風沙干旱環(huán)境戈壁土路基施工含水率控制研究

1、<p>　　風沙干旱環(huán)境戈壁土路基施工含水率控制研究</p><p>　　[摘要]：蘭新鐵路第二雙線LXS-16標段地處風沙極旱戈壁地區(qū)，自然環(huán)境惡劣，氣候異常干燥，常年干旱缺水，路基填料含水量低，壓實困難。本文簡要介紹就該環(huán)境下路基填筑施工如何控制含水率，確保壓實質(zhì)量、提高作業(yè)效率。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]： 風沙干旱環(huán)境路基填筑含水率控制填料燜料 </p>

2、;<p>　　中圖分類號：U213.1文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1、工程概況 </b></p><p>　　蘭新鐵路第二雙線甘青段LXS-16標（DK930+329.68至DK1015+000），線路長度84.67km，其中路基79.89公里，占線路94.3%，路基填方831.7萬m3。 </p><

3、p><b>　　1.1地層巖性 </b></p><p>　　工程涉及的地層巖性及其物理力學特性為：上更新統(tǒng)洪積細圓礫土、粗圓礫土。 </p><p><b>　　1.2氣象水文 </b></p><p>　　工程位于甘肅省酒泉瓜州縣境內(nèi)，屬瓜州縣極旱荒漠區(qū)，自然環(huán)境條件惡劣，夏季干燥炎熱，冬季嚴寒漫長，常年風沙較大

4、，地區(qū)年均降水量僅52.2mm，年均蒸發(fā)量達到2567 mm，氣候異常干燥，施工用水來源困難。 </p><p><b>　　1.3填料情況 </b></p><p>　　取土場填料特征詳述如下：細圓礫土（Q3P16）：工點內(nèi)主要地層，灰色，成份主要以花崗石、石英巖、砂巖為主。粒徑在2～20mm約占35%，20～60mm約占＞45%，＞60mm約占10%，余為雜砂充填

5、，巖芯呈散狀，顆粒呈圓棱～渾圓狀，稍濕，中密，Ⅱ級普通土，σ0=400kPa。土體顆粒密度2.52g/m&sup3;，土體天然含水率1%~1.5%。 </p><p>　　2、含水率對壓實度的影響 </p><p>　　通過室內(nèi)擊實驗室繪制的密實度(干密度) 與含水量之間的關(guān)系曲線。在壓實過程中,土的含水量對所能達到的密實度起著十分重要的作用。錘擊或碾壓的功需要克服土顆粒間的內(nèi)摩阻

6、力和凝聚力,才能使土顆粒產(chǎn)生位移并互相靠近。土的內(nèi)摩阻力和凝聚力隨密實度的增加而增加。土的含水量小時,土顆粒間的內(nèi)摩阻力大,壓實到一定程度后,某一壓實功不能克服土的抗力,壓實所得的干密度小。當土的含水量逐漸增加時,水在土顆粒間起著潤滑作用,使土的內(nèi)摩阻力減小,因此同樣的壓實功可以得到較大的干密度。當土的含水量繼續(xù)增加到超過某一限度后,雖然土的內(nèi)阻力還在減小,但單位土體中的空氣體積已減到最小限度,而水的體積卻在不斷增加,由于水視為不可壓縮

7、的,因此在同樣的壓實功下,土的干密度反而逐漸減小。在干密度與含水量關(guān)系曲線上與最大干密度對應(yīng)的含水量稱為最佳含水量。即在相同壓實功下,能使土體達到最大干密度時的含水量。某種土在一定的壓實功作用下,只有在最佳含水量時,才能達到最大干密度。 </p><p>　　大量試驗研究和工程實踐表明：土的含水量對所能達到的密實度起著很大作用，只有在最佳含水狀態(tài)下進行碾壓才能得到土層最大壓實度，也是有效而經(jīng)濟的方法。施工中，填料

8、不會是最佳含水狀態(tài)，常采取的措施是：過干的土，適當灑水；過濕的土，采取翻曬或拌合吸水材料。簡單的增加壓實遍數(shù)是不可取的。而蘭新鐵路第二雙線填料特征、施工環(huán)境的特殊性，以及作業(yè)效率、壓實效果、經(jīng)濟成本等因素使得常規(guī)的灑水增濕措施不可取，為確保路基壓實質(zhì)量、提高作業(yè)效率，我們采取的取土場燜料措施能經(jīng)濟有效地控制填料含水率。 </p><p>　　3、燜料工藝研究及填筑試驗 </p><p>　

