 4.2.3 对施工实际用水量与室内最佳含水量试验做对比和验证，控制实际洒水量。 4.2.4 确定合理的施工工艺流程。 4.3 风积沙路基基床底层以下部位设计指标要求 4.4 试验段设备和人员配置 试验段机械设备和仪器配置包括：施工机械设备、测量仪器和试验仪器。 4.4.1.试验段施工机械、试验仪器设备配置（一个试验段） 4.4.2.试验段人员配置 人员配置包括：现场生产负责人、现场技术负责人、现场工程师、质检工程师、试验工程师、测量工程师、技术员、质检员、测量员、安全员、领工员以及机械驾
9、驶员等人员。 人员名单及分工（略） 54.5、路基风积沙填筑施工工艺及技术要点 4.5.1 施工准备 1、在试验段附近打水井 2 口，保证风积沙灌水时有充足的水源供应。2、气象条件：2010 年 4 月 7 日，试验段施工现场天气情况如下表： 3、填料试验：通过对 DK62+300 左侧处取土场现场取样并进行标准击实实验，确定填料的各项指标为： 4、基底处理：为了保证试验段各项数据准且性，试验段选在地势较为平整的段落。在用地界范围内，人工配合推土机对树木、树根、草皮等杂物进行清理,平整场地后进行碾压,基底处理合格后，进行试验段场地布置。 5、测量放样：首先放出路基的中心线，每 20m 一桩，然
10、后在路基两侧坡脚外 50CM 处的进行拴桩。边桩采用竹竿控制，每 20m 一桩。竹竿长度一般为 60cm 左右，竹竿上分别按照不同的虚铺厚度 30cm、36cm、40cm间隔涂刷红、白漆，分别带线控制各层虚铺厚度。 每 20 米测量一个断面，每个断面分别在中桩、中桩两侧各 6 米，中桩两侧各 12 米处共 5 个点进行原地面高程测量；铺设相应厚度风积沙层并粗平后，在相对应位置测量虚铺标高；最后碾压完毕后，也在上述对6应位置测量压实后标高。 4.5.2 施工工艺 1、填筑方法 此段路基采取横断面全宽、纵向分层填筑方法施工。路基填料采用挖掘机装车，自卸汽车运输，推土机摊铺，分层填筑，压路机碾压，人
11、工修整边坡。 2、虚铺厚度的选择 本试验段虚铺厚度分别采用 30cm、 36cm 和 40cm 共三种形式。虚铺厚度的控制方法采用边桩竹竿挂线的方式。 (ej:_ w1 3、上土数量控制：根据每层的松铺厚度、拉料车的每车拉运量，计算每车填料的摊铺面积。并根据此数值用白灰画出卸土方格来确定卸车间距和车数。上土时为了保证路基边缘的压实质量，每侧超出路堤的设计宽度 50cm 。 z (c(UD-_当 4、摊铺平整 填筑区段完成一层卸土后，先用推土机进行粗平，填土路基填筑摊铺时，施工面形成 4%的三角形路拱；然后用平地机进行精平，精平后摊铺面在纵向和横向平顺均匀，保证了压路机压轮表面能均匀接触地面进行
12、碾压，达到均匀的压实效果。 在推土机进行粗平后，根据边桩和路基宽度恢复中桩,测量各断面相应测点高程,用以计算虚铺厚度。 5、分格灌水 在摊铺、整平好的路基上人工配合推土机分段设围堰，设置围堰时7要根据纵坡、横坡大小适当划段，长度和宽度不大于 5m。围堰高度不低于 30cm，宽度不小于 30cm。 在灌水过程中，必须注意以下几点：(1)必须保证水管接头配套；(2)第1 层风积沙灌水时必须分层分次进行，防止一次灌水过多，浸泡路基基底；(3)灌水必须分格进行，保证灌水均匀。(4)灌水应连续进行，灌水时水流流速应大一些，沙基顶面上的水头高度控制在 10-15cm 以上。 6、机械整平及碾压 当分格内无
13、明显积水时,平地机由两侧向路中心进行刮平，必要时再返回刮一遍，暴露潜在的不平整，再用平地机进行整形。每次整形都要按照规定的坡度和路拱进行，并特别要注意接缝处的整平，以保证接缝平顺。在整形过程中，禁止任何车辆通行。 当风积沙含水量在最佳含水量-3%+2%时进行碾压。必要的时候可在现场采用燃烧法测定风积沙含水量，若大于最佳含水量，可让水渗透一段时间后再进行碾压。碾压开始时，先用推土机对路肩部分进行排压，保证压路机进行碾压时，路肩不致发生滑坡。 填土压实作业，先静压 1 遍（或推土机排压）以稳定土体，再开振动振压，碾压速度先慢后快，速度控制 34km/h。碾压顺序由两边向中央纵向进退式进行。碾压时沿
