沙漠地區道路路基壓實施工技術研究

鄔皚銘 白永江 陳 浩

中國化學工程第七建設有限公司 四川成都 610100

在阿聯酋及諸多中東沙漠地區國家中，風積沙存量大、易獲取。但風積沙具有明顯的非塑性，其顆粒屬于細沙[1]，沙粒組成為天然不良級配，難以使用常規壓實方法壓實到規范要求的壓實度。風積沙的壓實技術在修筑沙漠地區公路中十分重要，提高風積沙路基壓實效率，利用好級配極差、無粘結性、成型困難的風積沙，滿足當地路基壓實度要求，對于我國施工企業在中東地區道路施工市場競爭中脫穎而出具有重要意義。

中國化學工程第七建設有限公司（以下簡稱七化建）結合國內外實踐經驗，在阿聯酋承建的道路施工中通過大量的試驗段，總結了完備的沙漠地區路基壓實施工技術，突破受環境影響和地質條件限制的局限性，降低了工程成本，取得了良好的經濟效益。

1 沙漠地區路基壓實技術工藝原理

通過對沙漠地區道路所在地及周邊環境調查，分析沙漠路基施工所需水土資源的可利用程度，進而選定施工所需水、土等材料，盡可能避免換填、拌合等工序，降低項目成本。通過實驗解析沙漠路基在不同含水率下與最大干密度的關系，總結規律，并結合國內外施工經驗，在不同施工路段選擇不同的路基壓實施工方法進行試驗；通過試驗段施工，找出快速達到壓實度要求的最佳人材機組合，確定施工人材機配置；最終采用補水等方式增加沙顆粒之間的粘聚力，通過常規壓實機械利用振動碾壓、沖擊等外力壓實手段克服風積沙顆粒間的內摩擦力，將空氣擠出使風積沙顆粒間相互位移靠攏從而提高密度[2]，達到增強風積沙路基抵抗外部荷載的能力。

2 工藝流程及操作要點

沙漠地區路基壓實施工工藝流程見圖1。

圖1 沙漠地區道路路基壓實施工工藝流程

2.1 調查、分析施工環境

（1）制定調查工作計劃：調查計劃的制定可依據國內和國際有關規范，也可根據項目需求自行擬定。調查要點包括但不限于場地使用情況、地質條件、氣候、氣象、河流水文、地下水、地下設施、管線分布等。

（2）按計劃開展調查：調查可采用場地資料收集與分析、現場勘查和人員訪談等方式相結合，分析相關資料，提出重點調查區域及重點關注的水土資源可用性。

（3）調查結果應用：對收集到的信息進行整理和分析，選擇項目可用的水土等資源，擬定最佳的取用位置，為項目后續資源取用許可辦理、人機資源計劃編制和現場施工組織等工作開展做好充分準備。

2.2 確定施工方法

采用輕型擊實試驗或振動臺法試驗對風積沙最大干密度進行測試，通過所得數據解析沙漠路基在不同含水率下與最大干密度的關系，總結規律，確定施工方法[3]。

2.2.1 實驗確定最佳含水率和最大干密度

阿聯酋沙漠地區風積沙粒徑主要分布在0.5～0.05mm 之間，屬于特細砂，可采用輕型擊實試驗和振動臺法兩種試驗方法確定風積沙最大干密度，試驗結果分別見圖2 和3。

圖2 輕型擊實試驗含水率與最大干密度的關系

由圖2 可見，試驗測試曲線呈水平S 曲線，其壓實特性具體表現為，在擊實時風積沙的干密度隨含水率變化，分別在含水率為0 和8.7%左右處出現兩個干密度峰值。此時，所得到的壓實后的風積沙干密度值最大，即壓實度最為符合要求。

由圖3 可知，振動臺法試驗測試曲線亦為水平S 曲線，最大干密度分別在含水率為0 時及最佳含水率8.2%時達到峰值。此時，得到的壓實后風積沙干密度值最大，即壓實度最為符合要求。

圖3 振動臺法試驗含水率與最大干密度的關系

通過對兩種試驗測試曲線進行比較分析，發現不論在含水率為0 或最佳含水率處，振動臺法所得最大干密度均優于擊實法。據此，風積沙作為填料的路基壓實采用干振法及飽和水振動法兩種較為適宜[4]。

2.2.2 施工方法的選擇

（1）干振法：在缺乏水、電資源的條件下，適宜選用干振法。對于風積沙、細粒砂在天然含水率狀態下壓實的施工，通過此方法可確保風積沙路基在干燥條件下通過振動壓實后達到最大干密度，滿足沙漠路基壓實質量控制的要求。

（2）飽和水振動法：在水、土資源易于獲取的條件下，適宜選用飽和水振動法方法。沙漠地區由于氣候炎熱，水分蒸發量大。而含水率的大小，對壓實效果起著至關重要的作用，為此，在碾壓之前要根據現場風積沙填料含水率的情況補灑水，根據試驗發現，需將填料碾壓時的含水率控制在最佳含水率+2%左右[5]，補水量可按式（1）進行計算。