9、　3.1最佳含水率與填料補水方式確定 </p><p>　　受當?shù)刈匀画h(huán)境及天然降水率影響，年蒸發(fā)量遠大于年降雨量，填料自然含水率極低，只有1%-1.5%，無法達到壓實效果，經(jīng)過室內(nèi)擊實試驗及路基試驗段工藝性試驗，得出最佳含水率5.0-5.4%，須對水分進行補充。通過對實時灑水增濕法和取土場燜料增濕法兩種方案現(xiàn)場試驗比較，適時灑水用水量大、填料滲透不均勻、短時間無法壓實或機械設(shè)備周轉(zhuǎn)速度太慢，工作面循環(huán)不開，不利

10、于工期要求，同時增加成本。根據(jù)綜合比較，本標段統(tǒng)一采取取土場燜料，在攤鋪碾壓施工過程中適當灑水補充水分方式。 </p><p>　　3.2取土場燜料參數(shù)確定 </p><p>　　3.2.1燜料含水率 </p><p>　　為了保證施工過程中最佳含水量，考慮到運輸過程中以及攤鋪過程中水分的損失，經(jīng)測算，運輸過程中水分損失0.8%，施工攤鋪過程中損失1.5%，填料天然

11、含水1.19%，實際加水6.3%，燜土后含水率應(yīng)達到7.5%，能保證現(xiàn)場填筑施工含水率5.2%要求。 </p><p>　　3.2.2滲透系數(shù)及燜料時間： </p><p>　　經(jīng)查閱有關(guān)資料，各種土的滲透系數(shù)參考值見表1，本標段土質(zhì)呈砂性，選定滲透系數(shù)為10-2cm/s，即：0.36m/h，考慮到施工過程的用料量較大和連續(xù)性，燜料時間定為24-48h。在20m×20m范圍橫向開

12、挖寬2m深1.0m溝槽，間距4m，預計取土1200方，灌入水160噸，24h測得水分滲透深度溝底以下1.2m，48h測得水分滲透深度溝底以下1.9-2m，含水率情況是溝底接近10%，溝底以下1-2m接近7%，溝底以上小于6%，兩溝中間上部含水率最小。因此在實際燜料時，根據(jù)取土量大小，按48h滲透2m計算灌水量、并需要挖掘機對兩溝之間及表層1.5m進行翻拌燜料以確保含水率均勻性，燜料后含水率控制在7.0-8%。 </p>&

13、lt;p>　　表1各種土的滲透系數(shù)參考值表 </p><p>　　3.3現(xiàn)場試驗效果 </p><p>　　路基試驗段采用取土場燜料增濕，現(xiàn)場攤鋪后及時測定含水量，通過適當晾曬或噴水措施，填料在接近最優(yōu)含水率時進行碾壓。表2為路基填筑試驗段檢測結(jié)果表。 </p><p>　　通過對表2數(shù)據(jù)分析，填料最優(yōu)含水率控制在5.0-5.4%，填料在取土場燜料增濕含水率至

14、7%-8%。最佳施工參數(shù)為：基床以下路堤虛鋪按35～40cm控制，基床底層虛鋪按≤35cm控制。基床以下路堤及基床底層填筑，碾壓遍數(shù)為8遍效果最佳，即靜壓1遍、強振3遍、弱振2遍、靜壓2遍。能達到規(guī)范標準［M］的要求，地基系數(shù)K30=110-142MPa≥110 MPa/m；孔隙率n(%)=18-29≤31；變形模量Ev2 =60-80≥45(Mpa)。 </p><p>　　表2 路基填筑試驗段檢測結(jié)果表 &l

15、t;/p><p>　　4、現(xiàn)場施工燜料及填筑工藝要點 </p><p>　　4.1基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) </p><p>　　為節(jié)約用水、方便施工和控制水量，取土場燜料宜采用輸水管道。施工用水用水管輸送至取土場蓄水池，通過軟管將水從蓄水池引至取土場悶料坑內(nèi)。為計量用水量，除進蓄水池的管口安裝水表外，還在引向悶料坑的軟管端頭加裝水表。 </p><p>&

16、lt;b>　　4.2取土場燜料 </b></p><p>　　先在取土場內(nèi)開槽注水，然后用挖掘機拌和打堆，燜土1～2天。每方土增加約130kg水，并且需要挖掘機進行翻拌燜料。為保證燜料時含水率的均勻性，在取土場設(shè)簡易試驗站，專門檢測含水率，并適時調(diào)整。要測定取土場土的天然含水率（包括不同時間、天氣、季節(jié)的天然含水率）以及在運到工地和攤鋪后碾壓前的含水率，及時調(diào)整取土場燜料的方案。以最佳含水率為準

17、，算出需要補充的水量，燜料時根據(jù)填方數(shù)量，預先計劃，利用水表控制好用水量。加水量Mw（kg）可按下式估算： </p><p>　　Mw =［ Ms / (1+ω)］×（ω0pt－ω） </p><p>　　Ms:填料的濕重（kg）； </p><p>　　ω、ω0pt:填料的天然含水率、最佳含水率。 </p><p>　　一般情況下

