毛烏素沙漠地區風積沙填筑路基施工技術探討

王波

摘要：風積沙是多見于沙漠、戈壁地區，常年被風吹積淀而成的呈均勻顆粒狀沙類土。作為土工填料在路基填筑施工中使用風積沙，存在松散無粘聚性難以壓實成型、現場壓實度檢測難度較大等問題。本工程通過現場逐步摸索總結，最后總結出一套實用高效的施工方法，確保了本工程路基的施工質量及路基邊坡的穩定性，取得了良好的社會效應和經濟效應，也為今后相似地區風積沙作為土工填料進行路基填筑施工提供了很好的參考范例。

Abstract： Aeolian sand is a uniform granular sand-like soil that is more common in deserts and Gobi areas. As a geotechnical filler， the use of aeolian sand in the roadbed filling construction has problems such as loose and non-adhesive， difficult to compact， and difficult to measure on-site compaction. In this project， through gradual exploration and summarily on site， finally a set of practical and efficient construction methods are concluded to ensure the construction quality of the subgrade and the stability of the subgrade slope， and good social and economic effects have been achieved， which provides a good reference example for similar areas using aeolian sand as a geotechnical filler for roadbed filling construction.

關鍵詞：特殊填料；風積沙；施工工藝；檢測方法；水泥改良土封層；邊坡防護

Key words： special filler；aeolian sand；construction technology；detection method；cement improved soil seal；slope protection

中圖分類號：U213.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0136-03

0 引言

近年來，隨著我國公路、鐵路等建設的蓬勃發展，在沙漠、戈壁等地區施工越發常見。風積沙作為一種在沙漠、戈壁地區常見的土類，因其松散無粘聚性不易壓實，路基施工中很少用到。如何在大風沙、極旱的沙漠、戈壁地區就地取材滿足施工需要，以前相關資料較少，所以將成為我們今后研究的主要方向。

沙漠、戈壁地區常見填料為風積沙，是常年風吹積淀而成的呈均勻顆粒狀沙類土，含有非常少的粉粘土粒，表面活性指數低，松散保水性差，具有明顯的無粘聚性特征。作為土工填料在路基填筑施工中使用風積沙，存在難以壓實成型、松散無粘聚性、壓實度檢測難度較大等問題。

本文對陜西華電小紀汗煤礦鐵路專用線路基施工工藝進行總結，在基床底層及基床以下路基采用風積沙做為填料，裝載機碾壓成型；路基表層填料采用當地黃色黏土摻加5%水泥進行化學改良封層；填筑成型的路基兩側邊坡采用紅色黏土全覆蓋后在其上種植沙柳防護。通過以上措施，確保了本工程路基的施工質量及路基邊坡的穩定性，取得了良好的社會效應和經濟效應，也為今后相似地區風積沙作為土工填料進行路基填筑施工提供了很好的參考范例。

1 工程概述

本工程是陜西華電榆橫煤電一體化項目的配套工程，陜西華電榆橫煤電有限責任公司小紀汗煤礦鐵路專用線主要運輸華電榆橫電廠發電用煤，兼顧部分外運，由新建的小紀汗裝車站引出，經新建的哈達汗站，接軌于榆橫鐵路液化廠站，主要工程內容包括：新建兩座車站工程為小紀汗裝車站和哈達汗站；鐵路專用線正線新建路基工程23公里，線路工程26公里。

本工程位于中國陜西省最北部的榆林市，屬于黃土高原和毛烏素沙地交界處，沿線分布第四系全新統風積細沙，是黃土高原與內蒙古高原的過渡區，屬風積沙堆積地形。各種具有明顯沙性的第四系沉積物較多，經風力搬運的松散沙層多形成易動流沙。小紀汗煤礦鐵路專用線全線路基填筑工程的路堤及基床底層，全部按照設計要求使用本地風積沙填筑。

