浅析风积砂路基填筑湿法与水坠法施工工艺特点

浅析风积砂路基填筑湿法与水坠法施工工艺特点

刘冬

中交一航局城市交通工程有限公司天津300450

摘要：蒙华铁路MHTJ-1标段，位于内蒙古自治区最南端鄂尔多斯市乌审旗境内，地处毛乌素沙漠腹地，自然环境恶劣。我于2016年在该标段一工区担任生产副经理，负责施工线路全长26km，全部为受风沙影响路基。本文主要通过对比分析湿法和水坠法两种不同的施工工艺特点，了解这两种不同工艺施工时所需的条件，以及过程中需要投入的资源数量和每个循环消耗的时间。在现场实际施工过程中，针对不同的施工环境特点，选用不同的填筑工艺，在满足质量要求的前提下达到提高功效节约成本的目的。

关键词：风积砂；路基填筑湿法；水坠法；工艺特点

1工程概况

本单位工程位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗境内，乌审旗位于内蒙古自治区最南端，地处毛乌素沙漠腹地，以流动沙丘及半固定沙丘为主，局部分布固定沙丘和洼地。路基全长26km，主要路基形式为风沙路基，最大填筑高度12.8m。

2水文地质情况

2.1地表水

本单位工程地表水主要以内陆湖及低洼地区降水积水，水深0.2～0.5m，水位随季节变幅较大。地表水主要来源为大气降水补给。

2.2地下水

地下水的赋存受地形、地貌、地质构造、地层岩性等因素控制，同时受气象、水文因素影响。按赋存介质的不同，沿线地下水类型主要划分为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。

第四系孔隙水广泛分布于第四系全新统湖积层（Q4I）之中，局部具承压性，砂类土为主要含水层，水位埋深较浅，总体富水性较强。

基岩裂隙水主要分布于白垩系下统环河华池组砂岩中，分部较广，厚度较大，近地表裂隙发育，易接受降水补给。地下水位随地形变化高低起伏，水量因基岩裂隙发育程度而变化。

3风积砂路基填筑施工工艺流程

风积砂路基填筑施工工艺主要有“湿法”和“水坠法”，湿法主要为采用机械设备将风积砂C组填料在自然含水率或最佳含水率状态下采用机械压实，水坠法为使用机械设备将C组填料摊铺后利用水将填料密实，并辅助机械设备压实。

本文主要就湿法和水坠法这两种不同的工艺特点，使用所需要的条件，过程中资源需求情况以及功效进行分析探讨。

4施工方法

4.1湿法压实工艺

湿法压实工艺主要在填料自然含水率和最佳含水率状态下采用推土机压实或压路机压实、推土机和压路机组合压实。路基填筑工艺按照“三阶段、四区段、八流程”施工。

4.1.1施工工艺流程

风沙路堤湿法施工工艺流程见图4.1.1。

4.1.2施工方法

（1）施工准备

a.施工前对施工区域地形和地质进行施工复查核对，已探明此段有无地下管线。

b.测设路基填筑坡脚线并加宽30cm～50cm，每20m一桩，桩位均用木桩定位，并在木桩上标记填土厚度，路基填筑、摊铺、平整、碾压时间。

c.做好施工机械检查及保养工作，保证工作的连续性。

d.用于路基填筑运输车辆的施工便道已畅通，填料已备足。

（2）施工测量

a.交桩完毕后，增设的水准点应设在地势比较平坦、便于观测、不宜被风蚀和沙埋的地方，水准桩采用φ35×1200mm钢管打入沙中至少80cm深(外露40cm左右)。在水准点旁插一带小红旗竹竿或其他易辨标识物。

