浅谈沙漠地区风积沙路基干压法施工技术

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2010年7月 铁 道 工 程 学 报 Jul 2010 第7期(总142) JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETY NO．7(Ser．142) 文章编号：1006—2106(2010)07—0011—04 浅谈沙漠地区风积沙路基干压法施工技术 严少发 高 东” (中交隧道工程局有限公司，北京 100088) 摘要：研究目的：通过对风积沙路基特点、工程特性及压实原理等方面的分析，提出适合沙漠地区风积沙路基 的干压法施工技术，较为合理的施工工艺、机械组合和压实遍数，为风积沙路基的压实提供理论依据。 研究结论：通过振动台法确定最大干密度，提出适合沙漠地区风积沙路基干压法施工技术，不小于140匹 马力的推土机、18～25t前后驱动的重型振动压路机、平地机作为路基填筑的机械组合；路基摊铺厚度每层控 制在50—80em，压实后保证40—60em，不应超过60cm；施工工序为：推土机排压2—3遍一平地机精平一压 路机静压1遍一压路机振压2～3遍一压路机静压收光完成终压。 关键词：沙漠；风积沙路基；干压法；施工技术 中图分类号：U416．1+66／U215．7 文献标识码：A CommentsonConstructionTechnologyforAeolianSandRoadbedinDesert AreawithDryCompactionMethod YANShao—fa，GAO Dong (CCCCTunnelEngineeringCo．Ltd．，Beijing100088，China) Abstract：Researchpurposes：Basedon theanalysisofthetechnicalcharacteristics，engineeringpropertiesand compactionmechanism foraeoliansand，thesuitabledrycompactiontechnologyisproposedofrtheaeoliansandroadbed indesert，includingtheconstructiontechnoloyg ，rationalmachinery combinationandnumberofcompaction，ofrthe purposeofprovdingthetheoreticalbasisofrcompactionofaeoliansandroadbed． Research conclusions：Themaximum dry density can bedecided by thevibrating compaction technique．The constructionmachinerycombinationisadvised．Namely，thebulldozer(notlessthan140horsepower)，thebackand forthdrivingroadroller(18—25t)，andthegradershouldbeusedtogether．Thethicknessofthecarvel—builtlayeris controlledat50—80cm，anditisguaranteedat40—60cm，nomorethan60cm aftercompaction．Theconcrete processincludesthe2—3timesrollingbybulldozer，thefinelevellingbygrader，the1timeofstationarycompactionby roller，the2—3timesvibratingcompactionbyroller，thebulldozerstationary compactionbytheroller． Keywords：desert；aeoliansandroadbed；drycompaction；constructiontechnique 我国是世界上沙漠分布最多的国家之一，沙漠面 了《沙漠公路修筑技术研究》，从1995年至今编写完 积约80．89m，占国土面积的8．43％，其中90％在我 成了《公路路基设

