风沙路基填筑施工工艺

摘要：通过在我国西部地区进行风沙路段公路路基的勘察设计工作的切身体会，结合一些其他项目的处理措施，简要介绍目前风沙路段路基成功的处理措施。本文根据宁夏盐池至红井公路所处的地理环境，本着就地取材，降低工程造价的原则，提出了风沙路基利用风积沙修筑路基的施工质量控制方法，为风沙路段的修筑提供了质量检测的依据，具有一定的实用价值。

关键词：风沙路基 施工 工艺

中图分类号： U213.1 文献标识码： A 文章编号：

前言

在我国的西部地区――宁夏、青海、甘肃、新疆等地，广泛分布着风沙路段路基，长期以来，由于建设资金的不足，在这些地区修建公路时，大都是因陋就简，直接取用路侧的风沙填筑路基，未做任何处理。

二十一世纪初，随着我国西部大开发战略决策的逐步实施，西部各省的公路建设迎来了一个全新的阶段，除了国家在政策上的扶持外，各地也在积极的筹措资金投入到公路的建设中，公路建设的理念也在发生着根本的变化，逐步实现了从以前的求通到提高道路的整体通行能力和服务水平的转变，对一些特殊路基尤其是风沙路基处理进行了一系列的试验，积累了许多宝贵的经验，逐步形成了一套成功的处理措施。

1 工艺概述

1．1 地质地貌

我局新建公路宁夏境内盐池至红井公路二标段，公路段该处常年干旱少雨,沙颗粒间无粘聚性,又缺少丰富的水源。由于固定-半固定沙丘分布在哈巴湖国家级自然保护区内，保护区内植被良好，路基范围内记沿线分布固定-半固定沙丘，为了减少对原有生态的破坏，故只在公路范围内将路基范围内的沙丘推平碾压处理，压实度不小于90%，整平层顶面比路基边缘低1.52m，即路床部分全部用砂砾土填筑。路基两侧坡脚外20m范围内沙丘推平碾压处理，边坡采用混凝土方格网防护，对沿线路基范围以外20m部分的半固定沙丘采用（1×1）m半隐蔽式草方格沙障防护，并沿纵向每50m设置4m宽卵砾石防火隔离带。地表覆盖深达2～6m的风积沙。

1．2 施工难点与重点及方案选择

沙漠地区人烟稀少、筑路材料缺乏，所需的土、砂石料、水泥、沥青、钢材等主材均需远运。目前国内没有成熟的沙漠地区风积沙路基施工技术规范、施工工艺和方法，风积沙作为路基填料，其最佳含水量和最大干密度如何确定，现行规范中也没有明确规定。为降低工程造价，本着就地取材的原则路基填筑以风积沙为主。根据风积沙的物理力学性质和实践结果表明，风积沙路基具有整体稳定性好、沉降量小、沉降速度快、水稳性好等优点，但风积沙在天然条件下呈松散状态，内聚力几乎为零，抗剪性能极差，一般机具难以行驶，普通钢轮压路机根本无法碾压至规定的压实度。同时由于沙漠地带特殊的气候、地质状况，使得沙漠路基的施工比一般气候、地质条件下的路基施工难度要大得多。比较适合饱水碾压法，风沙路基风沙填料压实的关键在于含水量和压密实性的控制。

2 作业内容

1．测量放样；挂边线，钉设卸土点位桩；

2.挖、装、运、卸、摊铺、洒水；

3.填筑平整、碾压；

4.人工帮填、处理填层、修整边坡；

5.检验、检测、填写检查检测纪录及实验报告、报检。

3 质量验收标准及检验方法

一、反压护道顶面高程、宽度边坡坡率的允许误差、检验数量及检验方法

表3.1 反压护道顶面高程、宽度边坡坡率的允许偏差、检验数量及检验方法

二、压实性标准

我部施工的风沙路段位于半干旱地区，降水量较少，取水困难，为了提高施工进度所以因地制宜，采取采用传统的压实工艺进行施工。结合实际的施工工艺,仅利用湿法进行风积沙室内标准击实试验(含水量试验区间为13.5%)，由标准击实曲线得出最佳含水量为13.5%，最大干密度1.94g/m3 。其结果见表2.2和图2.1。

