风积沙工程实践研究：沙漠公路施工工艺

8.2.3.1　沙基施工工艺

1）沙基干压实问题的提出

编织布加薄层砂砾的结构方案是基于强基薄面的原则。因此该方案实施的关键在于沙基的压实，以使其整体强度达到回弹模量不小于100MPa。前已述及，当时对沙基的压实还存在诸多困难，一是一般压实机械无法直接在沙基上作业；二是采取洒水碾压时，洒水车无法作业；三是沙的渗透性很大，故用水量亦很大。在1991年9月进行的2km试验段施工时，采用的方法是沿线布设输水管，人工持水管昼夜浇水，洒透80cm，每天进度最高200m。沙基经洒水形成一板结层，之后用2Y12型压路机碾压6～8遍，压实效果较好。但这种方法施工效率低，用水量很大，成本高。随着路线向沙漠腹地延伸，洒水费用将急剧上升，而且有些路段可能根本没有水。因此干压实在干旱炎热缺水的沙漠地区具有十分重要的意义。

2）沙基的干压实特性

（1）沙基的干压实机理。

土的压实是通过碾压、冲击等外力手段，克服土颗粒间的内聚力和摩擦力，将空气和水分挤出，使土颗粒间相互位移靠拢，从而提高土的密度，增强土体抵抗外部压力的能力。对于风积沙来说，由于干燥松散、粉黏粒含量很少、内聚力可视为零，因此对沙基施加的压实力只是用于克服其颗粒间的摩擦力。

从风积沙的击实曲线来看，风积沙在含水量小于1%时最容易达到最大干密度，而且随着含水量的减小，干密度急剧上升。实际测试结果表明，塔克拉玛干沙漠表层0～1.5m的天然含水量一般小于1%，这为干压实的实施提供了天然的有利条件。

在压实方法方面，对风积沙来说，由于内聚力基本为零，振动时易使颗粒处于运动状态，所需的惯性力也较小，从而使得振动压力波得以达到较深的深度，获得较高的有效压实深度和压实效果，试验证明其一般可达到1.5～2m。另一方面，从振动原理知道，当振动压路机的振动频率接近风积沙的自振频率时，其颗粒的被迫振幅将增大，同时内摩擦力降低，这是获得良好压实的有效途径。因此振动碾压是对风积沙路基进行压实的最有效的手段之一。

（2）沙基干压实的动态性能。

在理论分析的基础上，进行的工程试验结果表明，沙漠干路基干压实应以重型振动压路机为佳，为达到更好的效果应遵循以下原则：

①采用10t以上重型振动压路机。

②采用高振动频率、低振幅的原则，将振动频率选择在35～45Hz，振幅选用0.4～1.0mm。

③采用低碾压速度，一般选2～4km／h，最大不超过6km／h。

3）沙基干压实的碾压工艺

由于常规压实机械不能直接在沙基上作业，因此如何利用常规压实机械进行压实是实施沙基干压实的关键问题。国外常用的方法是采用功率履带机械牵引拖式振动压路机进行碾压，这种方法成本高、操作复杂困难、在路基上难以调头等，而且施工单位要新添设备。

为解决此问题，30km工业试验路段直接利用编织布加薄层砂砾的路面结构方案来压实沙基，即在推筑调平沙基的过程中，先利用机械本身进行初步压实，铺完编织布后，先铺较薄一层天然砂砾，然后上压路机进行碾压。

通过30km工业性试验段的实施，在总结分析和现场试验的基础上，对沙基的碾压工艺进行了重大改进。通过对施工单位新购置的W1101H振动压路机（国产）的现场试验表明，天然含水量状态下，在经过分层初压和调平复压的沙基上，宽体轮胎的自行式轮胎驱动光轮振动压路机可直接行走作业。这可以是沙基压实工艺的一个重大突破，据此经改进的碾压工艺流程如图8-50所示。

