浅谈沙漠渠系工程施工技术

刘光伟

（佳县水利局 陕西 佳县 719000）

1 工程概况

新定渠改扩建工程扩建3 k m，改建18 k m。改建工程主要做加固和防渗处理；扩建工程中有0.8 k m渠道要穿越沙漠边缘，其中填方0.3 k m，挖方0.5 k m。设计断面：底宽1.5 m，顶宽4.5 m，高2 m，1:1边坡。设计压实度≥90%。地形为波状沙丘、沙垄等组成的波状沙丘，相对高差5 m～15 m。植被覆盖率小，是典型的沙丘地貌。气候干燥，多风少雨，扬沙天数60天。土质为风积沙。

2 风积沙的工程特性

通过对施工现场风积沙取样进行室内试验和实地试验段验证，风积沙具有以下特性：

2.1 颗粒组成

多在0.5 m m～0.07 m m之间，占85%以上，大于0.5 m m的颗粒极少，表明风积沙很细，起沙风速很小，易被风蚀而流动。通过0.074 m m的粉土颗粒占18%左右，粉粘粒含量很少，表明沙的颗粒表面活性很低，无粘性、内聚力小，非常松散，压实困难，但水稳性好。

2.2 击实特性

随沙样的含水量逐渐增大，其含水量、干密度曲线呈凹弧行趋势，它表明沙颗粒当含水量很小时引力小可以忽略不计，主要受摩阻力控制。击实试验时，沙层受到一定振动力的作用，不仅在垂直方向产生位移，而且在水平方向也产生位移，此时由于力是以振动波为主要形式传递将使颗粒产生跳跃位移，上述位移运动方向总是朝有空隙的地方发展，使颗粒得到重新排列，沙层逐渐趋于密实。当含水量接近饱和时沙层将存在受重力影响的大量自由水，此时击实时除了振动本身产生颗粒位移外，水也将会沿着空隙向外排出，并将对沙颗粒也产生一个作用力使其位移，这样综合作用的结果将使沙层密实度有较大提高。

2.3 压缩特性

只有采取有效的压实方法，增大击实功（振动压实）最大程度增加沙的压实度，其整体稳定特性明显提高。

天然风积沙采用振动干压实技术提高整体强度与稳定性，有以下规律和特点：①压路机选择动载愈大，沉降量愈大，压实效果愈好；②干燥风积沙的振动频率在30 H z～40 H z，振幅在0.4 m m～1.0 m m之间振动频率越大压实效果越好；③含水量w=0%时下沉量最大。

3 风积沙的施工技术

3.1 施工准备

（1）取沙和弃沙。沙漠渠系马道施工以沿线两侧就近取沙弃沙为宜，取沙以沙丘为主，弃沙以沙窝为主。沿线两侧取沙宽度尽可能控制在20 m平整带范围内，且与平整带施工相结合，取沙量较大时可适当加宽，但不宜超过40 m。取土坑深度在1 m以内时可将边坡延伸至取土坑底，当取土坑深度大于1 m时应在沿线坡脚与取土坑之间设置宽度不小于3 m的护坡道，护坡道应平整压实，外侧边坡修成缓于1:3的缓坡。水工建筑物附近不得取弃土方。

（2）沙漠渠系施工前应将具有代表性的风积沙取样进行液限、塑限指数、天然稠度或液限指数分析，颗粒分析试验，相对密度试验，沙的强度试验（C B R值），有机质含量及易溶盐试验，风积沙干振、饱和水下的最大干密度试验等。施工中如发现沙颗粒粒径、级配有变化应及时补做上述全部试验。

（3）施工机械的选择。沙漠渠系马道土方机械组配应贯彻“适应环境，使用先进，经济合理，安全可靠”的原则。根据风积沙颗粒组成、纯度等组配工程机械，应选择高频低幅，功率大，故障少的双驱压路机或履带式推土机。

（4）测量放样。开工前准确放出填方马道坡脚线和挖方开挖边线，确保工程按设计要求准确施工。

3.2 风积沙施工工艺

主要包括挖方和填方，其中填方可分为干振法和饱水振动法。干振法适用于沙层厚，水源少的大面积填方；饱水振动法则适用于水源充足的填方和建筑物的台背小范围填筑。

3.2.1 挖方施工

沙漠渠系马道施工工艺流程：施工放样→挖除沙方→断面检测→调平整形→精平→振动碾压。挖方段施工前，进行准确施工放样，以桩子表明轮廓，合理作好截水沟，排水设施。风积沙的开挖应自上而下进行，不得乱挖和超挖。施工中如发现风积沙层下部出现土质或其他材料应将上部风积沙全部挖除后再进行下部开挖，其边坡按设计及有关规定办理。施工方法可分为横挖法和纵挖法。前者即短而深得挖方，以整个断面宽度和深度，从一端或两端逐渐向前开挖；后者为较长的挖方段，先沿纵向选择一个或几个适宜处，将较薄一侧堑壁挖穿，分成数段开挖。挖方深度大于2 m的两侧及半挖半填段的两侧宜加宽1 m～2 m，以利停沙。