计规范》特殊路基的沙漠部分，正在 国的新疆、内蒙、甘肃、宁夏、陕西等省区。20世纪 进行的是 “沙漠公路勘察设计、施工、验收规范”的编 50—70年代科技工作者在沙漠边缘对风沙地貌，80年 写。美国科技人员在土工织物加土工格室方面取得了 代以工程防沙和生物治沙相结合对公路筑路技术和沙 很大的成绩。所取得的风积沙干压法施工技术为解决 害防治进行研究取得了良好的效果，90年代全面开展 自然条件恶劣和工程地质条件复杂的沙漠地区路基填 收稿日期：2010—04—27 作者简介：严少发，1981年出生，男，工程师，中交隧道工程局有限公司副总工程师；高东，1975年出生，男，工程师。
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12 铁 道 工 程 学 报 2010年7月 筑提供了参考，从而可以合理利用资源 、维持生态平 风积沙路基经压实后，具有较好的稳定性和较高的 衡、变害为利和带动沙漠地区的经济发展。 强度。 1 工程概况 3 风积沙的分类及最大干密度的确定 新建甘旗卡至库伦铁路工程经过内蒙古自治区东 3．1 风积沙的分类 北部的通辽市科尔沁沙地，全线风沙地区路基23处， 按照《土的工程分类标准》(GB／T50145--2007)、 总长47．891km。有密集的新月形沙丘链群与格状沙 《土工试验规程》(SL237--1999)、《公路土工试验规 丘(蜂窝状沙丘)交替分布，风积沙路基土方合计 程》(JTGE40--2007)、《铁路工程土工试验规程》 430万方，有效施工时间为120d。风积沙路基施工是 (TB10102--2004)对土的分类标准，风积沙应该划归 影响工程如期完成的一个关键因素，确定合理的风积 为砂类土中级配不良砂sP_3J。但工程实践中发现： 沙压实工艺，将促进工程的顺利实施。在施工中，通过 这样的划分，没能反映d<0．075的细粒组分含量对最 试验分析，现场操作验证等手段，结合风积沙的特性， 大干密度试验方法和现场压实施工工艺及质量控制措 确定并完善了相对科学的风积沙干压法施工技术。 施的显著影响，不能起到指导工程实践的作用。有关 学者专家提出，对风积沙的分类应参考水利部 《土工 2 风积沙的特性分析 试验规程》(SL237--1999)的分类法，再附以d< 风积沙作为沙漠铁路路基的主要材料，与

其它土 0．075组分含量的影响，将它细分为d<0．075组分含 体相比，有其独特的特性，主要表现在以下几个方面： 量小于5％的风积沙(I类，无塑性时为I一1类，有塑 (1)自然状态下的风积沙干密度一般为1．44g／cm3， 性时为I一2类)，d<0．075组分含量为5％～15％的 湿密度约为1．48g／cm； 含细粒土风积沙(Ⅱ类，塑性指数较大)和d<0．075 (2)压实状态下的风积沙的最大干密度可以达到 组分含量为15％一50％的细粒土质风积沙(1U类，塑 1．74～1．77g／cm (而纯风积沙为1．82g／cm左右)； 性指数大)。本工程DK50+300和DK34+500的取 (3)风积沙的内聚力c值很小，在干燥状态下几 土场d<0．075组分的含量分别为1％和0．2％，均小 乎为零；风积沙的 值约为28。～32。。抗剪能力差， 于5％，塑性指数分别为9．0和0，故分别为I一2类， 在外力作用下，容易产生位移； 有塑性时为I一1。 (4)风积沙的天然含水量很低，最低的地方不足 3．2 风积沙压实参数的确定 1％，最大含水量一般也不超过4％； 对风积沙分别采用标准击实法、表面振动压实法 (5)风积沙的沙颗粒属于细砂，0．075—0．5mm (干法、湿法)和振动台法(干法、湿法)等试验方法测 范围的颗粒占99％以上，细度模数为1．28左右； 定最大干密度和最佳含水量。通过试验数据得出：对 (6)风积沙的粉粘粒含量很少，小于0．