2 路基填筑試驗段

目前風積沙作為路基填料尚未有統一的檢測方法與標準，因風積沙不能按照傳統路基的壓實工藝進行施工，為了保證路基質量及邊坡穩定性，首先應該予以解決的就是該用什么樣的施工工藝和參數來控制和指導施工。

2.1 風積沙特性試驗分析

沙漠地區由于風沙較大，經過長期風吹積淀積累形成粒徑主要分布在0.074～0.250mm之間，含量高達90%以上的風積沙。粉粘土粒含量較少的風積沙中細沙顆粒居多，沙顆粒均勻松散無粘聚性、沙粒組成為天然不良級配，非親水性、非濕陷性等特征明顯。風積沙與一般常規的路基填料相比，由于沙顆粒較細，粘性土成分含量較少、經過長久的風吹滾動摩擦顆粒粒徑均勻，級配較差，幾乎無粘聚性極難碾壓成型，即便填筑成型抗剪性能也較差。

2.2 最大干密度選擇及含水量控制

鑒于風積沙填料的特殊性，在以前的施工中路基填筑的經驗較少，所以沒有正式頒布的國家或者行業標準規范用來指導施工。在本工程風積沙作為土工填料進行路基填筑施工中，最難確定的就是最大干密度和現場壓實度檢測方法。分散性的風積沙沒有粘聚性，傳統的擊實試驗方法無法適用。同時由于細顆粒沙類土控制現場壓實質量也無法選用孔隙率作為指標。

通過查閱大量相關土類的施工資料，通過對公路、鐵路等不同行業規范中土工試驗方法的對比試驗，公路規范中的飽水震動法最終滿足了試驗要求，得到了風積沙最大干密度和最優含水率兩項關鍵指標。相對密度儀法和地基系數K30作為現場檢測壓實度的雙控指標。土壤相對密度儀試驗的目的是求出無凝聚性土的最大與最小孔隙化，用于計算相對密度，借此了解該土在自然狀態或壓實后的松緊情況和土粒結構的穩定性。

在選中的取料場現場選取風積沙土樣進行室內試驗，檢測結果為：天然含水率2.0%，<0.075mm顆粒為3.9%，

<0.5mm顆粒為91%，<2mm顆粒為100%。不均勻系數Cu=2.54、曲率系數Cc=0.98，顆粒分析結果是屬于C組填料中級配不好的細沙類。由于風積沙天然含水率較小、缺少粘聚性，采用鐵路輕型擊實儀進行擊實試驗后，無法有效擊實出成型的試樣，檢測不出試驗數據。最后在采用公路飽水震動法后，檢測得最大干密度1.69g/cm3，最優含水率4.0%。相對密度儀法測得最大干密度ρdmax1.68g/cm3，最小干密度ρdmin1.45g/cm3。

上述技術指標的取得，保證了后續路基試驗段施工的的順利進行，同時需要通過試驗段現場施工確定主要工藝參數。

2.3 路基試驗段施工

在路基試驗段施工中，首先采用平地機進行清表，確保地基表面無雜草、樹根等雜物。經平整夯壓后，從路基附近沙丘清表后取風積沙作為路基填料進行填筑，填料中不得有草根樹皮等雜物。路基填層虛鋪40cm厚度，平整后立即使用灑水車進行淋撒，接近最優含水率時，采用傳統的18T振動壓路機進行碾壓。在碾壓過程中出現搓土、錯臺，碾壓完成后平整度較差。因失水較快松散不易成型，人踩在壓實后的路基面層上會出現明顯的坑跡，碾壓壓實強度和外觀質量較差。

運輸車輛行駛在松散不密實的風積沙上極容易造成陷車，尤其是隨著路基填筑高度的增加，嚴重影響了土料運輸的效率和施工質量。尤其是在大風揚沙季節施工，風蝕流沙的現象非常嚴重，極大影響路基主體填筑壓實質量。

