毛乌素沙漠地区风积沙填筑路基施工技术探讨

王波

摘要：风积沙是多见于沙漠、戈壁地区，常年被风吹积淀而成的呈均匀颗粒状沙类土。作为土工填料在路基填筑施工中使用风积沙，存在松散无粘聚性难以压实成型、现场压实度检测难度较大等问题。本工程通过现场逐步摸索总结，最后总结出一套实用高效的施工方法，确保了本工程路基的施工质量及路基边坡的稳定性，取得了良好的社会效应和经济效应，也为今后相似地区风积沙作为土工填料进行路基填筑施工提供了很好的参考范例。

Abstract： Aeolian sand is a uniform granular sand-like soil that is more common in deserts and Gobi areas. As a geotechnical filler， the use of aeolian sand in the roadbed filling construction has problems such as loose and non-adhesive， difficult to compact， and difficult to measure on-site compaction. In this project， through gradual exploration and summarily on site， finally a set of practical and efficient construction methods are concluded to ensure the construction quality of the subgrade and the stability of the subgrade slope， and good social and economic effects have been achieved， which provides a good reference example for similar areas using aeolian sand as a geotechnical filler for roadbed filling construction.

關键词：特殊填料；风积沙；施工工艺；检测方法；水泥改良土封层；边坡防护

Key words： special filler；aeolian sand；construction technology；detection method；cement improved soil seal；slope protection

中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0136-03

0 引言

近年来，随着我国公路、铁路等建设的蓬勃发展，在沙漠、戈壁等地区施工越发常见。风积沙作为一种在沙漠、戈壁地区常见的土类，因其松散无粘聚性不易压实，路基施工中很少用到。如何在大风沙、极旱的沙漠、戈壁地区就地取材满足施工需要，以前相关资料较少，所以将成为我们今后研究的主要方向。

沙漠、戈壁地区常见填料为风积沙，是常年风吹积淀而成的呈均匀颗粒状沙类土，含有非常少的粉粘土粒，表面活性指数低，松散保水性差，具有明显的无粘聚性特征。作为土工填料在路基填筑施工中使用风积沙，存在难以压实成型、松散无粘聚性、压实度检测难度较大等问题。

本文对陕西华电小纪汗煤矿铁路专用线路基施工工艺进行总结，在基床底层及基床以下路基采用风积沙做为填料，装载机碾压成型；路基表层填料采用当地黄色黏土掺加5%水泥进行化学改良封层；填筑成型的路基两侧边坡采用红色黏土全覆盖后在其上种植沙柳防护。通过以上措施，确保了本工程路基的施工质量及路基边坡的稳定性，取得了良好的社会效应和经济效应，也为今后相似地区风积沙作为土工填料进行路基填筑施工提供了很好的参考范例。

1 工程概述

本工程是陕西华电榆横煤电一体化项目的配套工程，陕西华电榆横煤电有限责任公司小纪汗煤矿铁路专用线主要运输华电榆横电厂发电用煤，兼顾部分外运，由新建的小纪汗装车站引出，经新建的哈达汗站，接轨于榆横铁路液化厂站，主要工程内容包括：新建两座车站工程为小纪汗装车站和哈达汗站；铁路专用线正线新建路基工程23公里，线路工程26公里。

本工程位于中国陕西省最北部的榆林市，属于黄土高原和毛乌素沙地交界处，沿线分布第四系全新统风积细沙，是黄土高原与内蒙古高原的过渡区，属风积沙堆积地形。各种具有明显沙性的第四系沉积物较多，经风力搬运的松散沙层多形成易动流沙。小纪汗煤矿铁路专用线全线路基填筑工程的路堤及基床底层，全部按照设计要求使用本地风积沙填筑。

2 路基填筑试验段

目前风积沙作为路基填料尚未有统一的检测方法与标准，因风积沙不能按照传统路基的压实工艺进行施工，为了保证路基质量及边坡稳定性，首先应该予以解决的就是该用什么样的施工工艺和参数来控制和指导施工。

2.1 风积沙特性试验分析

沙漠地区由于风沙较大，经过长期风吹积淀积累形成粒径主要分布在0.074～0.250mm之间，含量高达90%以上的风积沙。粉粘土粒含量较少的风积沙中细沙颗粒居多，沙颗粒均匀松散无粘聚性、沙粒组成为天然不良级配，非亲水性、非湿陷性等特征明显。风积沙与一般常规的路基填料相比，由于沙颗粒较细，粘性土成分含量较少、经过长久的风吹滚动摩擦颗粒粒径均匀，级配较差，几乎无粘聚性极难碾压成型，即便填筑成型抗剪性能也较差。

2.2 最大干密度选择及含水量控制

鉴于风积沙填料的特殊性，在以前的施工中路基填筑的经验较少，所以没有正式颁布的国家或者行业标准规范用来指导施工。在本工程风积沙作为土工填料进行路基填筑施工中，最难确定的就是最大干密度和现场压实度检测方法。分散性的风积沙没有粘聚性，传统的击实试验方法无法适用。同时由于细颗粒沙类土控制现场压实质量也无法选用孔隙率作为指标。