075mm 于无塑性的I一1类风积沙，表面振动压实法和振动台 以下的颗粒含量小于5％，表面活性很低，松散无粘聚 法均比标准击实法得到的标准干容量要高0．09～ 性，具有明显的非塑性性质； 0．12g／cm，但表面振动压实法在湿土试验过程中，由 (7)风积沙颗粒一般具有非亲水性，即沙粒表面 于试筒底部密封，振动时饱和自由水无法从底部排出， 对水几乎没有物理吸附作用，最大吸水率不足 1％，一 与实际施工有差异，而干土试验时结果偏低。因此认 般都在零附近。沙的滤水作用十分明显，水在沙层中 为：对无塑性级配不良的I一1类风积沙在施工过程中 直接往下渗，使沙漠表层的沙常处于干燥状态； 控制最大干密度宜采用振动台法(干振法)确定。对 (8)沙颗粒遇到水后能保持原有骨架结构性质， 于有塑性指数的I一2类风积沙和 Ⅱ、Ⅲ类风积沙，标 水稳性好； 准击实法所得到的干密度最高，宜采用标准击实法确 (9)由于风积沙无粘聚性，振动压实可以

使颗粒 定最大干密度。本工程DK34+500处的取土场的最 重新排列，获得较大的压实度，风积沙在干燥和接近饱 大干密度采用振动台法(干振法)得出1．83g／cm。 和状态时可以获得较大的压实度； 3．3 振动台法确定最大干密度步骤 (10)风积沙路基的回弹模量较小，基本在18．10～ 对 I一1类风积沙采用振动台法(干振法)来确定 38．27MPa之间； 风积沙的最大干密度，振动台技术参数是：外型尺寸 (11)风积沙的压缩系数a不是常数，会随着加载 50cm×50cm，振动频率2860次／min，振幅0．3～ 压力的增大而减少，风积沙的沉降变形一般在15s以 0．6mm，最大载重75kg。试模采用 《土工试验规程》 内即完成，且不产生徐变，总沉降量很小(<1．5％)， 中粗粒料标准击实筒。试验步骤如下：
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第7期 严少发 高 东：浅谈沙漠地区风积沙路基干压法施工技术 13 (1)将试模放在振动台上； 少洒水的情况下振动压实，这是因为一方面取决于风 (2)一次将烘干的干净风积沙填满试筒并高出试 积沙振动密实原理；另一方面根据振动台法(干压法) 筒约2—3em； 试验原理；再一方面取决于风积沙颗粒组成情况(为 (3)试模在振动台上不固定，连续振动一定时间， 较均匀的颗粒堆积)。 振动时间分为2min、4min、6min、8min、10min等，振 5．1 施工工艺流程 动过程中注意观察不要让试模滑出振动台； 施工前准备工作一原地面处理一检测清表及基地 (4)按拟定的不同时间振动结束后刮平，然后 压实一挖方或借方填料运至摊铺路段一推土机推平填 称重； 料一推土机排压2—3遍一平地机精平一压路机静压 (5)干密度计算：干密度(g／em)=风积沙标准 1遍一压路机振压2—3遍_+压路机静压收光一检测 击实筒内重量(g)／体积(cm)； 洒水一下一层施工。 (6)以于密度为纵坐标，振动时间为横坐标绘制 5．2 施工机械要求 两者的关系曲线，曲线上的峰值为最大干密度和最佳 机械设备选择除需满足压实技术要求之外，还应 振动时间。如果曲线不能绘出明显的峰值点应进行补 根据工程规模，场地大小、压实机械的效率等因素综合 点或重作。具体数据如表1所示。 考虑，基本遵循以下几点： (1)采用重型振动压路机，以l8

～25t为宜，激振 表1振动时间与最大干密度试验数据 力在250—300kN，吨位太小激振力无法保证，吨位太 振动时间 2min 4min 6rain 8min 10min 大则自重过重，影响效率； 干料重 1372 1380 1387 l39l 1345 最大干密度 1．80 1．81 1．82 1．83 1．77 (2)采用高振动频率、低振幅的原则，将振动频率 选择在35～45Hz，振幅选用0．8～1．0mm； 4 风积沙压实的机理 (3)采用低碾压速度，一般选2—4km／h，最大不 超过6km／h。否则，则影响激振力的影响深度； 关于振动压实理论 目前有内摩擦减小学说、共振 (4)压实遍数，以振压2～3遍为宜，最后静压1～ 学说、反复荷载学说、交变剪应变学说。