刘国栋

（中铁三局集团有限公司，山西 晋中 030609）

1 工程概况

该项目是《国家公路网规划》（2013—2030年）规划的国家高速公路放射线北京至西藏高速公路（G6）联络线西宁至和田高速公路的重要组成部分，同时，也是新疆交通运输“十三五”发展规划“6横、6纵、7枢纽、8通道”中“6 横”（“6横”，是指沿丝绸之路经济带和中巴经济走廊带布局，东联内地、西出中亚西亚的6条横向大通道）的重要组成部分。

该项目路线呈东—西走向，起点位于若羌县北侧，G218线检查站南侧1.5 km，与G315线依吞布拉克（新青界）至若羌公路项目终点相接，路线沿昆仑山与塔克拉玛干沙漠之间的绿洲带由东向西；终点位于民丰县鱼湖东侧约7 km处，与G315线民丰至洛浦公路项目起点相接，路线全长526.209 km。项目地理位置如图1所示。

我公司承建RMSJ-3合同段，起点为K1773＋000，终点为K1895＋000，路线全长122.164 km，其中，K1852＋000～K1895＋000段43 km范围内的是路基工程、桥梁涵洞工程、路面底基层及基层交叉工程。

该段路基采用风积沙填筑，采用传统的湿压法施工工艺，需水量极大，并且需要提前焖料，费时、费工；再加上冬季气温过低，无法满足正常用水需求。鉴于此，开发了沙漠高速公路风积沙干压法填筑施工技术，在施工中优化机械配置、碾压工艺等，采用推土机推挖、静压，压路机震动碾压，大大节省了取料时间。与传统湿压法相比，这种方法可节约用水1.24×106m3，环保节能效益显著。该方法具有施工速度快、操作简单、施工安全等优点，总结形成后为类似工程提供参考。

图1 项目地理位置图

2 施工工艺特点

该技术针对传统施工工艺湿压法填筑施工需要大量的水资源、施工成本高的问题，采用干压法填筑施工技术，解决了沙漠地区工程用水短缺的问题，节约了水资源，降低了筑路成本。

利用风积沙干法施工填筑路基减少了运距，同时，可阻断毛细水上升，提高路基稳定性，解决了沙漠地区路基填料短缺的问题，降低了工程造价，又缩短了施工工期。

该技术填筑厚度较大，最大填筑厚度可达50 cm，施工工艺简单，且施工不受冬季温度过低的影响，极大地缩短了路基填筑施工周期。

该技术机械要求配置低，工效指标高，与传统碾压方式相比，碾压遍数少，大大减少了施工机械油耗。

3 适用范围

该施工工艺适用于风积沙路基填筑施工，尤其适用于沙漠缺水地区的风积沙填筑。

4 工艺原理

风积沙作为填料，不仅具有颗粒较细、级配不良、无黏结性、天然含水量小、保水性差的特性，还具有水稳性能好、沉降均匀、整体强度高、回弹模量波动小、能很好地保证路基整体稳定性的优点。因此，风积沙路基施工有其特殊性，工艺和质量控制与素土填方有很大的不同。风积沙标准击实结果如表1所示，标准重型击实曲线如图2所示。

土压实是通过碾压、冲击等外力手段来克服土颗粒间的内聚力（黏结力）和摩擦力，将空气和水分挤出，使土颗粒相互靠拢，从而提高土的密实度。由图2可知，随着含水量的变化，风积沙击实曲线形成了双峰值。这是因为风积沙处于干燥状态时非常松散，黏结力几乎为零，此时需要克服的主要是内摩阻力。当击锤或配重落在砂体上时，力以震动波的形式传递，砂体不但在垂直方向上受力，而且水平方向上也受派生出来的力的作用而产生跳跃式位移。所有位移的方向总是朝着空隙方向发展，颗粒在冲击荷载作用下易于相对移动、嵌挤、填充。因此，风积沙在干燥状态下可以得到较大的干密度。

表1 风积沙标准击实结果

图2 标准重型击实曲线

当风积沙中含水量增加时，水破坏了天然状态下干燥颗粒表面吸附膜的润滑作用，产生了水对石英类矿物的非润滑效应，因而其内摩阻力增大，同时，石英类矿物具有憎水性，黏结水与沙粒之间相互产生推力也使内摩阻力增大。此外，黏结水不同于自由水，它具有一定的黏滞性、弹性和抗剪性，当含水量较少时，水膜很薄，因而其连续作用很强，可增大内聚力。这些因素导致风积沙不易压实。因此，风积沙从干燥状态到含水量较小(2%)时，干密度急剧下降。