通过查阅大量相关土类的施工资料，通过对公路、铁路等不同行业规范中土工试验方法的对比试验，公路规范中的饱水震动法最终满足了试验要求，得到了风积沙最大干密度和最优含水率两项关键指标。相对密度仪法和地基系数K30作为现场检测压实度的双控指标。土壤相对密度仪试验的目的是求出无凝聚性土的最大与最小孔隙化，用于计算相对密度，借此了解该土在自然状态或压实后的松紧情况和土粒结构的稳定性。

在选中的取料场现场选取风积沙土样进行室内试验，检测结果为：天然含水率2.0%，<0.075mm颗粒为3.9%，

<0.5mm颗粒为91%，<2mm颗粒为100%。不均匀系数Cu=2.54、曲率系数Cc=0.98，颗粒分析结果是属于C组填料中级配不好的细沙类。由于风积沙天然含水率较小、缺少粘聚性，采用铁路轻型击实仪进行击实试验后，无法有效击实出成型的试样，检测不出试验数据。最后在采用公路饱水震动法后，检测得最大干密度1.69g/cm3，最优含水率4.0%。相对密度仪法测得最大干密度ρdmax1.68g/cm3，最小干密度ρdmin1.45g/cm3。

上述技术指标的取得，保证了后续路基试验段施工的的顺利进行，同时需要通过试验段现场施工确定主要工艺参数。

2.3 路基试验段施工

在路基试验段施工中，首先采用平地机进行清表，确保地基表面无杂草、树根等杂物。经平整夯压后，从路基附近沙丘清表后取风积沙作为路基填料进行填筑，填料中不得有草根树皮等杂物。路基填层虚铺40cm厚度，平整后立即使用洒水车进行淋撒，接近最优含水率时，采用传统的18T振动压路机进行碾压。在碾压过程中出现搓土、错台，碾压完成后平整度较差。因失水较快松散不易成型，人踩在压实后的路基面层上会出现明显的坑迹，碾压压实强度和外观质量较差。

运输车辆行驶在松散不密实的风积沙上极容易造成陷车，尤其是随着路基填筑高度的增加，严重影响了土料运输的效率和施工质量。尤其是在大风扬沙季节施工，风蚀流沙的现象非常严重，极大影响路基主体填筑压实质量。

试验人员在现场采用环刀法取土样，按照标准要求随机在碾压后的路基平面左中右位置切取，取样时用手轻轻扣入不需要借助任何工具既可取出环刀，土样取出后松散不成型。现场采用酒精燃烧法检测土料含水率为4.2%，接近最优含水率。使用相对密度仪法测定相对密度值小于0.7，不符合铁路路基工程施工质量验收标准。由于风积沙松散不易成型所以承载能力较差，压路机在施工行走中比较困难，极易造成错台、陷车等问题，给后续高填方路基的上料、碾压增加了施工难度，试验段只能暂停施工。

在现场施工中，由于经常使用装载機倒运材料，发现装载机在风积沙路面上驾驶比较顺畅，不会出现陷车，同时轮胎碾压后的轮迹清晰，通过轮胎纹路嵌入土体挤压使得土体能更好的粘结成型且密实。在后续路基试验段施工中，现场尝试采用装载机替代辊筒式压路机进行碾压，碾压后路基密实成型，错台、搓土现象也消除了。但是因装载机自身重量小，轮胎面窄、表面纹路凹凸不平造成碾压后路基面轮迹明显，平整度较差，压实效果不理想。

为了解决存在问题，装载机在碾压时铲斗装载重物增加自重，同时要求装载机多遍交错碾压轮迹明显处，尽量消散轮痕，最后使用压路机静压一遍，使路基面密实平整。在业主和监理单位的见证下，采用相对密度仪法测得相对密度Dr大于0.75，地基系数K30测得地基系数K30大于90MPa/m，现场土体含水率w=4.1%。检测结果均符合铁路路基工程施工质量验收标准要求，现场施工效果良好。

通过使用装载机和传统压路机碾压的对比得出，采用装载机碾压使风积沙路基更易碾压成型，施工质量得到保证，工作效率明显提高。此项施工方法得到了业主及监理单位的认可。

在后续路基试验段施工中，经过现场大量试验最后确定风积沙填料每层虚铺厚度控制在40～50cm厚，碾压时由洒水车沿路基边坡行驶，向路基面均匀洒水，含水率控制在4.0～4.5%之间，碾压时按照先慢后快的原则碾压3～5遍，先外边后内中逐次碾压。在施工中风积沙失水过快，所以要做好各项工序衔接，做到快上、快平、快压，确保路基填筑质量。