試驗人員在現場采用環刀法取土樣，按照標準要求隨機在碾壓后的路基平面左中右位置切取，取樣時用手輕輕扣入不需要借助任何工具既可取出環刀，土樣取出后松散不成型。現場采用酒精燃燒法檢測土料含水率為4.2%，接近最優含水率。使用相對密度儀法測定相對密度值小于0.7，不符合鐵路路基工程施工質量驗收標準。由于風積沙松散不易成型所以承載能力較差，壓路機在施工行走中比較困難，極易造成錯臺、陷車等問題，給后續高填方路基的上料、碾壓增加了施工難度，試驗段只能暫停施工。

在現場施工中，由于經常使用裝載機倒運材料，發現裝載機在風積沙路面上駕駛比較順暢，不會出現陷車，同時輪胎碾壓后的輪跡清晰，通過輪胎紋路嵌入土體擠壓使得土體能更好的粘結成型且密實。在后續路基試驗段施工中，現場嘗試采用裝載機替代輥筒式壓路機進行碾壓，碾壓后路基密實成型，錯臺、搓土現象也消除了。但是因裝載機自身重量小，輪胎面窄、表面紋路凹凸不平造成碾壓后路基面輪跡明顯，平整度較差，壓實效果不理想。

為了解決存在問題，裝載機在碾壓時鏟斗裝載重物增加自重，同時要求裝載機多遍交錯碾壓輪跡明顯處，盡量消散輪痕，最后使用壓路機靜壓一遍，使路基面密實平整。在業主和監理單位的見證下，采用相對密度儀法測得相對密度Dr大于0.75，地基系數K30測得地基系數K30大于90MPa/m，現場土體含水率w=4.1%。檢測結果均符合鐵路路基工程施工質量驗收標準要求，現場施工效果良好。

通過使用裝載機和傳統壓路機碾壓的對比得出，采用裝載機碾壓使風積沙路基更易碾壓成型，施工質量得到保證，工作效率明顯提高。此項施工方法得到了業主及監理單位的認可。

在后續路基試驗段施工中，經過現場大量試驗最后確定風積沙填料每層虛鋪厚度控制在40～50cm厚，碾壓時由灑水車沿路基邊坡行駛，向路基面均勻灑水，含水率控制在4.0～4.5%之間，碾壓時按照先慢后快的原則碾壓3～5遍，先外邊后內中逐次碾壓。在施工中風積沙失水過快，所以要做好各項工序銜接，做到快上、快平、快壓，確保路基填筑質量。

3 基床底層及以下路基施工

通過路基試驗段的施工，確定了各項工藝參數和施工方法，在路基正式填筑中得到有效使用。

①施工前準備→原地面清表后測量放線→原地面夯實碾壓→原地面檢測→分層進行填筑→攤土粗平→灑水濕潤→裝載機碾壓→壓路機靜壓→壓實度檢測→下步工序施工。

②測量放線：路基中心線、邊線確定后每間隔30m在路基兩側適當位置設樁。

③虛鋪厚度：填筑中路基每層虛鋪厚度宜在40～50cm。采用兩側插立竹竿掛線的方式控制虛鋪厚度。

④填土上料：根據虛鋪厚度確定卸車間距和車數，在卸車過程中，特別防止運料車輛在風積沙上陷車，造成交通便道堵塞的情況發生。

⑤整平和灑水：為了便于控制虛鋪厚度，現場邊上料邊整平。粗平采用推土機進行，邊粗平邊進行灑水濕潤。同時確保路基邊線順直，坡度一致，滿足設計要求。

⑥碾壓：土料含水應接近最優含水率，精平采用平地機進行，然后用裝載機按照由外向內、由低向高的順序進行風積沙的碾壓，兩次碾壓間錯1/2輪，碾壓不少于3遍，對于輪痕較明顯處進行交錯碾壓，在盡量消除過于明顯輪痕情況下使路基面得到充分碾壓。最后采用壓路機靜壓一遍收面，保證路基面的平整。

