劉光偉

（佳縣水利局 陜西 佳縣 719000）

1 工程概況

新定渠改擴(kuò)建工程擴(kuò)建3 k m，改建18 k m。改建工程主要做加固和防滲處理；擴(kuò)建工程中有0.8 k m渠道要穿越沙漠邊緣，其中填方0.3 k m，挖方0.5 k m。設(shè)計(jì)斷面：底寬1.5 m，頂寬4.5 m，高2 m，1:1邊坡。設(shè)計(jì)壓實(shí)度≥90%。地形為波狀沙丘、沙壟等組成的波狀沙丘，相對(duì)高差5 m～15 m。植被覆蓋率小，是典型的沙丘地貌。氣候干燥，多風(fēng)少雨，揚(yáng)沙天數(shù)60天。土質(zhì)為風(fēng)積沙。

2 風(fēng)積沙的工程特性

通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)積沙取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)地試驗(yàn)段驗(yàn)證，風(fēng)積沙具有以下特性：

2.1 顆粒組成

多在0.5 m m～0.07 m m之間，占85%以上，大于0.5 m m的顆粒極少，表明風(fēng)積沙很細(xì)，起沙風(fēng)速很小，易被風(fēng)蝕而流動(dòng)。通過(guò)0.074 m m的粉土顆粒占18%左右，粉粘粒含量很少，表明沙的顆粒表面活性很低，無(wú)粘性、內(nèi)聚力小，非常松散，壓實(shí)困難，但水穩(wěn)性好。

2.2 擊實(shí)特性

隨沙樣的含水量逐漸增大，其含水量、干密度曲線呈凹弧行趨勢(shì)，它表明沙顆粒當(dāng)含水量很小時(shí)引力小可以忽略不計(jì)，主要受摩阻力控制。擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，沙層受到一定振動(dòng)力的作用，不僅在垂直方向產(chǎn)生位移，而且在水平方向也產(chǎn)生位移，此時(shí)由于力是以振動(dòng)波為主要形式傳遞將使顆粒產(chǎn)生跳躍位移，上述位移運(yùn)動(dòng)方向總是朝有空隙的地方發(fā)展，使顆粒得到重新排列，沙層逐漸趨于密實(shí)。當(dāng)含水量接近飽和時(shí)沙層將存在受重力影響的大量自由水，此時(shí)擊實(shí)時(shí)除了振動(dòng)本身產(chǎn)生顆粒位移外，水也將會(huì)沿著空隙向外排出，并將對(duì)沙顆粒也產(chǎn)生一個(gè)作用力使其位移，這樣綜合作用的結(jié)果將使沙層密實(shí)度有較大提高。

2.3 壓縮特性

只有采取有效的壓實(shí)方法，增大擊實(shí)功（振動(dòng)壓實(shí)）最大程度增加沙的壓實(shí)度，其整體穩(wěn)定特性明顯提高。

天然風(fēng)積沙采用振動(dòng)干壓實(shí)技術(shù)提高整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性，有以下規(guī)律和特點(diǎn)：①壓路機(jī)選擇動(dòng)載愈大，沉降量愈大，壓實(shí)效果愈好；②干燥風(fēng)積沙的振動(dòng)頻率在30 H z～40 H z，振幅在0.4 m m～1.0 m m之間振動(dòng)頻率越大壓實(shí)效果越好；③含水量w=0%時(shí)下沉量最大。

3 風(fēng)積沙的施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）取沙和棄沙。沙漠渠系馬道施工以沿線兩側(cè)就近取沙棄沙為宜，取沙以沙丘為主，棄沙以沙窩為主。沿線兩側(cè)取沙寬度盡可能控制在20 m平整帶范圍內(nèi)，且與平整帶施工相結(jié)合，取沙量較大時(shí)可適當(dāng)加寬，但不宜超過(guò)40 m。取土坑深度在1 m以內(nèi)時(shí)可將邊坡延伸至取土坑底，當(dāng)取土坑深度大于1 m時(shí)應(yīng)在沿線坡腳與取土坑之間設(shè)置寬度不小于3 m的護(hù)坡道，護(hù)坡道應(yīng)平整壓實(shí)，外側(cè)邊坡修成緩于1:3的緩坡。水工建筑物附近不得取棄土方。

（2）沙漠渠系施工前應(yīng)將具有代表性的風(fēng)積沙取樣進(jìn)行液限、塑限指數(shù)、天然稠度或液限指數(shù)分析，顆粒分析試驗(yàn)，相對(duì)密度試驗(yàn)，沙的強(qiáng)度試驗(yàn)（C B R值），有機(jī)質(zhì)含量及易溶鹽試驗(yàn)，風(fēng)積沙干振、飽和水下的最大干密度試驗(yàn)等。施工中如發(fā)現(xiàn)沙顆粒粒徑、級(jí)配有變化應(yīng)及時(shí)補(bǔ)做上述全部試驗(yàn)。