3 基床底层及以下路基施工

通过路基试验段的施工，确定了各项工艺参数和施工方法，在路基正式填筑中得到有效使用。

①施工前准备→原地面清表后测量放线→原地面夯实碾压→原地面检测→分层进行填筑→摊土粗平→洒水湿润→装载机碾压→压路机静压→压实度检测→下步工序施工。

②测量放线：路基中心线、边线确定后每间隔30m在路基两侧适当位置设桩。

③虚铺厚度：填筑中路基每层虚铺厚度宜在40～50cm。采用两侧插立竹竿挂线的方式控制虚铺厚度。

④填土上料：根据虚铺厚度确定卸车间距和车数，在卸车过程中，特别防止运料车辆在风积沙上陷车，造成交通便道堵塞的情况发生。

⑤整平和洒水：为了便于控制虚铺厚度，现场边上料边整平。粗平采用推土机进行，边粗平边进行洒水湿润。同时确保路基边线顺直，坡度一致，满足设计要求。

⑥碾压：土料含水应接近最优含水率，精平采用平地机进行，然后用装载机按照由外向内、由低向高的顺序进行风积沙的碾压，两次碾压间错1/2轮，碾压不少于3遍，对于轮痕较明显处进行交错碾压，在尽量消除过于明显轮痕情况下使路基面得到充分碾压。最后采用压路机静压一遍收面，保证路基面的平整。

⑦质量控制：采用相对密度和地基系数K30双指标对路基压实质量进行控制。

⑧进行下道工序施工。

4 路基基床表层封层施工

路基填筑到表层后，采取现场路拌的方式，掺加5%水泥对当地黄色黏土进行化学改良，摊铺碾压作为封层施工。在施工中需要注意的是进场土工材料必须是黄色粘土。在榆林当地有红色黏土和黄色黏土两种，可以很直观的以土壤颜色进行区分，红色黏土要比黄色黏土所占区域更广，所以一定要控制好进场土料的类别。红色黏土在拌合压实后与黄色黏土使用效果区别不大，主要是在红色黏土失水后产生收缩比较大，出现裂纹较多影响外观和施工质量。

在黄色粘土中掺加5%矿渣硅酸盐水泥进行化学改良，通过室内击实试验测得土料最大干密度ρdmax=1.93，最优含水率w=13.5%。在现场采用18T压路机进行碾压后取得了良好的施工效果。应注意的是在底层填筑至标高后，应做到充分洒水浸透下层30cm左右后再进行上层黄色黏土摊铺。整个表层质量控制的关键步骤就是施工含水率，充分洒水保证摊铺的土料含水率在最优含水率的±2.0%范围内，按照改良土配合比人工添加水泥，用路拌机充分搅拌均匀后压路机碾压，采用先一遍慢压，再一遍震压，最后两遍快压的工艺参数进行。碾压后注意加强表层养护以防失水过多产生收缩裂纹。

在业主和监理单位的见证下，用环刀法检测压实质量测得压实系数为0.98、含水率为12.5%，地基系数K30為150MPa/m。检测结果均达到铁路路基工程施工质量验收标准中的相关要求。

5 边坡防护

由于当地风沙较大，为防止风蚀作用对路基基床产生破坏，当路基填筑完成后，于边坡上尽快虚铺厚20cm的红色黏土进行全封闭覆盖，使用挖掘机铲斗拍打覆盖土做到紧压密实。然后在覆盖红色黏土的路基边坡上按照设计要求，采用混凝土浆砌片石网格状砌筑防护，最后在网格内种植沙柳树进行景观绿化。

6 结束语

风积沙作为一种常年被风吹积淀而成的天然材料，多见于戈壁、沙漠地带。由于风积沙松散无粘聚性、保水性能差的特性造成碾压成型困难，作为路基填筑材料在施工中使用较少。目前还没有国家或者行业颁布的标准规范有明确要求，所以只能边施工边探索符合风积沙实际应用的施工方法和检测手段，做好相关资料的收集总结显得尤为重要。

本工程中，采用装载机碾压的施工工艺前所未有，应该算是一种符合现场实际的创新施工方法。同时作为风积沙路基填筑质量控制关键环节的现场压实度检测，采用相对密度仪法和地基系数双指标控制风积沙路基填筑施工质量，经过现场检验也证明是科学有效的。风积沙路基填筑过程中还要严格控制土料含水率和碾压遍数，做好路基填筑成型后的防护确保路基本体不会发生变形。

使用风积沙作为路基填筑材料，只要制定科学有效的施工方法和质量控制措施，在低等级铁路、公路施工中使用是可行的，符合当下少占耕地、保护环境的绿色环保施工理念，同时可以就地取材缩短运输距离降低施工成本，值得我们在今后类似施工中多加推广应用。本工程优质高效的完成了相关设计指标和工期目标，在专用线整体开通运行后路基安全稳定，边坡防护植被茂盛绿化效果良好，运行一年多来未发生任何质量问题。

参考文献：

[1]TB10001-2005，铁路路基设计规范[S].

[2]TB10414-2003，铁路路基工程施工质量验收标准[S].

[3]JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].