表2.2标准击实试验结果

4 施工机械车辆的选择

沙漠地带地广人稀，交通运输极为不便，高温、沙尘天气对机械车辆的损害大，机械维修保养、配件供应等极为不便。因此，应尽量考虑在沙区能较为便利行走的大型机械车辆，推土机宜采用T120以上、自卸车采用8～15T、洒水车采用8～15m3较为经济，选用20T以上羊足碾振动压路机为宜，并尽量调配较新或状况较好的设备进场。详细机械配备见表2.1。

表2.1主要施工机械设备

5 施工准备

5.1施工便道

为提高车辆的运输效率，取土场至路基的施工便道应精心修建。先用推土机粗平，再用平地机精平，为提高便道的承载力，铺设4.5m宽20～50cm粘土或砂砾料，洒水碾压密实。每隔100～200m修建错车道。

5.2水源解决

选择距施工现场较近的（水库）抽水，抽水高度一般10～30m，配备15～24Kw柴油发电机组、5.5～7.5Kw潜水泵从水库分级分台阶抽水，修建80～150m3蓄水池并保证蓄水量以备不时之需。考虑到沙漠地区气候炎热、高蒸发量和风积沙路基施工用水量大的特点，原则上平均一个路基施工队处设置0.5到1个蓄水池。

5.3取弃土场选择

采用集中取土场取土，取土场选择应尽量避免对荒漠植被造成破坏并尽量设在水源旁，从蓄水池或直接从鲍渠或贾家湾河中抽水焖料，避免用干沙填筑再洒水的做法。

原则上讲，弃土（沙）用于再次填筑利用，严禁乱弃破坏生态环境。

5.4 试验取样

5.4.1 风积沙的物理性能

容重：干容重一般为1.5g/cm3，湿容重为1.6g/cm3。在压实情况下密度增加，压实后风积沙的最大干密度可以达到1.86～2.1g/cm3，（而纯风积沙1.94g/cm3），为天然状态下密度的1.2～1.4倍。

天然含水量：风积沙的天然含水量很低，最低不足1%，最大含水量一般也不超过5%。

微粒性：沙颗粒属于细沙，沙粒组成为天然不良级配。

非塑性：积沙层的初粘性含量很少，表面活性很低，松散无粘聚性，具有明显的非塑性质，所以成型比较困难，且成型后的抗剪性能也较差。

非亲水性：沙粒表面对水几乎没有物理吸附作用，最大吸水率不足1%，一般都在零附近。

非湿陷状态：沙颗粒遇到水后能保持原有骨架架构性质，水稳性好。

压实特性：由于风积沙无粘聚性，振动压实可以使颗粒重新排列，获得较大的压实度。当含水量接近饱和时，沙层中存在大量的受重力影响的自由水，此时，除了振动本身的作用，水也将沿着孔隙向外推出，对沙颗粒也产生一个作用力使其位移，这种综合作用的结果将使沙层获得较大的压实度。

6 风积沙施工工艺流程

6.1 风积沙路堤施工工艺流程

施工前准备工作原地表处理检测合格推送饱水填料整平、摊铺填料推土机稳压羊足碾振动压路机碾压推土机终压检测合格整平铺土工布振动碾压。

6.2 风积沙路堑施工工艺流程

施工前准备工作原地面整理检测合格挖除沙方横断面检测合格堑底整平浇水振动碾压检测合格展铺土工布底基层铺筑。

6.3推土机在天然含水状态下，分层碾压的工艺流程

在天然含水情况下采用推土机分层碾压既经济实惠又能起到很好的压实效果，工艺流程如下：

施工前准备工作原地表处理检测合格推送饱水填料整平、摊铺填料推土机稳压推土机碾压上一层施工。

7 风积沙饱水碾压施工工艺步序说明

在最佳含水量或饱和含水量状态下分层碾压，效果更好，如图3.2示。

7.1 施工准备

路基开工前，进行导线点复测，平面及高程控制网布设，路基中线及原地表高程复测，横断面检查与补测等，并达到规范精度要求。根据图纸要求进行路基放样，根据设计图、表、数据定出路基的边缘、路堤坡脚、边沟、取土带等具置，以便于施工。

对风沙段路基进行选样，具体的分析沙体成分、含水量、密度、微粒性，进行饱水试验和压实试验，为风沙路基处理提供准确可靠的依据。

7.2 基底处理

人工配合推土机、装载机进行场地清理，满足清理深度和质量要求，清除路基内土基段表面15cm 左右的植被、腐殖质。基底先压实，再进行填筑。原基碾压采用振动压路机碾压不少于6 遍，碾压时轮迹重叠不应小于1/3，轮迹布满一个作业面为一遍。经过水坑、低洼地时，根据情况采取排水疏干、挖除淤泥、换填合格填料等措施，以保证基底的稳固。检测：按照压实度检验频率及压实度要

