淺談沙漠渠系工程施工技術

劉光偉

（佳縣水利局 陜西 佳縣 719000）

1 工程概況

新定渠改擴建工程擴建3 k m，改建18 k m。改建工程主要做加固和防滲處理；擴建工程中有0.8 k m渠道要穿越沙漠邊緣，其中填方0.3 k m，挖方0.5 k m。設計斷面：底寬1.5 m，頂寬4.5 m，高2 m，1:1邊坡。設計壓實度≥90%。地形為波狀沙丘、沙壟等組成的波狀沙丘，相對高差5 m～15 m。植被覆蓋率小，是典型的沙丘地貌。氣候干燥，多風少雨，揚沙天數60天。土質為風積沙。

2 風積沙的工程特性

通過對施工現場風積沙取樣進行室內試驗和實地試驗段驗證，風積沙具有以下特性：

2.1 顆粒組成

多在0.5 m m～0.07 m m之間，占85%以上，大于0.5 m m的顆粒極少，表明風積沙很細，起沙風速很小，易被風蝕而流動。通過0.074 m m的粉土顆粒占18%左右，粉粘粒含量很少，表明沙的顆粒表面活性很低，無粘性、內聚力小，非常松散，壓實困難，但水穩性好。

2.2 擊實特性

隨沙樣的含水量逐漸增大，其含水量、干密度曲線呈凹弧行趨勢，它表明沙顆粒當含水量很小時引力小可以忽略不計，主要受摩阻力控制。擊實試驗時，沙層受到一定振動力的作用，不僅在垂直方向產生位移，而且在水平方向也產生位移，此時由于力是以振動波為主要形式傳遞將使顆粒產生跳躍位移，上述位移運動方向總是朝有空隙的地方發展，使顆粒得到重新排列，沙層逐漸趨于密實。當含水量接近飽和時沙層將存在受重力影響的大量自由水，此時擊實時除了振動本身產生顆粒位移外，水也將會沿著空隙向外排出，并將對沙顆粒也產生一個作用力使其位移，這樣綜合作用的結果將使沙層密實度有較大提高。

2.3 壓縮特性

只有采取有效的壓實方法，增大擊實功（振動壓實）最大程度增加沙的壓實度，其整體穩定特性明顯提高。

天然風積沙采用振動干壓實技術提高整體強度與穩定性，有以下規律和特點：①壓路機選擇動載愈大，沉降量愈大，壓實效果愈好；②干燥風積沙的振動頻率在30 H z～40 H z，振幅在0.4 m m～1.0 m m之間振動頻率越大壓實效果越好；③含水量w=0%時下沉量最大。

3 風積沙的施工技術

3.1 施工準備

（1）取沙和棄沙。沙漠渠系馬道施工以沿線兩側就近取沙棄沙為宜，取沙以沙丘為主，棄沙以沙窩為主。沿線兩側取沙寬度盡可能控制在20 m平整帶范圍內，且與平整帶施工相結合，取沙量較大時可適當加寬，但不宜超過40 m。取土坑深度在1 m以內時可將邊坡延伸至取土坑底，當取土坑深度大于1 m時應在沿線坡腳與取土坑之間設置寬度不小于3 m的護坡道，護坡道應平整壓實，外側邊坡修成緩于1:3的緩坡。水工建筑物附近不得取棄土方。

（2）沙漠渠系施工前應將具有代表性的風積沙取樣進行液限、塑限指數、天然稠度或液限指數分析，顆粒分析試驗，相對密度試驗，沙的強度試驗（C B R值），有機質含量及易溶鹽試驗，風積沙干振、飽和水下的最大干密度試驗等。施工中如發現沙顆粒粒徑、級配有變化應及時補做上述全部試驗。

（3）施工機械的選擇。沙漠渠系馬道土方機械組配應貫徹“適應環境，使用先進，經濟合理，安全可靠”的原則。根據風積沙顆粒組成、純度等組配工程機械，應選擇高頻低幅，功率大，故障少的雙驅壓路機或履帶式推土機。

（4）測量放樣。開工前準確放出填方馬道坡腳線和挖方開挖邊線，確保工程按設計要求準確施工。

3.2 風積沙施工工藝

主要包括挖方和填方，其中填方可分為干振法和飽水振動法。干振法適用于沙層厚，水源少的大面積填方；飽水振動法則適用于水源充足的填方和建筑物的臺背小范圍填筑。

3.2.1 挖方施工

沙漠渠系馬道施工工藝流程：施工放樣→挖除沙方→斷面檢測→調平整形→精平→振動碾壓。挖方段施工前，進行準確施工放樣，以樁子表明輪廓，合理作好截水溝，排水設施。風積沙的開挖應自上而下進行，不得亂挖和超挖。施工中如發現風積沙層下部出現土質或其他材料應將上部風積沙全部挖除后再進行下部開挖，其邊坡按設計及有關規定辦理。施工方法可分為橫挖法和縱挖法。前者即短而深得挖方，以整個斷面寬度和深度，從一端或兩端逐漸向前開挖；后者為較長的挖方段，先沿縱向選擇一個或幾個適宜處，將較薄一側塹壁挖穿，分成數段開挖。挖方深度大于2 m的兩側及半挖半填段的兩側宜加寬1 m～2 m，以利停沙。