b.施工时注意保护所有标志，以免被风刮倒或沙埋。

c.沙基放样时，应根据恢复的路基中桩、设计图表定出路基边缘的具体位置，每20m沙基两侧边缘多插一竹杆，并系一红布条标识。

（3）地基处理

a.盐渍土路基

盐渍土路堤基底挖除0.3m，重型碾压后分层回填0.5mA组土，其中设0.1m厚中粗砂垫层，垫层内夹铺一层两布一膜不透水土工布（600g/㎡），两布一膜不透水土工布应高出地面积水高程，顶面由中心向两侧设4%排水坡。

b.浸水路基

浸水盐渍土路基和浸水路堤地基先挖除0.3m土，重型碾压后换填0.5mA组土处理，并在基础顶面铺设0.1m中粗砂夹两布一膜不透水土工布，路堤坡脚采用浆砌挡墙防护。

（4）推送填料

考虑风积砂路基填筑后自卸车难以在上运送填料，拟定采用两种方法运送填料，一是控制风积砂每段施工长度，自卸车将填料卸至填筑端头后采用推土机纵向推送，二是在每层风积砂填筑碾压完成后使用铺垫草帘或其他材料铺垫运送道路后，使用自卸车运送至作业面。具体运送填料方法根据工艺性试验确定。

（5）摊铺填料

对推运至填方路段内的填料采用推土机推铺并整平，或采用推土机配合平地机整平。摊铺厚度应根据试验路段试验结果确定，可采用填料前后定点测量高程控制松铺厚度。

（6）粗平洒水

施工前需打井蓄水布设给水管道，采用水泵和管道洒水，暂定200米打井1处，管道每隔100m预留三通接引管。

风积砂填料每层摊铺后使用推土机和平地机进行粗平，使路基面符合设计断面。在粗平过程中，同时进行浇水湿润，对于线路纵坡或横坡较大的路段，在填筑面人工堆成棱埂，棱埂高度10-15cm，棱埂的长度根据坡度而定，一般不得大于50cm。

（7）碾压密实

采用振动压路机碾压时，压路机碾压时应按下列规定进行：

a.压实应根据试验段确定的压实遍数进行控制。若控制压实遍数超过10遍，应考虑减少填料层厚，经压实度检验合格方可转入下道工序，不合格时应补压再做检查，直至合格时为止。振动压路机一般碾压6遍以上。碾压时轮迹重叠宽度不应小于1/3，轮迹布满一个作业面为一遍。

b.采用前后轮驱动振动压路机进行碾压，碾压时先慢后快，采用强振进行碾压。

c.压路机的碾压行驶速度开始时不超过4km/h；碾压时直线段由两边向中间，小半径曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行。前后相邻两区段（碾压区段之前的平整预压段与其后的检验区段）应纵向重叠2.0m以上，达到无死角、无漏压，确保碾压均匀。

采用推土机碾压时，推土机碾压时单侧轮迹重叠宽度不小于1/2单轮宽度，在直线段碾压时应从路基边缘向内侧逐轮碾压，在半径较小的曲线上碾压时从内侧向外侧逐轮碾压。碾压遍数也应根据试验路段试验结果确定，一般不低于6遍。

（8）压实度检测

压实度检测：压实质量以压实度和K30系数控制，压实度采用环刀法测定密度，并根据最大干密度计算压实度。压实度应达到规定的标准，若不符合要求时应进行补压，直到合格为止，方可进行下一道工序的作业。

4.2水坠法压实工艺

适用于水源充足的路基填方路段和通道、桥头及其他构造物台背处采用水坠碾压法填筑时的施工工艺。

4.2.1工艺流程

风沙路堤水坠法施工工艺流程见图4.2.1。

4.2.2施工方法

（1）施工准备、测量放样、地基处理和推送填料方法与湿法压实相同。

（2）摊铺填料

对运至填方段内的填料采用推土机摊铺并整平，或采用推土机配合平地机整平，推土机摊铺后每层厚度约30㎝，具体摊铺厚度根据工艺性试验确定。可采用填料前后定点测量高程控制松铺厚度。