求标准进行检查，不合格时应补压直到合格为止。

7.3 分层初压

每推筑一层后，用推土机或挖掘机沿线纵向大致整平，并碾压3-4 遍。碾压时直线段应从路基边缘向内侧逐轮碾压，半径较小的曲线段应从内侧向外侧逐轮碾压，碾压时轮迹布满整个作业面为一遍。

洒水：开挖完毕或每一碾压层分层初压后，利用平地机或铲车进行初平，使得整个路符合设计要求。对于路线纵波较大的路段，沿线向在路沿堆成棱埂，棱埂高度10-15cm，棱埂的长度根据路线的坡度而定，一般不得大于50cm，再采用洒水车静止洒水，使得水面形成径流，水将要流出棱埂为止。对于路线较为平缓的路段，可采用风积砂路基、垫层两侧修筑棱埂，利用洒水车倒行洒水。水应洒均匀，洒水至饱和后静置2-4 小时。初压时，压轮挤出的松沙壅积于前轮下，后轮碾压过的表面由于剪切作用发生错动，造成压路机行走困难，若沙层含水量偏低，还会出现压路机打滑以至于深陷于沙层中的现象。因此碾压宜采用前后轮驱动的振动压路机。

7.4 整平

调平整型：采用装载机按放样标高和宽度调平顺适。

精平：在沙基最顶部一层，用推土机精平，使沙基高程、宽度、路拱等达到设计及施工规范要求。

7.5 路基压实

调平复压：在静置后的风积沙和人工路槽上，用推土机碾压4-6 遍。推土机碾压完整个路幅为一遍。

振动碾压：调平复压结束后，由羊足碾振动压路机采用高频、低幅振动碾压。碾压时，要从路基路槽两侧边缘向路中碾压，且碾压轮辐重叠不得小于1/3 轮辐。碾压直到满足设计要求的密实度，碾压速度为3-4km/h。风积沙对振动很敏感，在最佳含水量时，采用振动压路机碾压，压实效果好，效率高。根据库伦定律：τf=σ・tgφ+C，风积沙的抗剪强度τf是由粘聚力C，内摩擦角φ和作用于剪切面上的法向应力σ形成的。风积沙的粘聚力基本为0，因此只有增大内摩擦角才能获得较大的抗剪强度。基于风积沙的上述力学性质，压实是风积沙路基施工中的难点。

静压收光：由于羊足碾振动碾压使得沙基顶部10cm 左右较为松散，所以采用振动压路机或轮胎式压路机静压收光1-2 遍，碾压速度为1-3km/h。

注意：由于风积沙成型后的抗剪强度较差，振动压路机压实后表层5～10cm密实度较低呈松散状，作为中间层，不会影响路基质量。这是因为风积沙透水性好，上层施工时，水在沙层中直接往下渗，该松散薄层的含水量增大，在压路机的作用下，密实度将达到规定值。实践证明，振动压路机的有效压实范围可达50cm，并且在有效压实范围内越往下密度越大。

风积沙含水量过大，碾压时出现弹簧现象不会对纯风积沙填筑的路基质量产生不利影响，由于风积沙的滤水作用和水稳性好的特点，出现弹簧现象的路基填方不用翻挖，只要等待约1小时后碾压即可达到规定的密实度。

7.6 检测

压实度检测：压实质量以压实度控制，采用环刀法测定密度，并根据最大干密度计算压实度。压实度应达到规定的标准，若不符合要求时应进行补压，直到合格为止，方可进行下一道工序的作业。

图3.2 饱水碾压法施工工艺流程

7.7 路基顶层施工

封顶层施工时，振动压路机碾压后表层5～10cm松散，路基弯沉值满足不了设计要求。此时，用洒水车洒水，使沙层含水量达到或超过最佳含水量，用压路机碾压3～4遍，使路基顶面形成平整、紧密的表面，弯沉值即可达到设计要求。待整个施工段碾压完毕（300～500m）立即进行自检、报检，重点是压实度、高程和弯沉的检验。在自检、报检和底基层施工前，应始终用洒水车补水以保持路基水分，否则表层失水松散，弯沉将达不到设计标准，路基质量难以保证。