这些学说从不 2遍，稳定并平整沙基表面，压实遍数再增加，反而影 同的侧面揭示了振动引起材料压实的诸多原因。综合 响压实效果； 各种学说可以知道：振动在风积沙内产生振动冲击，使 (5)推土机功率不应小于140匹马力，推运填料 其颗粒由初始的静止状态过渡到运动状态，颗粒之间 采用装载机配合运土，推土机推平，以最大可能地减少 的摩擦力也由初始的静摩擦状态进入动摩擦状态。风 上料过程对底层路基的破坏。 积沙在有一定含水量的情况下，如果含水量接近最佳 5．3 主要步骤 含水量，材料中水分的离析作用使材料颗粒的外层包 5．3．1 填料运输 围一层水膜，形成颗粒运动的润滑剂，假粘聚力消失， 采取风积沙上铺一层30～60Cltq厚的山皮土的方 为颗粒的运动提供了十分有利的条件，容易使其震密； 法，作为运输车通行的临时便道将取土运出。当路基 当含水量较低，颗粒周围的水分子数量不足以在其颗 填筑高度高于原地面1．5m后，填料运输车上路基基 粒外层包围一层水膜，由于毛细作用产生的吸力，颗粒 本无法行驶，此时采取筑台法的施工工艺。在路基的 间假粘聚力发挥作用，妨碍颗粒间的相互错动填塞孔 一 端(段落较长采用两端)先用山皮土进行部分坡面 隙，要将其压实需要外力克服该假粘聚力，则不易压 的硬化，在推土机的配合下自卸汽车运料逐渐堆积成 实。当风积沙在完全干燥状态下时，颗粒间不存在假 一 个平台。平台形成后自卸车运料可以顺平台向下倒 性粘聚力，其颗粒在振动荷载作用下容易产生位移，而

车驶入，一般能够驶入20m左右，再用推土机进行 重新排列。由此可见，在用风积沙作为路基填筑材料 50m范围内的摊铺。 时，干燥状态和含水情况下都可以得到较大密实度，这 5．3．2 分层填筑风积沙 是其它土类材料所不具备的一种特点。作为一种砂性 根据施工图设计，放样后，从路线两侧推筑。原则 土，风积沙依然存在剪胀现象，过大的击实力将会使压 上每层填筑厚度 5O～80em，每侧填筑至少加宽 实后的风积沙重回松散状态。 50em，同时按设计要求刷好边坡，并不得大于1：2。 5．3．3 路基压实 5 I类风积沙压实的施工工艺 摊铺厚度每层控制在5O～80em，压实后保证40～ 干压法施工就是I类风积沙可以在天然含水量或 60em，不允许超过60em。然后分以下阶段碾压：
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14 铁 道 工 程 学 报 2010年7月 5．3．3．1推土机排压 报，1999(4)：123—126． 每推筑一层后，由推土机大致整平，排压2～3遍。 PeiShengyan，LiYanlong．ConstructionofRoadbedby 5．3．3．2 平地机精平 FilingRoadbed州tlIFineSand[J]．Jouur~ofRailway 采用大功率平地机(PY180型及以上)缓慢匀速 EngineeringSociety，1999(4)：123—126． [2] 马明，岳鹏程，徐金凤．科尔沁风积沙在路基中的应用 进行，速度控制在6km／h左右，从中间向两边进行。 [J]．辽宁交通科技，2006(2)：26—28． 5．3．3．3 压路机碾压 MaMing，YuePengcheng，XuJinfeng．Applicationof 振动压路机碾压在稳压完成后进行，先用压路机 KeerxinWind—blownSandinSubgrade[J]．Liaoning 2档稳压 1遍，以便压路机能够在沙基上直接振动行 CommuniactionScienceandTechnology，2006(2)：26— 走碾压，然后用1档按 1／3轮宽错轮强振碾压，压实 28． 遍数为2～3遍，最后由压路机静压1遍，直至无明显轮 [3] 袁玉卿，王选仓．风积沙压实特性试验研究[J]．岩土工程 迹，碾压遍数不宜过多。初始速度控制在2～3km／h，最 学报，2007(3)：360—365． 后一次振压控制在4km／h左右，最大不得超过6km／h， YnanYuqing，WnagXuancnag．ExperimentalR