随着含水量的增大，结合水膜逐渐变厚，水的黏滞性随着土颗粒之间距离的增加而减小，水在颗粒间的润滑作用逐渐增加，使得土的内摩阻力逐渐减少。在毛细水作用下，干密度值随含水量增加而缓慢增长，但有时出现波动。随着含水量的进一步提高，水膜黏结力持续下降，毛细水作用进一步增强。但是，当重力水出现时，风积沙颗粒间的空气消失，毛细水作用急剧减少，颗粒间的黏结力迅速下降，干密度很快提高。

当最佳含水量时，风积沙干密度达到最大值。峰值过后，含水量继续加大，沙的内摩阻力和黏结力还在减小，但单位体积内空气的体积已减至最小限度，而水的体积却在不断增加。由于水是不可压缩的，因此，在同样击实功作用下，沙的干密度值反而减小。

由于风积沙天然含水量极小，再加上沙漠中气温干燥，经过摊铺、推平，碾压时风积沙的含水量已趋近于零，所以，采用干压法施工风积沙路基是完全可行的。

5 工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程图

相关施工工艺流程如图3所示。

图3 施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 施工准备

5.2.1.1 内业技术准备

施工开始前，由技术负责人、质检工程师、专职安全员对全体施工人员进行技术交底，交底内容包括施工技术规范、质量检收标准、安全环保等，交底要详细、具体，让每个施工员都了解施工规范标准，同时，还要建立岗位责任制度。

5.2.1.2 人员、材料、机械准备

现场施工人员已按要求配备齐全，责任分工明确，满足施工管理要求；风积沙填料确定由K1874＋000右侧1 km取土场挖取；施工用各种机械已经到场，各项性能经调试性能良好，能够满足施工要求。

5.2.1.3 施工现场准备

施工现场和通往取土场的施工便道已贯通，可以满足施工需要。施工便道设专人维修养护，设置路标和防护措施，另外派专人负责指挥，保证车辆和施工机械正常行驶。同时，要采取随时洒水等抑尘措施，以减少施工作业产生的灰尘。

5.2.1.4 测量准备

测量准备包括以下几点：①路基开工前做好施工测量工作，包括导线、中线点水准点复测，横断面检查与补测，增设水准点等。②中线复测。路基开工前全面恢复了中线并固定了路线主要控制桩，同时，对坐标点加以保护。对于路基内的坐标点，在开工前重新测设，以便控制路线中线。③校对及增设水准点。使用水准点前仔细校核，确认实测结果未超出允许误差（闭合差为±20√Lmm ，L为水准路线长度，以km计），可以施工。增设的水准点设在便于观测的专门埋设的牢固混凝土桩上，间距不超过150 m。④路基施工前，根据恢复的路线中桩、设计图表和有关规定定出路基用地界桩、坡脚等的具体位置桩。

5.2.2 测量放样

在路基填筑施工前进行中桩及边坡放样，以控制路基填筑的宽度。机械施工时，在中桩边桩处设立了明显的填挖标志，在不大于200 m的段落内距中心桩一定距离处埋设控制标高的控制桩进行施工控制，如果发现控制桩丢失或碰倒应及时补上。在取沙位置定点设立明显标志，注明允许的挖掘深度、宽度和所供应的路基范围桩号。

5.2.3 基底处理

开挖至设计标高后，及时对基底进行浸水，待含水率符合要求后，开始对风积沙路基填筑前基底进行碾压处理。基底碾压采用自重26 t的宝马格全液压压路机。经现场测量和试验监理旁站，试验人员检测基底压实度不小于90%之后方能进行下步施工工序。

5.2.4 分层填筑

分层填筑时要注意以下几点：①所用填料必须先在现场和试验监理的见证下取样送试验室进行相关试验，出具土工报告，确认符合要求后方能使用。②路基填筑时，按照全断面全宽推筑，并采用水平方式填筑，每层虚铺厚度控制在50 cm左右。③为了保证路基边缘的压实质量，路基填筑时两侧均应超填50 cm。④填筑时，采用撒方格网的方法控制虚铺厚度。路基面上按照现场运料车的容量、50 cm的虚铺厚度，用石灰洒出相应面积大小的方框，一个方框内倾倒一车填料，以此保证虚铺厚度。