（3）施工機(jī)械的選擇。沙漠渠系馬道土方機(jī)械組配應(yīng)貫徹“適應(yīng)環(huán)境，使用先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠”的原則。根據(jù)風(fēng)積沙顆粒組成、純度等組配工程機(jī)械，應(yīng)選擇高頻低幅，功率大，故障少的雙驅(qū)壓路機(jī)或履帶式推土機(jī)。

（4）測(cè)量放樣。開(kāi)工前準(zhǔn)確放出填方馬道坡腳線和挖方開(kāi)挖邊線，確保工程按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確施工。

3.2 風(fēng)積沙施工工藝

主要包括挖方和填方，其中填方可分為干振法和飽水振動(dòng)法。干振法適用于沙層厚，水源少的大面積填方；飽水振動(dòng)法則適用于水源充足的填方和建筑物的臺(tái)背小范圍填筑。

3.2.1 挖方施工

沙漠渠系馬道施工工藝流程：施工放樣→挖除沙方→斷面檢測(cè)→調(diào)平整形→精平→振動(dòng)碾壓。挖方段施工前，進(jìn)行準(zhǔn)確施工放樣，以樁子表明輪廓，合理作好截水溝，排水設(shè)施。風(fēng)積沙的開(kāi)挖應(yīng)自上而下進(jìn)行，不得亂挖和超挖。施工中如發(fā)現(xiàn)風(fēng)積沙層下部出現(xiàn)土質(zhì)或其他材料應(yīng)將上部風(fēng)積沙全部挖除后再進(jìn)行下部開(kāi)挖，其邊坡按設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)定辦理。施工方法可分為橫挖法和縱挖法。前者即短而深得挖方，以整個(gè)斷面寬度和深度，從一端或兩端逐漸向前開(kāi)挖；后者為較長(zhǎng)的挖方段，先沿縱向選擇一個(gè)或幾個(gè)適宜處，將較薄一側(cè)塹壁挖穿，分成數(shù)段開(kāi)挖。挖方深度大于2 m的兩側(cè)及半挖半填段的兩側(cè)宜加寬1 m～2 m，以利停沙。

3.2.2 填方施工

（1）干振法填方施工

工藝流程：施工放樣→推筑上料→攤鋪整平→分層碾壓→精平整形→振動(dòng)碾壓。填筑寬度每側(cè)應(yīng)寬出設(shè)計(jì)寬度50 c m。

填方施工前原地面處理：填筑范圍的有機(jī)土、腐殖土、雜草等應(yīng)清除平整，坑、洞、墓穴及高度小于1 m的流動(dòng)沙丘應(yīng)回填沙土整平，并充分分層碾壓。確保地表以下30 c m范圍內(nèi)壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定的要求后方可進(jìn)行填筑施工，填料中不得夾雜粘性土、植物、樹(shù)根等雜物，必須是純凈的風(fēng)積沙。

風(fēng)積沙馬道填方必須根據(jù)設(shè)計(jì)斷面分層填筑，分層壓實(shí)。分層的最大松鋪厚度必須根據(jù)壓實(shí)機(jī)械的類型來(lái)定，如采用10 t～20 t鉸接式前后輪驅(qū)動(dòng)的自行式振動(dòng)壓路機(jī)分層碾壓時(shí)，最大松鋪厚度在干旱流動(dòng)狀態(tài)時(shí)不得超過(guò)50 c m；在潮濕或雨后狀態(tài)時(shí)不得超過(guò)30 c m；若采用140驅(qū)103 k W以上的推土機(jī)分層碾壓時(shí)最大松鋪厚度不得超過(guò)30 c m。

固定、半固定沙地或原地表比較堅(jiān)硬穩(wěn)定的地區(qū)馬道填方，當(dāng)?shù)孛鏅M坡緩于1:5且基地處理符合要求時(shí)，可直接在經(jīng)處理的地基上分層填筑；當(dāng)?shù)孛鏅M坡陡于1:5時(shí)，原地面應(yīng)挖成寬度不小于2 m的臺(tái)階，并進(jìn)行壓實(shí)，填筑應(yīng)從最底一層臺(tái)階填起，逐臺(tái)向上填筑，分層壓實(shí)。所有臺(tái)階填完之后，及可按一般填方進(jìn)行。若填方分幾個(gè)作業(yè)段施工，兩段交接處不在同一時(shí)間填筑的，應(yīng)將先填段挖成寬度不小于2 m的臺(tái)階；同時(shí)間填筑的則應(yīng)分層相互交疊銜接，其搭接長(zhǎng)度以2 m為宜。

馬道填方可用推土機(jī)從兩側(cè)或短距離縱向調(diào)配分層填筑，當(dāng)填方較高時(shí)，可將填料運(yùn)至坡腳，然后用挖掘機(jī)運(yùn)至填方段上用推土機(jī)攤鋪整平。