7．8 风积沙路基的防护

沙漠地区路基工程应遵循边施工边防护的原则，集中力量完成一段，防护一段，以减少风蚀等造成的路堤破坏。

分段路基尽量当年完成，为防止风蚀和为铺筑底基层提供通行条件，对路床顶面用碎石土或天然砂砾进行封闭，碎石土或天然砂砾的质量要求为：最大粒径不大于10cm，0.074 mm 以下颗粒含量不大于15%，液限不大于28，塑性指数不大于9，在塑性指数偏大的情况下，塑性指数与0.5 mm 以下细土含量的乘积不应大于120。

路基边坡采用浆砌片石、三灰土、种植沙柳等多种形式进行封闭加固。

8 作业组织

专业路基工程师 2人 工艺的编制与重要工序的控制

施工员 3人负责施工安排和现场指挥

技术员2人施工放样和质量检查

机械操作人员 5～8人 操作各种施工机械

机械检修人员2人负责机械检修

后勤管理人员1人 提供油料及后勤保障

9机械作业效率计算

一、压路机碾压生产效率Qy

式中Qy―压路机生产率，m3/h;

b―碾压带宽度，m;

c―碾压搭接宽度，m（一般为0.15～0.30m）；

h―填层压实厚度，cm;

L―碾压区段长度，m;

V―碾压机碾压行走速率，m/s;

t―压路机转弯调头或换档时间，一般转弯15～20s，换档2～5s;

n―碾压遍数；

KB―时间利用系数，一般取0.80～0.9。

二、其他主要机械工作效率计算参见《机械开挖路堑施工工艺工班生产效率及材料消耗》

10施工注意事项及安全与环境保护

一、根据沙漠地带的气候特点和风积沙路基施工的特殊工艺，施工时应注意：

1.应尽量避开中午的炎热高温和沙尘天气，沙漠夏季的平均气温在35℃以上，人员和机械均难以承受，施工时间应尽量考虑早、晚和夜间。在沙尘天气中，机械不宜出工，无孔不入的沙尘对机械设备有难以估量的破坏作用。

2.施工队伍的段落划分不宜过长，应集中力量从路线一端进行推进，并使各施工段落尽快连成一片，便于所有机械设备尤其是振动压路机的统一调配，提高设备的利用率。同时，利用已成型路基作为施工便道，可大大提高车辆的运输效率。

3.路基交验段落不宜过长，以300～500m为宜，交验合格后立即用底基层改良土进行覆盖。

4.沙漠植被稀少，成活率低，在防风治沙种作用巨大，因此在施工过程中尽量的减少对沙漠植被的破坏，对一些红线内的重要植被，进行移植已备再次利用。

5.严禁在施工乱弃乱推，严格按照取弃土场的施工规划图进行。

6.对弃土、弃渣场应按照施工图设置挡土墙，先挡后弃，并及时完成边坡防护工程。

二、安全与环境保护

1.机械作业区内应设置安全标志，非机械操作人员应戴安全帽，机械操作人员应服从作业指挥人员的统一指挥。

2．施工人员不得在机械行速路线和作业范围坐卧休息。

3.道路交叉口应设置施工提示标示。

4.靠近边坡近处机械作业时，应慢行，并有地面人员帮助观察指挥。

5.禁止非施工人员进入机械施工场地。

6.取土后的面按施工图采取土地整治或防护措施。

7.取土场的位置、深度、边坡应符合施工图要求，并结合了本地土地利用、环保规划进行布置，不得随意取土弃土。

8.根据我部管段的地理天气环境的状况，干燥，多风沙，车辆通行到道路一定要周期性的洒水降尘，要求是每天至少两次。

9.运土车辆通过沥青混凝土路面或水泥里面时，应覆盖车箱，防止泥土灰沙抛洒振扬污染路面。

10、履带式机械不得直接进入附近引入工地的沥青混凝土或水泥混凝土道路，保护当地道路责任不容忽视。

11.机械的废油料、废电瓶应收集进行环保处理，不得随意丢弃。11、结束语

通过风沙路基填筑工艺在省道盐池至红井公路的施工实践，成功地解决了风沙路基填筑质量控制问题。风沙路基填筑最重要的就是水源和含水量的控制，我局施工的风沙路基段经检测双控指标（触探、K30法）全部满足要求。风沙路基适用于在雨季施工，保证了路基的填筑质量，同时施工成本较低。我局顺利地完成宁夏回族自治区盐池至红井公路工程风沙路基处理的重要课题。