5.2.5 整平

整平时要注意以下3点：①风积沙采用推土机粗平和平地机精平进行整平。②整平前，采用定桩挂线的方法控制平整度。路基每隔一定距离放出填筑边线和中线，打下木桩，保证其牢固可靠。同时，在木桩上虚铺高度位置挂上线绳，平地机以线绳为标准平整，以此保证局部凹凸不大于1.5 cm。③边桩及中桩挂线高度应考虑路基设计1.5%的路拱横坡要求，保证路拱横坡一次成型，避免后期重复施工。

5.2.6 碾压

考虑到风积沙比表面大，无黏性，松散性强，普通胶轮压路机作业时容易陷车，因此，采用大型卡特D8N推土机先进行初压，然后再采用26 t宝马格全液压压路机复压。

每层填料摊铺平整后，用卡特D8N推土机初压，自重26 t宝马格全液压压路机复压，使其达到规定压实度，且表面需平整，各项指标符合设计要求，局部表面不平整处补平并碾压。根据设计要求，路床顶面以下0～80 cm深度风积沙压实度不应小于96%，80～150 cm深度风积沙压实度不应小于94%.碾压时，采用“先推土机初压、后压路机弱振、再静压”的方式。94区碾压遍数及顺序为，用推土机和压路机共碾压5遍，先用推土机碾压2遍，再用压路机弱振2遍，最后用压路机静压1遍。96区碾压遍数及顺序为，用推土机和压路机共碾压6遍，先用推土机碾压2遍，再用压路机弱振3遍，最后用压路机静压1遍。推土机和压路机碾压时均将速度控制在2.0～4.0 km/h的范围内，尽量保持匀速行驶，避免突然加减速。碾压轮迹均从路基边缘向中心移动，推土机轮迹重叠1/2履带宽度，压路机轮迹重叠1/3碾压轮宽度。由风积沙干压法相关工艺性试验可知，由于风积沙具有比表面积大、颗粒较细、级配不良、无黏结性、天然含水量小、保水性差的特性，在碾压过程中出现过压的情况后，原本密实的土体会变得更加松散，相应的压实度也减小。因此，在碾压过程中，碾压遍数应严格按照相关工艺性试验得出的数字进行。

5.2.7 标高控制

在风积沙路基施工中，因风积沙颗粒细小，地表土质松散无黏结力等原因，路基高程相对于一般路基高程较难控制，所以，应采取以下措施：①加密控制点数量，要比一般路基增加1/3，重要高程控制点尽可能采用混凝土桩或直径不小于10 cm的钢管桩，桩的埋置深度不小于100 cm，露出地表30 cm。桩基座要浇筑水泥砂浆或混凝土，并在周围设置醒目标志以便查找。②高程测量采用全站仪并配合水准仪，由全站仪测量路线控制点，用水准仪测量路基的其他部位。③为了减小在凹凸不平路基上的测量误差，可制作直径为50 cm、厚度1～2 cm的木制或铝制圆盘，将圆盘中心放在待测点上，再将塔尺放在圆盘中心进行测量并计算高程，以便将测点的高程转变为50 cm范围内面的高程，从而提高施工测量精度。

5.2.8 质量检测

风积沙路基无法进行弯沉测量，顶面强度可通过天然砂砾底基层的弯沉确定。在此要求必须保证天然砂砾底基层的弯沉值满足设计要求。代表弯沉值应不大于允许的弯沉值，对于舍弃的弯沉值过大的点，应找出周围界限，并进行局部处理。对压实度数据进行统计分析，其下置信界限应不小于标准值。路基压实度是衡量施工质量的重要指标。风积沙路基土质松散，黏结力严重不足，检测时，由于土样发生扰动，在含水量小于3%的情况下，无法用规范规定的环刀法和灌沙法获取压实度值。为了快速、有效地在施工现场测定压实度，一般情况下，风积沙路基压实度检测采用浸水环刀法。

5.3 劳动力组织

本施工工艺所需现场管理人员如表2所示。本施工工艺所使用的现场劳动力如表3所示。

表2 现场管理人员

表3 劳动力组织

6 材料与设备

施工时用到的主要施工机具如表4所示。

表4 施工机具配置

7 质量控制

7.1 质量控制要点

风积沙干压法填筑施工工程质量控制要点主要有以下几点：①风积沙的颗粒级配；②风积沙天然状态下含水率；③压实度（通过试验段确定适宜的施工参数）；④过程控制中的虚铺厚度；⑤路拱横向坡度；⑥路基面的平整度。