esearch 振动频率控制在40Hz左右，振幅控制在0．8—1．0mm。 onCompactionCharacteristicsofAeolina Sand[J]． 每层压实后，在进行下一层填土时不得对上一土 ChineseJournMofGoetechnicalEngineering，2007(3)： 层进行大的扰动，表面浮层(约 10cm左右)可适当洒 360—365． 水。不得因施工机械的运行，破坏表层。 [4] 陈忠达，李万鹏．风积沙振动参数及振动压实机理[J]． 5．3．3．4 路肩碾压 长安大学学报(自然科学版)，2007(1)：1—6． 在路基顶风积沙路肩碾压时，最好采用湿压法施 ChenZhongda，LiWnapeng．VibratoryParametersnad 工，用载重车或装载机的单侧轮胎碾压。如果用压路 VibratoryCompactingMechanismofEolianSnad[J]． JournalofChnag an Universitv(Natural Science 机碾压，容易造成路基塌肩、压路机侧翻等现象。 Edition)，2007(1)：1—6． 5．3．3．5 路基边坡包坡 [5] 李志勇，曹源文，梁乃兴，等．风积沙的压实机理[J]．中 由于沙漠地区气候恶劣，暴风天气多，风积沙路基 国公路学报，2006(5)：6—11． 边坡不稳定、易风蚀。所以，风积沙路基设计为路堤高 Li Zhiyong，Cao Yuanwen，Linag Naixing，etc． 度小于6m采用0．2m厚碎石土包坡，路堤高度大于 CompactionMcehanismofAeolina Snad[J]．China 6m时采用4mx3m拱形骨架，骨架内采用0．2m厚 JournalofHighwaynadTransport，2006(5)：6一l1． 碎石土包坡。 [6] 张广军．沙漠学[M]．北京：中国林业出版社，1996． ZhangGunagjan．Eremology[M]．BeUing：China 6 结论 Forestry Press，1996． 通过对沙漠地区风积沙的特性分析，探讨了风积 [7] 陈晓光，罗俊宝，张生辉．沙漠地区公路建设成套建设 沙路基的施工技术和方法，得出如下结论： [M]．北京：人民交通出版社，2006． (1)与现场施工相符的最大干密度试验方法为振 ChenXiaoguang，LuoJunbao，ZhnagShenghni．The 动台法。 TechnologiesofHihgwayConsturctionniDesertArea [M]．Beijing．ChinaCommuniactionsPress，2006． (2)技术和经济较为合理的沙漠地区风积沙路基

[8] 吴正．风沙地貌与治沙工程学[M]．北京：科学出版社， 干压法机械组合为不小于140匹马力的推土机、l8～ 20o3． 25t前后驱动的重型振动压路机、平地机作为路基填 Wu Zheng．Wnid Deposition Lnadform and Snad 筑的机械组合。 ControlEngineeringScience[M]．Beijing：Science (3)路基的摊铺厚度每层控制在50—80cm，压 Pr ess，2003． 实后保证40～60cm，不应超过60cm。 [9]李冰，焦生杰．振动压路机与振动压实技术[M]．北京：人 (4)施工工序为推土机排压2—3遍一平地机精 民交通出版社，2001． 平一压路机静压1遍 压路机振压2～3遍(不要超过 LiBnig，JiaoSlae~ie．VibrationRollerandVibratino 3遍) 压路机静压收光完成终压。 0叫呷目_岫Tectmoiogy[M]．1~ing：a瞌nC啊ln掮硼蠡c砸i0璐 Press．枷 1． 参考文献： [10]TB10102--2004，铁路工程土工试验规程[s]． [1] 裴生艳，李燕龙．粉细砂填筑路基施工[J]．铁道工程学 TB10102-2004，CodeforTestofRailwayEngmeedng[S]．