14、线路纵向行与行之间压实重叠不小于 0.4m,各区段交接处纵向搭接长度不小于 3m。最后快速静压一遍光面, 速度控制 68km/h。 7、试验检测 从振动碾压第一遍结束后，在每遍碾压完成后测定相对密度和地基8系数，计算实测值及达到设计标准的百分比，以分析确定施工工艺参数。路基基床以下路堤填筑，相对密度大于 0.7，地基系数标准值 80。在碾压后进行检测各项指标满足规范要求即停止振动碾压，进行最后一遍静压。 根据边桩和路基宽度恢复中桩,测量各断面相应测点高程,用以计算压实厚度。 4.6 检测结果 4.6.1 松铺计算 通过 DK60+740-DK60+880、DK60+880-DK61+020、D
15、K61+020-DK61+140共三个段落第一层计算松铺系数。点位设置时，在路线中桩，中桩左右侧 6m、12m 各设置点位一处，每断面 5 个点，每 20m 一个断面。 根据试验段施工中测得的下层顶面标高 hi，松铺后标高 Zi，压实后标高 Hi 按下列公式确定压实平均厚度和松铺系数： H=（Hi-hi）/N； X= （Zi-hi）/（Hi-hi） ； H：压实厚度，N：统计数目，Hi：压实后标高。 X：松铺系数，Zi：松铺后标高，hi：下层顶面标高 根据试验结果，归纳出：可采用松铺 33.6cm，压实厚度 30cm，松铺系数 1.12。 （松铺测量记录表及松铺计算表略） 4.6.2K30 检
16、测结果： K30 检测结果计算统计表 9从试验统计结果可以看出，对于三种压实厚度，在水沉后，第一遍碾压后均可以达到设计 K30 的标准值要求。同时，在第二个填筑层，也可以在第一遍达到设计设计 K30 的标准值要求。 4.6.3 相对密度检测结果： 从试验统计结果可以看出，对于三种压实厚度，在水沉后，第一遍碾压后各个测点均可以达到设计相对密度的标准值要求。同时，在第二个填筑层，也可以在第一遍碾压后达到设计设计相对的标准值要求。 5.水沉法施工存在的主要问题及解决方法 5.1 风积沙洒水问题： 风积沙施工的关键环节就是洒水，不适当洒水的方法，对风积沙的施工质量影响很大。在施工经常出现洒水不均匀、不
17、彻底而导致风积沙压实度不足的问题，同时也导致运料车辆在上料时的误车现象，严重影响施工进度。风积沙施工需要大量及时的洒水，所以必须保证有充足的水源和配套的上水设备。根据室内试验，最佳含水量为 12%，天然含水量为 5%，实际上考虑水的渗透和流失、蒸发，以及为保证灌水时有一定的水头压力（可高出填料面 10-15cm） ，用水量约为填料重量的 20%。若每个检验批段长度为 200m，宽度 15m，填层厚度为 30cm，最大干密度1.74，由此计算出每个检验批段填筑一层的用水量为 235t，根据现场实际用水量计算，水车或水泵的供水速度为 40 方/h,供水速度难以满足路基填筑需要，因此需要设置较大密度
18、的水井外，还须设置蓄水池，持续10泵水，满足路基填筑速度的要求。 同时，对风积沙的洒水方法非常重要。现场洒水时，必须及时、大量、均匀，并且必须采取分格的方式。在风积沙粗平后，采用人工修筑挡水埝，对风积沙进行分格，每个格的大小不宜大于 55m。然后对每个格进行洒水，洒水时间以洒水均匀到底为准，其他格的洒水时间依此为准。采用分格的方式进行洒水，防止漏洒、过洒现象的发生，保证风积沙的施工质量。 5.2 风积沙渗水问题： 风积沙路基填筑到一定的高度并高出便道后，风积沙路基内一部分水在重力和上层压力的作用下，将逐渐渗出边坡，流到便道上。渗水造成边坡坡脚坍塌，并浸泡便道，造成便道损坏，严重影响交通。所以必须严格控制风积沙的洒水量，不可盲目地进行大量的洒水。同时也必须采取排水措施，保护路基坡脚和便道。 5.3 路基包边 为防止高填方路基的失稳滑塌，或因在水沉过程中过度洒水造成的边坡冲刷，或因风蚀的影响，侵蚀路基边坡，在施工过程中应同步包边，包边材料可以采用粘土或者砂砾。因为粘土包边不利于多余水分的排出，应在填层设置排水管及流水槽，防止冲刷边坡及冻胀病害。 目前在风积沙的路基设计中，边坡的防护以预制拱形骨架、六角空心砖和种植沙柳为主，目的在于稳定路基边坡，防止风蚀，确保路基的稳定结构。 结束语 风积沙的水沉法工艺看似简单，但工艺细节要求严格，对过程控制
