风沙干旱环境戈壁土路基施工含水率控制研究

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[摘要]：兰新铁路第二双线LXS-16标段地处风沙极旱戈壁地区，自然环境恶劣，气候异常干燥，常年干旱缺水，路基填料含水量低，压实困难。本文简要介绍就该环境下路基填筑施工如何控制含水率，确保压实质量、提高作业效率。

[关键词]： 风沙干旱环境路基填筑含水率控制填料焖料

中图分类号：U213.1文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

兰新铁路第二双线甘青段LXS-16标（DK930+329.68至DK1015+000），线路长度84.67km，其中路基79.89公里，占线路94.3%，路基填方831.7万m3。

1.1地层岩性

工程涉及的地层岩性及其物理力学特性为：上更新统洪积细圆砾土、粗圆砾土。

1.2气象水文

工程位于甘肃省酒泉瓜州县境内，属瓜州县极旱荒漠区，自然环境条件恶劣，夏季干燥炎热，冬季严寒漫长，常年风沙较大，地区年均降水量仅52.2mm，年均蒸发量达到2567 mm，气候异常干燥，施工用水来源困难。

1.3填料情况

取土场填料特征详述如下：细圆砾土（Q3P16）：工点内主要地层，灰色，成份主要以花岗石、石英岩、砂岩为主。粒径在2～20mm约占35%，20～60mm约占＞45%，＞60mm约占10%，余为杂砂充填，岩芯呈散状，颗粒呈圆棱～浑圆状，稍湿，中密，Ⅱ级普通土，σ0=400kPa。土体颗粒密度2.52g/m³，土体天然含水率1%~1.5%。

2、含水率对压实度的影响

通过室内击实验室绘制的密实度(干密度) 与含水量之间的关系曲线。在压实过程中,土的含水量对所能达到的密实度起着十分重要的作用。锤击或碾压的功需要克服土颗粒间的内摩阻力和凝聚力,才能使土颗粒产生位移并互相靠近。土的内摩阻力和凝聚力随密实度的增加而增加。土的含水量小时,土颗粒间的内摩阻力大,压实到一定程度后,某一压实功不能克服土的抗力,压实所得的干密度小。当土的含水量逐渐增加时,水在土颗粒间起着作用,使土的内摩阻力减小,因此同样的压实功可以得到较大的干密度。当土的含水量继续增加到超过某一限度后,虽然土的内阻力还在减小,但单位土体中的空气体积已减到最小限度,而水的体积却在不断增加,由于水视为不可压缩的,因此在同样的压实功下,土的干密度反而逐渐减小。在干密度与含水量关系曲线上与最大干密度对应的含水量称为最佳含水量。即在相同压实功下,能使土体达到最大干密度时的含水量。某种土在一定的压实功作用下,只有在最佳含水量时,才能达到最大干密度。

大量试验研究和工程实践表明：土的含水量对所能达到的密实度起着很大作用，只有在最佳含水状态下进行碾压才能得到土层最大压实度，也是有效而经济的方法。施工中，填料不会是最佳含水状态，常采取的措施是：过干的土，适当洒水；过湿的土，采取翻晒或拌合吸水材料。简单的增加压实遍数是不可取的。而兰新铁路第二双线填料特征、施工环境的特殊性，以及作业效率、压实效果、经济成本等因素使得常规的洒水增湿措施不可取，为确保路基压实质量、提高作业效率，我们采取的取土场焖料措施能经济有效地控制填料含水率。

3、焖料工艺研究及填筑试验

3.1最佳含水率与填料补水方式确定

受当地自然环境及天然降水率影响，年蒸发量远大于年降雨量，填料自然含水率极低，只有1%-1.5%，无法达到压实效果，经过室内击实试验及路基试验段工艺性试验，得出最佳含水率5.0-5.4%，须对水分进行补充。通过对实时洒水增湿法和取土场焖料增湿法两种方案现场试验比较，适时洒水用水量大、填料渗透不均匀、短时间无法压实或机械设备周转速度太慢，工作面循环不开，不利于工期要求，同时增加成本。根据综合比较，本标段统一采取取土场焖料，在摊铺碾压施工过程中适当洒水补充水分方式。

3.2取土场焖料参数确定

3.2.1焖料含水率

为了保证施工过程中最佳含水量，考虑到运输过程中以及摊铺过程中水分的损失，经测算，运输过程中水分损失0.8%，施工摊铺过程中损失1.5%，填料天然含水1.19%，实际加水6.3%，焖土后含水率应达到7.5%，能保证现场填筑施工含水率5.2%要求。

3.2.2渗透系数及焖料时间：

经查阅有关资料，各种土的渗透系数参考值见表1，本标段土质呈砂性，选定渗透系数为10-2cm/s，即：0.36m/h，考虑到施工过程的用料量较大和连续性，焖料时间定为24-48h。在20m×20m范围横向开挖宽2m深1.0m沟槽，间距4m，预计取土1200方，灌入水160吨，24h测得水分渗透深度沟底以下1.2m，48h测得水分渗透深度沟底以下1.9-2m，含水率情况是沟底接近10%，沟底以下1-2m接近7%，沟底以上小于6%，两沟中间上部含水率最小。因此在实际焖料时，根据取土量大小，按48h渗透2m计算灌水量、并需要挖掘机对两沟之间及表层1.5m进行翻拌焖料以确保含水率均匀性，焖料后含水率控制在7.0-8%。