（3）施做围堰

在摊铺、平整好的路基上分段设围堰时应根据纵坡横坡大小适当划段，长度不宜小于10m，宽度不宜小于5m。围堰高度不低于10～15㎝，宽度不小于30㎝。

（4）灌水水坠

施工前需打井蓄水布设给水管道，采用水泵和管道洒水，暂定200米打井1处，管道每隔100m预留三通接引管。

围堰设置好后开始放水，放水应连续进行，放水时水流流速应稍大，沙基顶面上的水头高度应大于20cm。

（5）碾压密实

水头高度保持20cm的情况下水坠一定时间后，采用推土机或振动压路机碾压，碾压时轮迹应重叠，推土机重叠单轮宽度的1/2，振动压路机重叠轮迹宽度的1/3以上。当轮迹布满整个作业面时称为一遍。碾压遍数应通过试验确定，一般不少于三遍。

（6）试验检测

等待沙基顶面多余水渗完后取样检测干密度，计算压实度和固体体积率等。并对压实度进行检测，不合格时应重新水坠碾压，直至合格。

5湿法与水坠法工艺对比分析

5.1作用机理

湿法作用机理是通过室内试验研究分析得知，本工程风积砂天然含水率，根据风积砂干密度与含水率相对关系可知满足填料干密度的含水率区间，现场施工中部分填料可直接碾压，部分填料需洒水后碾压。

而水坠法其作用机理由于风积砂的渗透性，重力水在风积砂路基结构上向任意方向、无限范围的的渗透，且砂粒孔隙越大，渗透作用越强，通过渗透作用砂粒得以重新排列，颗粒孔隙减小，并向其稳定状态发展，从而提高密实度和承载力。

5.2实施效果分析

通过试验得知，采用湿法工艺在压实结束自检完成4h后，实测相对密度呈下降趋势，搁置时间超过12h相对密度1/3的点位达不到规定要求，K30不合格率点达1/2；含水率则呈下降趋势，每小时下降1.7%。故完成碾压填筑后检测合格后应在4h之内或当日内进行下道工序施工，隔日施工则需再次进行补水碾压。

而水坠法每层1000㎡的施工时间7.89H（按现有水泵抽水速率0.76m³/min），而且水坠法随着后续标高的增加，用水量势必呈增长趋势，时间也更长，且自然水坠K30、相对密度无法达到设计标准，必须经过压实设备压实。试验中碾压一遍相对密度为0.65，K30为60MPa/m，压实2遍，相对密度为0.75，K30位82MPa/m，达到设计要求。

5.3对比分析

5.3.1作用机理对比分析

从作用机理考虑，水坠法和湿法原理基本相同，步骤一样，区别在于渗流导向这一步，水坠法施工时因为砂达到饱和状态，多余的水分可以充分帮助砂粒微观结构重新组合，即使这样还是要采取碾压措施，否则无法密实砂粒的孔隙。

5.3.2实施效果对比分析

水坠法用水量大，要求供水速度，且等待水分充分渗透后，仍需要设备辅助碾压才能满足设计要求，无法满足实际施工的速度；湿法则可以直接采用装载机上料，同时可以碾压，提高了施工效率。

6结语

自然水坠情况下K30、相对密度无法达到设计标准，必须经过压实设备压实，且水坠法用水量非常大，无法满足实际施工的速度。采用湿法则用水量少，用装载机上料同时可以碾压，碾压洒水可同步进行，提高了施工效率。

由于毛乌素沙漠腹地施工区段内很多区域地下水资源丰富，因此在水资源丰富的区域内，路基填筑前期可以采用水坠法施工工艺，但在路基填筑后期随着填筑高度的增加以及用水量的增加，建议采用湿法施工工艺进行路基本体填筑施工。

参考文献：

[1]权智磊.浅析风积沙路基的水坠碾压法施工[J].工业c,2016(4):00191-00192.

[2]梁湘.风积沙地带公路桥梁地基处理经验探索[J].中国科技博览,2014(29):156.

[3]王胜夫.风积砂路基的施工浅析[J].科技与企业,2013(2):218.