3.2.2 填方施工

（1）干振法填方施工

工艺流程：施工放样→推筑上料→摊铺整平→分层碾压→精平整形→振动碾压。填筑宽度每侧应宽出设计宽度50 c m。

填方施工前原地面处理：填筑范围的有机土、腐殖土、杂草等应清除平整，坑、洞、墓穴及高度小于1 m的流动沙丘应回填沙土整平，并充分分层碾压。确保地表以下30 c m范围内压实度达到规定的要求后方可进行填筑施工，填料中不得夹杂粘性土、植物、树根等杂物，必须是纯净的风积沙。

风积沙马道填方必须根据设计断面分层填筑，分层压实。分层的最大松铺厚度必须根据压实机械的类型来定，如采用10 t～20 t铰接式前后轮驱动的自行式振动压路机分层碾压时，最大松铺厚度在干旱流动状态时不得超过50 c m；在潮湿或雨后状态时不得超过30 c m；若采用140驱103 k W以上的推土机分层碾压时最大松铺厚度不得超过30 c m。

固定、半固定沙地或原地表比较坚硬稳定的地区马道填方，当地面横坡缓于1:5且基地处理符合要求时，可直接在经处理的地基上分层填筑；当地面横坡陡于1:5时，原地面应挖成宽度不小于2 m的台阶，并进行压实，填筑应从最底一层台阶填起，逐台向上填筑，分层压实。所有台阶填完之后，及可按一般填方进行。若填方分几个作业段施工，两段交接处不在同一时间填筑的，应将先填段挖成宽度不小于2 m的台阶；同时间填筑的则应分层相互交叠衔接，其搭接长度以2 m为宜。

马道填方可用推土机从两侧或短距离纵向调配分层填筑，当填方较高时，可将填料运至坡脚，然后用挖掘机运至填方段上用推土机摊铺整平。

风积沙压实工艺的工艺流程：推土机稳压→振动压路机碾压→推土机终压。原地表处理采用振动压路机碾压，在干燥沙漠状态时碾压不少于3遍，在潮湿或雨后状态时不少于6遍。碾压时轮迹布满一个作业面为一遍。填方段的压实：推土机稳压，碾压时轮迹重叠宽度不小于1/2单轮宽度，轮迹布满一个作业面为一遍，稳压两遍。亦可采用纵向、横向交错的碾压方式。振动压路机碾压，根据试验段确定的碾压遍数进行控制，在干燥无水状态时进行压实的遍数，填方段3遍～4遍，挖方段2遍～3遍，在多雨潮湿、洒水施工段压实遍数不少于6遍。推土机终压同稳压2遍。

碾压遍数不宜过多，碾压过多将使沙粒再次重新分布组合，难达压实效果，并出现压实层表层的越压越松的情况。碾压速度以2 k m/h为宜。碾压时直线段由两边向中间，小半径曲线由内向外侧，纵向进退式进行碾压。前后两相邻段应纵向重叠2.0 m以上，达到不漏压无死角，确保碾压均匀。

（2）饱水振动法填方施工

台背填方宜与锥坡填方同步进行，构造物回填处理时，若压路机、推土机碾压受施工范围限制时可采用小型压实机具，最大松铺厚度不大于20 c m。饱水振动法的施工工艺基本同振动法，其工艺流程是：推筑上料→摊铺整平→围堰→放水→压实。其中推筑上料、摊铺整平和干振法相同。

重点介绍围堰、放水、压实的施工工艺。①围堰。根据纵横坡情况分段、分块设置，一般以30 m，长、20 m宽（如果宽度不足可以是全断面）为宜，围堰高度大于30 c m，宽不小于30 c m，便于存水。②放水。将提前备好的水抽灌倒围堰内，水位一般高出填料顶面20 c m。③压实。普通段的碾压遍数和方法同干振法相同，不同的是对于构筑物的台背回填，可用小型夯实机具进行压实，也可用混凝土振动棒进行振动夯实，振动棒周围不再下沉时可认为密实。

3.3 压实度检测

采用环刀法检测压实层干密度，环刀中部应位于压实层厚的1/2深度。计算压实度是否合格，若不合格补压至合格为止。

3.4 边坡整修

沙土马道填筑完成后，内边坡按设计边坡用机械或人工修整。外边坡按流沙平地为1∶3～1:8，其他地段填高小于5 m取1∶3，大于5 m取1∶2～1∶3，并应分层平铺土工格栅。

4 施工体会

（1）在沙漠地区进行挖填方施工时采用常规的土方施工方法很难达到预期目的。干振法和饱水振动法是比较理想的压实方法。

（2）干振法施工压实机械的选用主要取决于填料的粒径和纯度。粒径相对较粗、质地均一的风积沙单驱自行式振动压路机行走困难，只能选用双驱式振动压路机或履带式推土机碾压。

（3）通过施工后对该工程的观察，未发现明显病害。充分说明这种施工方法和工艺适合沙漠地区风积沙挖填方的施工。

5 结语

通过对风积沙颗粒组成和力学特性的研究，采用合理的施工工艺和机械组合，使用干压法或饱水振动碾压法，在实际施工中取得了良好效果，有效地解决了沙漠地区渠系马道风积沙填料难以压实的问题。陕西水利