表1各种土的渗透系数参考值表

3.3现场试验效果

路基试验段采用取土场焖料增湿，现场摊铺后及时测定含水量，通过适当晾晒或喷水措施，填料在接近最优含水率时进行碾压。表2为路基填筑试验段检测结果表。

通过对表2数据分析，填料最优含水率控制在5.0-5.4%，填料在取土场焖料增湿含水率至7%-8%。最佳施工参数为：基床以下路堤虚铺按35～40cm控制，基床底层虚铺按≤35cm控制。基床以下路堤及基床底层填筑，碾压遍数为8遍效果最佳，即静压1遍、强振3遍、弱振2遍、静压2遍。能达到规范标准［M］的要求，地基系数K30=110-142MPa≥110 MPa/m；孔隙率n(%)=18-29≤31；变形模量Ev2 =60-80≥45(Mpa)。

表2 路基填筑试验段检测结果表

4、现场施工焖料及填筑工艺要点

4.1基础设施建设

为节约用水、方便施工和控制水量，取土场焖料宜采用输水管道。施工用水用水管输送至取土场蓄水池，通过软管将水从蓄水池引至取土场闷料坑内。为计量用水量，除进蓄水池的管口安装水表外，还在引向闷料坑的软管端头加装水表。

4.2取土场焖料

先在取土场内开槽注水，然后用挖掘机拌和打堆，焖土1～2天。每方土增加约130kg水，并且需要挖掘机进行翻拌焖料。为保证焖料时含水率的均匀性，在取土场设简易试验站，专门检测含水率，并适时调整。要测定取土场土的天然含水率（包括不同时间、天气、季节的天然含水率）以及在运到工地和摊铺后碾压前的含水率，及时调整取土场焖料的方案。以最佳含水率为准，算出需要补充的水量，焖料时根据填方数量，预先计划，利用水表控制好用水量。加水量Mw（kg）可按下式估算：

Mw =［ Ms / (1+ω)］×（ω0pt－ω）

Ms:填料的湿重（kg）；

ω、ω0pt:填料的天然含水率、最佳含水率。

一般情况下，土质含水率略大于室内重型击实试验法的最佳值（大1%～2%）是必要的。这样在施工过程中可以补偿蒸发的部分水分。

4.3运输过程保水

本标段路基填料经统一采用自卸车运至现场。为了合理有效地控制填料的含水量，避免水分损失严重，同时根据环境保护相关要求，运输时采用油布对填料进行覆盖。填料运输到填筑现场时再次检测含水率，检测情况及时反馈到试验站，及时调整取土场闷料的方案。

4.4填筑过程水量控制

根据现场施工情况，填筑面积不宜过大，一般填筑范围控制在200m以内，因西北地区气候干躁，夏季高温，水分散失较快，大面积填筑时局部未及时碾压造成含水量损失严重无法碾压密实，结合现场施工对于表面2～5cm水分损失严重的可适量洒水调整。补水设备采用喷雾式，确保洒水均匀，避免洒水不均造成路基局部反弹。如果出现填料含水量偏大，则摊铺后适当晾晒后接近最优含水率时进行碾压。

4.5机械配置合理、作业工序紧密，减少水分散失：

根据卸料情况，满足设备作业面要求后，按照填筑、平整、碾压、检测程序紧密跟进，，做到流水作业，从而有效缩短作业时间。

5、实施效果

本标段路基填方量大，施工时间短，仅用4个月时间就完成了800多万m3路基填筑施工任务。通过每个环节对填料水分的控制，特别是取土场焖料方法，既节约用水、方便施工，又能提高作业效率、确保施工质量。施工过程试验检测数据显示孔隙率n、地基系数K30、动态变形模量Evd及Ev2等指标合格率99%以上。我标段的路基施工进度和质量在全线名列前茅，多次组织兄弟单位观摩学习，

6、结语

采用取土场焖料方法进行补水非常适合兰新铁路第二双线风沙干旱环境戈壁土路基填筑施工，其施工工艺对类似工程具有较好的参考价值。虽然土的含水量对所能达到的密实度起着至关重要的作用，而土质的变化也是施工中应随时注意的问题，不同土质的压实性能差别较大。一般来说，非黏性土的压实效果较好，而且最佳含水率较小，最大干密度较大；而黏质土、粉质土的压实效果就较差，最佳含水率偏高，而最大干密度却偏小。在施工现场管理中，要针对不同土场、不同土质（甚至同一种土场、不同层位的土质）测试人员应经常注意进行土样的试验，注意调整土料的最大干密度和最佳含水率，合理地调整施工机械之间的组合，确定相应的碾压遍数及松铺厚度，这样才能快速有效地达到设计所要求的压实效果。

7、参考文献：

［1］［TZ212-2005、《客运专线铁路路基工程施工技术指南》、［M］、北京、中国铁道出版社、2009；

［2］［铁建设〔2005〕160号、《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》、［M］、北京、中国铁道出版社、2010；

［3］［付亚伟、王硕太、崔云长，提高路基压实效果的综合措施，［J］、《路基工程》2009年第1期

［4］［姜文阁、邢邵华，浅谈路基压实效果，［J］、《黑龙江交通科技》2004年第8期

［5］［中国铁道科学研究院、西南交通大学、中铁第一勘察设计院集团有限公司等，《兰新铁路第二双线甘青段路基试验段试验研究》、［R］、兰新铁路甘青有限公司、2010

作者简介：冯贵新男1981年生吉林长岭人本科 交通工程专业 毕业于兰州交通大学工程师