3.2.2 填方施工

（1）干振法填方施工

工藝流程：施工放樣→推筑上料→攤鋪整平→分層碾壓→精平整形→振動碾壓。填筑寬度每側應寬出設計寬度50 c m。

填方施工前原地面處理：填筑范圍的有機土、腐殖土、雜草等應清除平整，坑、洞、墓穴及高度小于1 m的流動沙丘應回填沙土整平，并充分分層碾壓。確保地表以下30 c m范圍內壓實度達到規定的要求后方可進行填筑施工，填料中不得夾雜粘性土、植物、樹根等雜物，必須是純凈的風積沙。

風積沙馬道填方必須根據設計斷面分層填筑，分層壓實。分層的最大松鋪厚度必須根據壓實機械的類型來定，如采用10 t～20 t鉸接式前后輪驅動的自行式振動壓路機分層碾壓時，最大松鋪厚度在干旱流動狀態時不得超過50 c m；在潮濕或雨后狀態時不得超過30 c m；若采用140驅103 k W以上的推土機分層碾壓時最大松鋪厚度不得超過30 c m。

固定、半固定沙地或原地表比較堅硬穩定的地區馬道填方，當地面橫坡緩于1:5且基地處理符合要求時，可直接在經處理的地基上分層填筑；當地面橫坡陡于1:5時，原地面應挖成寬度不小于2 m的臺階，并進行壓實，填筑應從最底一層臺階填起，逐臺向上填筑，分層壓實。所有臺階填完之后，及可按一般填方進行。若填方分幾個作業段施工，兩段交接處不在同一時間填筑的，應將先填段挖成寬度不小于2 m的臺階；同時間填筑的則應分層相互交疊銜接，其搭接長度以2 m為宜。

馬道填方可用推土機從兩側或短距離縱向調配分層填筑，當填方較高時，可將填料運至坡腳，然后用挖掘機運至填方段上用推土機攤鋪整平。

風積沙壓實工藝的工藝流程：推土機穩壓→振動壓路機碾壓→推土機終壓。原地表處理采用振動壓路機碾壓，在干燥沙漠狀態時碾壓不少于3遍，在潮濕或雨后狀態時不少于6遍。碾壓時輪跡布滿一個作業面為一遍。填方段的壓實：推土機穩壓，碾壓時輪跡重疊寬度不小于1/2單輪寬度，輪跡布滿一個作業面為一遍，穩壓兩遍。亦可采用縱向、橫向交錯的碾壓方式。振動壓路機碾壓，根據試驗段確定的碾壓遍數進行控制，在干燥無水狀態時進行壓實的遍數，填方段3遍～4遍，挖方段2遍～3遍，在多雨潮濕、灑水施工段壓實遍數不少于6遍。推土機終壓同穩壓2遍。

碾壓遍數不宜過多，碾壓過多將使沙粒再次重新分布組合，難達壓實效果，并出現壓實層表層的越壓越松的情況。碾壓速度以2 k m/h為宜。碾壓時直線段由兩邊向中間，小半徑曲線由內向外側，縱向進退式進行碾壓。前后兩相鄰段應縱向重疊2.0 m以上，達到不漏壓無死角，確保碾壓均勻。

（2）飽水振動法填方施工

臺背填方宜與錐坡填方同步進行，構造物回填處理時，若壓路機、推土機碾壓受施工范圍限制時可采用小型壓實機具，最大松鋪厚度不大于20 c m。飽水振動法的施工工藝基本同振動法，其工藝流程是：推筑上料→攤鋪整平→圍堰→放水→壓實。其中推筑上料、攤鋪整平和干振法相同。

重點介紹圍堰、放水、壓實的施工工藝。①圍堰。根據縱橫坡情況分段、分塊設置，一般以30 m，長、20 m寬（如果寬度不足可以是全斷面）為宜，圍堰高度大于30 c m，寬不小于30 c m，便于存水。②放水。將提前備好的水抽灌倒圍堰內，水位一般高出填料頂面20 c m。③壓實。普通段的碾壓遍數和方法同干振法相同，不同的是對于構筑物的臺背回填，可用小型夯實機具進行壓實，也可用混凝土振動棒進行振動夯實，振動棒周圍不再下沉時可認為密實。

3.3 壓實度檢測

采用環刀法檢測壓實層干密度，環刀中部應位于壓實層厚的1/2深度。計算壓實度是否合格，若不合格補壓至合格為止。

3.4 邊坡整修

沙土馬道填筑完成后，內邊坡按設計邊坡用機械或人工修整。外邊坡按流沙平地為1∶3～1:8，其他地段填高小于5 m取1∶3，大于5 m取1∶2～1∶3，并應分層平鋪土工格柵。

4 施工體會

（1）在沙漠地區進行挖填方施工時采用常規的土方施工方法很難達到預期目的。干振法和飽水振動法是比較理想的壓實方法。

（2）干振法施工壓實機械的選用主要取決于填料的粒徑和純度。粒徑相對較粗、質地均一的風積沙單驅自行式振動壓路機行走困難，只能選用雙驅式振動壓路機或履帶式推土機碾壓。

（3）通過施工后對該工程的觀察，未發現明顯病害。充分說明這種施工方法和工藝適合沙漠地區風積沙挖填方的施工。

5 結語

通過對風積沙顆粒組成和力學特性的研究，采用合理的施工工藝和機械組合，使用干壓法或飽水振動碾壓法，在實際施工中取得了良好效果，有效地解決了沙漠地區渠系馬道風積沙填料難以壓實的問題。陜西水利