18、，土質(zhì)含水率略大于室內(nèi)重型擊實試驗法的最佳值（大1%～2%）是必要的。這樣在施工過程中可以補償蒸發(fā)的部分水分。 </p><p>　　4.3運輸過程保水 </p><p>　　本標段路基填料經(jīng)統(tǒng)一采用自卸車運至現(xiàn)場。為了合理有效地控制填料的含水量，避免水分損失嚴重，同時根據(jù)環(huán)境保護相關(guān)要求，運輸時采用油布對填料進行覆蓋。填料運輸?shù)教钪F(xiàn)場時再次檢測含水率，檢測情況及時反饋到試驗站，及時調(diào)整

19、取土場悶料的方案。 </p><p>　　4.4填筑過程水量控制 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場施工情況，填筑面積不宜過大，一般填筑范圍控制在200m以內(nèi)，因西北地區(qū)氣候干躁，夏季高溫，水分散失較快，大面積填筑時局部未及時碾壓造成含水量損失嚴重無法碾壓密實，結(jié)合現(xiàn)場施工對于表面2～5cm水分損失嚴重的可適量灑水調(diào)整。補水設(shè)備采用噴霧式，確保灑水均勻，避免灑水不均造成路基局部反彈。如果出現(xiàn)填

20、料含水量偏大，則攤鋪后適當晾曬后接近最優(yōu)含水率時進行碾壓。 </p><p>　　4.5機械配置合理、作業(yè)工序緊密，減少水分散失： </p><p>　　根據(jù)卸料情況，滿足設(shè)備作業(yè)面要求后，按照填筑、平整、碾壓、檢測程序緊密跟進，，做到流水作業(yè)，從而有效縮短作業(yè)時間。 </p><p><b>　　5、實施效果 </b></p>

21、<p>　　本標段路基填方量大，施工時間短，僅用4個月時間就完成了800多萬m3路基填筑施工任務(wù)。通過每個環(huán)節(jié)對填料水分的控制，特別是取土場燜料方法，既節(jié)約用水、方便施工，又能提高作業(yè)效率、確保施工質(zhì)量。施工過程試驗檢測數(shù)據(jù)顯示孔隙率n、地基系數(shù)K30、動態(tài)變形模量Evd及Ev2等指標合格率99%以上。我標段的路基施工進度和質(zhì)量在全線名列前茅，多次組織兄弟單位觀摩學習， </p><p><b&g

22、t;　　6、結(jié)語 </b></p><p>　　采用取土場燜料方法進行補水非常適合蘭新鐵路第二雙線風沙干旱環(huán)境戈壁土路基填筑施工，其施工工藝對類似工程具有較好的參考價值。雖然土的含水量對所能達到的密實度起著至關(guān)重要的作用，而土質(zhì)的變化也是施工中應(yīng)隨時注意的問題，不同土質(zhì)的壓實性能差別較大。一般來說，非黏性土的壓實效果較好，而且最佳含水率較小，最大干密度較大；而黏質(zhì)土、粉質(zhì)土的壓實效果就較差，最佳含水率

23、偏高，而最大干密度卻偏小。在施工現(xiàn)場管理中，要針對不同土場、不同土質(zhì)（甚至同一種土場、不同層位的土質(zhì)）測試人員應(yīng)經(jīng)常注意進行土樣的試驗，注意調(diào)整土料的最大干密度和最佳含水率，合理地調(diào)整施工機械之間的組合，確定相應(yīng)的碾壓遍數(shù)及松鋪厚度，這樣才能快速有效地達到設(shè)計所要求的壓實效果。 </p><p><b>　　7、參考文獻： </b></p><p>　?。?］［TZ2

24、12-2005、《客運專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南》、［M］、北京、中國鐵道出版社、2009； </p><p>　?。?］［鐵建設(shè)〔2005〕160號、《客運專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收暫行標準》、［M］、北京、中國鐵道出版社、2010； </p><p>　　［3］［付亞偉、王碩太、崔云長，提高路基壓實效果的綜合措施，［J］、《路基工程》2009年第1期 </p><

25、;p>　　［4］［姜文閣、邢邵華，淺談路基壓實效果，［J］、《黑龍江交通科技》2004年第8期 </p><p>　　［5］［中國鐵道科學研究院、西南交通大學、中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司等，《蘭新鐵路第二雙線甘青段路基試驗段試驗研究》、［R］、蘭新鐵路甘青有限公司、2010 </p><p>　　作者簡介：馮貴新男1981年生吉林長嶺人本科 交通工程專業(yè) 畢業(yè)于蘭州交通大學工程師