風(fēng)積沙壓實(shí)工藝的工藝流程：推土機(jī)穩(wěn)壓→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓→推土機(jī)終壓。原地表處理采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，在干燥沙漠狀態(tài)時(shí)碾壓不少于3遍，在潮濕或雨后狀態(tài)時(shí)不少于6遍。碾壓時(shí)輪跡布滿一個(gè)作業(yè)面為一遍。填方段的壓實(shí)：推土機(jī)穩(wěn)壓，碾壓時(shí)輪跡重疊寬度不小于1/2單輪寬度，輪跡布滿一個(gè)作業(yè)面為一遍，穩(wěn)壓兩遍。亦可采用縱向、橫向交錯(cuò)的碾壓方式。振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，根據(jù)試驗(yàn)段確定的碾壓遍數(shù)進(jìn)行控制，在干燥無(wú)水狀態(tài)時(shí)進(jìn)行壓實(shí)的遍數(shù)，填方段3遍～4遍，挖方段2遍～3遍，在多雨潮濕、灑水施工段壓實(shí)遍數(shù)不少于6遍。推土機(jī)終壓同穩(wěn)壓2遍。

碾壓遍數(shù)不宜過(guò)多，碾壓過(guò)多將使沙粒再次重新分布組合，難達(dá)壓實(shí)效果，并出現(xiàn)壓實(shí)層表層的越壓越松的情況。碾壓速度以2 k m/h為宜。碾壓時(shí)直線段由兩邊向中間，小半徑曲線由內(nèi)向外側(cè)，縱向進(jìn)退式進(jìn)行碾壓。前后兩相鄰段應(yīng)縱向重疊2.0 m以上，達(dá)到不漏壓無(wú)死角，確保碾壓均勻。

（2）飽水振動(dòng)法填方施工

臺(tái)背填方宜與錐坡填方同步進(jìn)行，構(gòu)造物回填處理時(shí)，若壓路機(jī)、推土機(jī)碾壓受施工范圍限制時(shí)可采用小型壓實(shí)機(jī)具，最大松鋪厚度不大于20 c m。飽水振動(dòng)法的施工工藝基本同振動(dòng)法，其工藝流程是：推筑上料→攤鋪整平→圍堰→放水→壓實(shí)。其中推筑上料、攤鋪整平和干振法相同。

重點(diǎn)介紹圍堰、放水、壓實(shí)的施工工藝。①圍堰。根據(jù)縱橫坡情況分段、分塊設(shè)置，一般以30 m，長(zhǎng)、20 m寬（如果寬度不足可以是全斷面）為宜，圍堰高度大于30 c m，寬不小于30 c m，便于存水。②放水。將提前備好的水抽灌倒圍堰內(nèi)，水位一般高出填料頂面20 c m。③壓實(shí)。普通段的碾壓遍數(shù)和方法同干振法相同，不同的是對(duì)于構(gòu)筑物的臺(tái)背回填，可用小型夯實(shí)機(jī)具進(jìn)行壓實(shí)，也可用混凝土振動(dòng)棒進(jìn)行振動(dòng)夯實(shí)，振動(dòng)棒周?chē)辉傧鲁習(xí)r可認(rèn)為密實(shí)。

3.3 壓實(shí)度檢測(cè)

采用環(huán)刀法檢測(cè)壓實(shí)層干密度，環(huán)刀中部應(yīng)位于壓實(shí)層厚的1/2深度。計(jì)算壓實(shí)度是否合格，若不合格補(bǔ)壓至合格為止。

3.4 邊坡整修

沙土馬道填筑完成后，內(nèi)邊坡按設(shè)計(jì)邊坡用機(jī)械或人工修整。外邊坡按流沙平地為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，并應(yīng)分層平鋪土工格柵。

4 施工體會(huì)

（1）在沙漠地區(qū)進(jìn)行挖填方施工時(shí)采用常規(guī)的土方施工方法很難達(dá)到預(yù)期目的。干振法和飽水振動(dòng)法是比較理想的壓實(shí)方法。

（2）干振法施工壓實(shí)機(jī)械的選用主要取決于填料的粒徑和純度。粒徑相對(duì)較粗、質(zhì)地均一的風(fēng)積沙單驅(qū)自行式振動(dòng)壓路機(jī)行走困難，只能選用雙驅(qū)式振動(dòng)壓路機(jī)或履帶式推土機(jī)碾壓。

（3）通過(guò)施工后對(duì)該工程的觀察，未發(fā)現(xiàn)明顯病害。充分說(shuō)明這種施工方法和工藝適合沙漠地區(qū)風(fēng)積沙挖填方的施工。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)風(fēng)積沙顆粒組成和力學(xué)特性的研究，采用合理的施工工藝和機(jī)械組合，使用干壓法或飽水振動(dòng)碾壓法，在實(shí)際施工中取得了良好效果，有效地解決了沙漠地區(qū)渠系馬道風(fēng)積沙填料難以壓實(shí)的問(wèn)題。陜西水利