图8-50　沙基碾压工艺流程

具体程序如下：

（1）推筑沙基。根据施工图设计放样后，从路线两侧推筑。原则上每层填筑厚度50～60cm。

（2）分层初压。每推筑一层后，由推土机大致整平，并借助履带碾压4～6遍，直至达到放样标高；挖方路段碾压4遍。

（3）调平复压。采用铲运机调平时进行复压。该机是菲亚特公司262B型，自重30t，另装10m3左右风积沙，利用其宽为72cm的轮胎碾压2～3遍。

（4）振动碾压。调平复压结束后，由W1102H型振动压路机采用高频（34Hz）、低幅（0.6mm）挡位振动碾压2～3遍，碾压速度3～4km／h。

（5）铺设编织布及天然砂砾。按设计要求铺设编织布，并摊铺8～10cm厚天然砂砾，用平地机整平。

（6）表层碾压。8～10cm厚天然砂砾调平后，先不洒水，用12t以上静力压路机碾压4～6遍，或振动压路机振动碾压2～3遍。这是由于沙基通过直接振动碾压后，表层0～20cm仍处于松散状态，通过这次碾压后使其密实，完成对沙基的全面压实。

（7）洒水碾压。对天然砂砾进行洒水碾压，然后铺筑级配砂砾。

为了解沙基的整体强度，对推广路段主要进行的是测试，结果表明：

（1）回弹模量值普遍有所提高，平均值达119.8MPa。

（2）沿线总体强度分布较均匀，测试值全部超过设计值，压实效果良好。压实度有所提高，平均达到94.3%。

8.2.3.2　土工布铺筑工艺

1）土工布的类型、规格

通过试验结果分析，结合其经济性、使用方便性等因素，经筛选，沙漠公路当时所用的土工布为聚丙烯编织布。再结合沙漠公路的有关设计参数，其相应的规格为路肩用幅宽1.7m，路面用幅宽2.9m和4.3m两幅；两幅在出厂前采用工业机双折缝制，其缝向抗拉强度为428N。

2）施工工艺

（1）准备工作。将干沙基经振动压实后，用平地机整平，路基宽度、横坡度、标高等满足设计要求后，禁止各种非施工机械和车辆通行。(www.xing528.com)

（2）铺设编织布。沿路线走向将卷制的编织布铺在整平的沙基上，每段展铺长度150～200m。展铺可采用人工或机械方式。编织布要拉紧铺平，编织布铺好后，应派专人检查，发现有缺经少纬的部分应剪去并另覆盖一块，为防止被风掀起，可在边缘、搭接处撒少量风积沙或天然砂砾压住。

（3）摊铺天然砂砾。装料的自卸车直接慢速开上铺有编织布的沙基，直行卸料，然后空车按原路倒出，再调头返回。卸料车不得在编织布上调头、转弯，以免卷折破坏已铺好的编织布。实践表明，满载15t的重车在编织布上作业，通常车辙在1～5cm，不会对沙基造成危害。

8.2.3.3　路面基层施工工艺

针对路面结构方案，以及施工单位当时的机械设备状况，通过工程实践，最终确定的施工流程（包括路面基层施工）如图8-51所示。除前已述及的，其余的与常规施工方法并无多大差别，需要注意的主要有：

（1）平整路边时，应将平地机铲刀向内侧，以免造成材料浪费。

（2）平地机作业时应谨慎小心，避免将编织布刺破；对不慎刺破处，应剪一块超出刺破部位尺寸的编织布覆盖，局部坑槽可以人工补平。

（3）级配砂砾施工作业前必须将天然砂砾层上的积沙清除干净，避免上下两层夹沙，影响工程质量。

（4）为了保证编织布加固沙基的整体效果和路肩的整体强度，路面用编织布和路肩用编织布都必须压在路缘石下。

（5）路肩施工时，先将编织布展平，汽车拉运天然砂砾，沿路线卸料，人工摊铺、整平，之后用手扶式小型振动压路机洒水碾压2～3遍。

（6）应注意避免使编织布长时间受阳光照射。

8.2.3.4　路基、路面施工质量控制

沙漠公路在路基、路面结构及其施工上较为特别之处主要为风积沙路基、沙基振动干压实、土工布加固沙基、强基薄面等，则在路面施工中，除少量的特殊性外，其余的与一般常规的公路施工并无两样，故同样可参照有关规范标准等对其质量进行控制，如图8-51所示。而少量的特殊性主要表现在以下方面。