7.2 质量控制方法

路基填筑必须经过试验。路基施工会破坏土体的天然状态，致使结构松散，颗粒重新组合。为了使路基填筑有足够的强度和稳定性，必须予以机械压实，以提高其密实程度。影响路基压实效果的因素有内因和外因2个方面，内因指土质和湿度，外因指压实功能（比如机械性能、压实时间与速度、土层厚度）以及压实时的外界自然因素和人为因素。风积沙细颗粒含量会影响压实效果，因此，在施工过程中要选好料源。路基填筑时，为了保证机械施工，第一层可稍大于50 cm，后续每层填筑松铺厚度以不超过30～50 cm分层铺筑压实。在施工过程中，采用推土机和压路机具施工，每层压实厚度不超过50 cm。在碾压过程中，采用先两侧后中间，先静压后弱振、再静压的操作程序进行碾压。94区碾压顺序为，推土机碾压2遍，弱振2遍，再静压1遍；96区碾压顺序为，推土机碾压2遍，弱振3遍，再静压1遍。碾压行驶速度应不超过4 km/h。

7.3 质量检验

风积沙路基填筑完成后，应及时进行相关质量检验，检验数量和检验方法应符合表5的规定。

表5 路基实测项目

8 安全措施

在施工过程中，要采取相应的安全保障措施，具体有以下几点：①施工区在施工前应设警示标志，严禁非操作人员出入；②施工中，应定期检查、养护、维修机械设备；③路基施工前，应对施工邻近区已有建筑物，比如地下电缆和管线等进行调查，严防情况不明、盲目施工导致地下电缆和管线等被破坏的情况发生；④为了保证施工安全，现场应有专人统一指挥，并设安全员负责现场的安全工作，坚持班前进行安全教育；⑤现场设专人指挥、调度，确定合适的机械车辆走行路线，并设立明显标志，防止相互干扰碰撞，机械作业要留有安全距离；⑥制订作业程序和运行路线，确保协调施工，安全生产；⑦因本项目地处新疆沙漠边缘地带，大风和沙尘天气比较多，所以，在施工过程中，应做好相关预防措施，风力大于6级时现场应停止施工。

9 环保措施

9.1 施工噪声、振动的控制

施工噪声、振动的控制包括以下几点：①设备选型优先考虑低噪声产品，设备底座设置防振基础，同时，采取相关措施或改进施工方法，使施工噪声、振动达到施工场界环境标准。②选择低噪声设备，在选型时严格比较噪声大小。③合理布置各种施工作业区和生活作业区，利用距离、隔墙使噪声大幅度自然衰减。④出入现场的机械、车辆做到不鸣笛，不急刹车，同时，还要加强对设备的维修，定时保养润滑。对与施工无关的人员和车辆加以控制，避免或减小噪声。

9.2 粉尘控制

在施工过程中，对于施工现场的地面，要定期压实或洒水，减少灰尘对环境的污染。在有粉尘的作业环境中作业时，除洒水外，作业人员还必须配备劳保防护用品。在运输易飞扬的散料时，装料要适中，并用篷布覆盖。储料场松散易飞扬的材料要用彩条布遮盖，避免运输、装卸和刮风时扬尘。

9.3 植被保护

本项目地处荒漠戈壁地带，生态环境极其脆弱，因此，在施工过程中，应注意植被保护，尽量避免对植被的破坏。临时用地使用完后，必须恢复至原有的地形地貌或原有情况有所改善的状态。

9.4 废水、废渣处理

施工废水要按照有关要求处理达标后排放，以免污染周围水环境。在施工时，要对天然形成的排水系统加以保护，不得随意改变，必要时修建临时水渠、水沟、水管等。另外，废渣、建筑垃圾等要集中弃往设计指定的弃碴场。

10 结束语

综上所述，风积沙路基采用干压法施工，可以节约施工用水，减少对地下水源的破坏，节省施工周期，延长有效施工时间，在天然含水率下既达到了最佳压实度，又保证了施工质量。根据土工击实试验测得的取土场风积沙最佳含水率为16%～18.5%，如果采用湿压法计算的消耗用水约1.24×106m3，根据成本计算沙漠地段每方水4元（含运费），可节省496万元，节省人工费及机械燃油费45.5万元。节约用水和油耗明显，经济效益显著。无论从节约用水，保护地下水源，还是从投资收益的角度而言，该施工方法具有较大的推广和应用价值。

参考文献：

［1］陈忠达，张登良.塔克拉玛干风积沙工程特征［J］.西安公路交通大学学报，2001，21（3）：1-4.

［2］陈忠达，张登良.风积沙路基压实技术的研究［J］.中国公路学报，1999（2）：13-17.

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［6］交通部公路科学研究院.JTG E40—2007公路土工试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2007.