⑦質量控制：采用相對密度和地基系數K30雙指標對路基壓實質量進行控制。

⑧進行下道工序施工。

4 路基基床表層封層施工

路基填筑到表層后，采取現場路拌的方式，摻加5%水泥對當地黃色黏土進行化學改良，攤鋪碾壓作為封層施工。在施工中需要注意的是進場土工材料必須是黃色粘土。在榆林當地有紅色黏土和黃色黏土兩種，可以很直觀的以土壤顏色進行區分，紅色黏土要比黃色黏土所占區域更廣，所以一定要控制好進場土料的類別。紅色黏土在拌合壓實后與黃色黏土使用效果區別不大，主要是在紅色黏土失水后產生收縮比較大，出現裂紋較多影響外觀和施工質量。

在黃色粘土中摻加5%礦渣硅酸鹽水泥進行化學改良，通過室內擊實試驗測得土料最大干密度ρdmax=1.93，最優含水率w=13.5%。在現場采用18T壓路機進行碾壓后取得了良好的施工效果。應注意的是在底層填筑至標高后，應做到充分灑水浸透下層30cm左右后再進行上層黃色黏土攤鋪。整個表層質量控制的關鍵步驟就是施工含水率，充分灑水保證攤鋪的土料含水率在最優含水率的±2.0%范圍內，按照改良土配合比人工添加水泥，用路拌機充分攪拌均勻后壓路機碾壓，采用先一遍慢壓，再一遍震壓，最后兩遍快壓的工藝參數進行。碾壓后注意加強表層養護以防失水過多產生收縮裂紋。

在業主和監理單位的見證下，用環刀法檢測壓實質量測得壓實系數為0.98、含水率為12.5%，地基系數K30為150MPa/m。檢測結果均達到鐵路路基工程施工質量驗收標準中的相關要求。

5 邊坡防護

由于當地風沙較大，為防止風蝕作用對路基基床產生破壞，當路基填筑完成后，于邊坡上盡快虛鋪厚20cm的紅色黏土進行全封閉覆蓋，使用挖掘機鏟斗拍打覆蓋土做到緊壓密實。然后在覆蓋紅色黏土的路基邊坡上按照設計要求，采用混凝土漿砌片石網格狀砌筑防護，最后在網格內種植沙柳樹進行景觀綠化。

6 結束語

風積沙作為一種常年被風吹積淀而成的天然材料，多見于戈壁、沙漠地帶。由于風積沙松散無粘聚性、保水性能差的特性造成碾壓成型困難，作為路基填筑材料在施工中使用較少。目前還沒有國家或者行業頒布的標準規范有明確要求，所以只能邊施工邊探索符合風積沙實際應用的施工方法和檢測手段，做好相關資料的收集總結顯得尤為重要。

本工程中，采用裝載機碾壓的施工工藝前所未有，應該算是一種符合現場實際的創新施工方法。同時作為風積沙路基填筑質量控制關鍵環節的現場壓實度檢測，采用相對密度儀法和地基系數雙指標控制風積沙路基填筑施工質量，經過現場檢驗也證明是科學有效的。風積沙路基填筑過程中還要嚴格控制土料含水率和碾壓遍數，做好路基填筑成型后的防護確保路基本體不會發生變形。

使用風積沙作為路基填筑材料，只要制定科學有效的施工方法和質量控制措施，在低等級鐵路、公路施工中使用是可行的，符合當下少占耕地、保護環境的綠色環保施工理念，同時可以就地取材縮短運輸距離降低施工成本，值得我們在今后類似施工中多加推廣應用。本工程優質高效的完成了相關設計指標和工期目標，在專用線整體開通運行后路基安全穩定，邊坡防護植被茂盛綠化效果良好，運行一年多來未發生任何質量問題。

參考文獻：

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