式中：m——所需補水量，kg；

ω0——填料原來的含水率（以小數計）；

ω——填料的壓實最佳含水率（以小數計）；

Q——需要補水的填料的質量，kg。

2.3 試驗段施工

項目團隊以500m 為單位設置了試驗段，采用單鋼輪和雙鋼輪兩類壓路機、180 馬力平地機、12t 和19t 輪胎式振動壓路機等主要機具進行壓實試驗。試驗中將同一重級的機械分為一組，在壓實過程中將碾壓區域分為0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm 四個斷面，分別在碾壓2、4、6 遍時對距路基中線5m、10m 和距邊線1m 的位置取樣，并進行壓實度試驗。試驗采用普通環刀法取樣，按照項目所用英標BS 1377: Part 9:1990:ClS2.2進行檢測。

實驗發現，180 馬力平地機、單鋼輪壓路機和12t 輪胎式振動壓路機一組在碾壓厚度為0～30cm 時，碾壓6遍都具有較好的分層碾壓效果。但隨著碾壓深度逐漸增至35cm 時，需使用雙鋼輪壓路機和19t 輪胎式振動壓路機一組進行的分層碾壓，才能得到較好的壓實效果。據此，項目本著經濟、高效和滿足質量要求的原則，選擇180馬力平地機、單鋼輪壓路機和12t 輪胎式振動壓路機作為最終壓實機具組合。

2.4 確定人材機配置

在道路路基壓實施工過程中，機械設備的選型和組合對施工工效和質量影響非常大[6]。因此在路基正式施工前，需針對性解決機械的配備、選型等問題，初步確定2—3 個經濟、適用的通用機械備選方案。

在300～500m 試驗段中,通過控制壓實機械組合、壓實厚度、壓實遍數等變量進行壓實試驗，解析各變量試驗中得到的的相關施工參數，確定出合適的壓實機械設備組合，用于指導項目整體路段施工及其他類似沙漠地區風積沙路基的施工。項目所需材料采用就地或就近的方式獲取，因此可根據現場需求進行實時調配，人員數量則根據機具情況進行配置。

2.5 原基底壓實

（1）原基底壓實前，需對路基施工范圍地表進行清理，對地面及地下設施或障礙物進行拆遷、改移或加固保護。碾壓前應取原狀填料現場測含水率，計算補灑水的量；灑水前用平地機耙松原地面，使水能充分、均勻地滲透到規范或圖紙要求處理的深度范圍。

（2）當水充分滲透后，使用平地機整平表面。挖方路段需先進行挖方處理，使其路面標高高于設計路床5cm，再利用平地機找平標高。

（3）采用單鋼輪壓路機振動壓實時，碾壓開始速度應控制在3km／h 以內；遵循先慢后快、先強后弱的原則，先慢速強振碾壓4 遍，后快速弱振碾壓2 遍，壓實遍數應控制在6 遍以上。輪跡重疊寬度大于1／3，輪跡布滿整個作業面為一遍。

（4）利用膠輪壓路機靜壓3 遍進行封面處理，使其表面消除輪跡，達到保持水分的目的。

2.6 分層回填壓實

（1）使用純風積沙填筑路堤，各層填料中不能夾雜粘土、樹根及其他雜質[5]。

（2）先按照路基寬度及松鋪厚度最大要求上料并用平地機攤平，依據計算出的補水量提前進行補水，使填料含水率略大于最佳含水率。

（3）使用推土機沿橫向和縱向各碾壓一遍后，使用平地機再次整平；然后采用12t 振動壓路機先強振4 遍，再弱振2 遍；最后用膠輪壓路機封面，其他要求和路床的壓實方法相同。

2.7 質量檢測

壓實度應逐層檢驗，確保每一層填料壓實度均滿足要求。檢驗頻率、取樣檢測點數、分布均應符合項目規范及圖紙要求，必要時可根據需要增加檢驗點。

3 人材機配置

采用飽和水振動法進行路基壓實施工，所需材料可根據現場需求進行實時調配。人機配備可參考500m 試驗段所使用的儀器、設備配備(表1)和人員配備(表2)。根據項目工期要求及現場施工作業面情況，安排單組或多組作業隊伍，每組作業隊伍按表中數據進行人機配置。

表1 主要儀器、設備配備表

4 質量控制

（1）風積沙、施工用水及壓實后壓實度的檢驗標準、試驗標準執行項目合同約定及圖紙要求的規范；

（2）碾壓按試驗段工藝要求、設備組合、碾壓遍數嚴格控制；

（3）碾壓過程中適時檢測壓實度，達不到壓實度要求的要及時補水、補壓；

（4）沙漠地區環境惡劣，全站儀、水準儀等在計量檢定周期內，至少每30d 進行一次使用前誤差檢查，發現異常及時校正。

（5）為保證路基質量，路基頂層驗收合格后應立即進行上一層施工。

5 效益分析

（1）本技術使用道路施工通用設備，避免了使用各類專用壓實設備，保證壓實度達到設計要求，降低了工程成本。

（2）本技術可根據工程所在環境精準定位，選擇合適的壓實方法。在保證壓實度要求的基礎上，充分利用現有環境下的水土資源，規避換填等方式造成的成本增加，減少施工過程中的揚塵污染，提高施工效率、縮短施工工期。

（3）本技術突破地質條件限制和環境影響的局限性，充分利用風積沙材料，降低了工程成本，工藝先進，效果良好。

6 結論

通過七化建項目團隊在中東迪拜地區多個項目的大量實驗和多項工程上的實際運用，總結出了適用于沙漠地區道路路基壓實的施工技術，形成了完備的工藝操作流程。對沙漠地區道路路基壓實施工方法、人材機配置的選取和質量控制提出了指導意見，有助于施工企業在沙漠地區道路路基壓實施工中進一步推廣。