图8-51　编织布加固沙基施工工艺流程

1）沙基标高的控制

由于风积沙天然密度差异较大，以及沙基压实作业的影响，施工放样沉落度很难掌握。再加上风沙移动及沙基表层松散的影响，标高调整难度较大，很难达到现行《公路路基施工技术规范》中要求的路基高程允许偏差±50mm，路床±20mm。最初完成的前2km（30km工业性试验路中的）沙基经检测，平均偏差为±370mm，远远超过规范要求。后经研究分析，提出“保持整体线形平顺，加强工序控制”，即推土机推筑过程中粗平，铲运机和平地机精平，精平时技术人员反复检测，进行整体控制。经施工单位努力，将此偏差稳定在不大于±100mm的范围内，并将其作为整个工程项目的临时控制标准执行。后据已建成的500多千米沙漠公路标高检测数据分析表明，填方地段高程允许偏差宜在±100mm以内，挖方路段宜在±80mm以内。

2）沙基压实质量的控制与评价

按照规范，沙基0～80cm的压实度不应低于93%。实际施工过程中，由于受地形剧烈起伏及压实机械难以在完全松散的沙面土作业等因素的影响，无法实施分层填筑碾压，只能分层填筑初步压实后，再依靠最终的碾压实现对沙基的整体碾压。此外，对沙基进行深层密实度检测也难度较大，用环刀法等对特别干燥的风积沙来说，根本就无法取样，使得以压实度来控制沙基压实质量不够现实，也难以推广实施。

但从结构强度上来说，用沙基回弹模量E0来表征其压实效果是有代表性及说服力的。为此曾采取回弹模量E0与沙基表层压实度的测定来控制与评价，并在密实度检测中采用了核子密度仪（Trxoler3440型）。

通过上述研究，建议采用以下两种方法进行沙基压实质量的控制与评价：

（1）采用沙基回弹模量E0与沙基表层压实双指标来控制。因E0值测定效率低，一般为90min测一点，因此检测密度可小些。可每300～400m测一点，沙基表层压实度测40cm深度为宜，每40～60m测一点。

（2）用贯入仪法来控制与评价沙基压实质量。通过E0测定与贯入仪打入80cm的次数测定值进行对比分析，最终确定出沙基E0达到设计值时与贯入仪击实次数的相关关系。这种方法既简单实用又方便快捷，却需进行大量的对比试验，且还存在能否被质量管理者认可的问题，尚需进一步研究。

3）路基边坡质量控制

沙漠公路的路基边坡坡度多为1∶3，主要是几何尺寸较难达到设计要求。一方面路基施工时，未能同步进行边坡整修，但即使按设计修好，也会因防沙工程不能及时跟上而被风蚀得面目全非；另一方面为了保护路基，防沙工程（常由另一单位施工）往往等不到修整边坡就要实施，两个施工单位在此难以协调。解决的办法是将边坡修整划入防沙工程，以便边坡整修后可立即进行防沙施工。这样既能保证边坡质量，也提高了防沙工程的效果。

4）天然砂砾层的质量控制

天然砂砾的质量问题主要是层铺厚度的控制。厚度太薄，结构层难以成型，同时行车荷载会使沙基产生变形，向两侧翻移；太厚则会影响沙基表层的碾压效果。因此其厚度应控制在8～10cm为宜。

5）路面结构层之间的夹沙问题

路面结构层之间的夹沙是由于风沙作用带来积沙未清理干净而造成的，多发生在路线左右两边。面层与基层之间这一软弱夹层可导致结构强度下降，出现路面面层推移、裂纹，甚至较大面积的破坏。产生积沙的原因主要有：

①防沙工程未能及时跟上，沙基本身抵抗沙害性能差。

②道路两侧路肩没有及时整型，在路肩上遗留部分弃方，使之形成了一个自然沙障，造成积沙。

③因无施工便道，过多的车辆荷载及施工机械等使成型的基层表面产生坑槽、搓板等，使其过于粗糙而积沙。

④不同结构层之间的施工间隔过长，积沙越来越多。

⑤风沙天气作业时，积沙越来越多。

由于积沙难以被彻底清理干净，施工时应采取相应的措施：加强基层的洒水作业养护；上下工序要衔接好，尽量缩短间隔时间；保持路肩平整，不能长时间堆放物品；防沙工程要配合沙基施工，并最好能与沙基施工同步进行；有可能的话可使施工避开风季；此外在施工的每一环节都要采取措施将积沙清理干净。