風(fēng)沙干旱環(huán)境戈壁土路基施工含水率控制研究

1、<p>　　風(fēng)沙干旱環(huán)境戈壁土路基施工含水率控制研究</p><p>　　[摘要]：蘭新鐵路第二雙線LXS-16標(biāo)段地處風(fēng)沙極旱戈壁地區(qū)，自然環(huán)境惡劣，氣候異常干燥，常年干旱缺水，路基填料含水量低，壓實(shí)困難。本文簡(jiǎn)要介紹就該環(huán)境下路基填筑施工如何控制含水率，確保壓實(shí)質(zhì)量、提高作業(yè)效率。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]： 風(fēng)沙干旱環(huán)境路基填筑含水率控制填料燜料 </p>

2、;<p>　　中圖分類號(hào)：U213.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1、工程概況 </b></p><p>　　蘭新鐵路第二雙線甘青段LXS-16標(biāo)（DK930+329.68至DK1015+000），線路長(zhǎng)度84.67km，其中路基79.89公里，占線路94.3%，路基填方831.7萬(wàn)m3。 </p><

3、p><b>　　1.1地層巖性 </b></p><p>　　工程涉及的地層巖性及其物理力學(xué)特性為：上更新統(tǒng)洪積細(xì)圓礫土、粗圓礫土。 </p><p><b>　　1.2氣象水文 </b></p><p>　　工程位于甘肅省酒泉瓜州縣境內(nèi)，屬瓜州縣極旱荒漠區(qū)，自然環(huán)境條件惡劣，夏季干燥炎熱，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，常年風(fēng)沙較大

4、，地區(qū)年均降水量?jī)H52.2mm，年均蒸發(fā)量達(dá)到2567 mm，氣候異常干燥，施工用水來(lái)源困難。 </p><p><b>　　1.3填料情況 </b></p><p>　　取土場(chǎng)填料特征詳述如下：細(xì)圓礫土（Q3P16）：工點(diǎn)內(nèi)主要地層，灰色，成份主要以花崗石、石英巖、砂巖為主。粒徑在2～20mm約占35%，20～60mm約占＞45%，＞60mm約占10%，余為雜砂充填

5、，巖芯呈散狀，顆粒呈圓棱～渾圓狀，稍濕，中密，Ⅱ級(jí)普通土，σ0=400kPa。土體顆粒密度2.52g/m&sup3;，土體天然含水率1%~1.5%。 </p><p>　　2、含水率對(duì)壓實(shí)度的影響 </p><p>　　通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)驗(yàn)室繪制的密實(shí)度(干密度) 與含水量之間的關(guān)系曲線。在壓實(shí)過(guò)程中,土的含水量對(duì)所能達(dá)到的密實(shí)度起著十分重要的作用。錘擊或碾壓的功需要克服土顆粒間的內(nèi)摩阻

6、力和凝聚力,才能使土顆粒產(chǎn)生位移并互相靠近。土的內(nèi)摩阻力和凝聚力隨密實(shí)度的增加而增加。土的含水量小時(shí),土顆粒間的內(nèi)摩阻力大,壓實(shí)到一定程度后,某一壓實(shí)功不能克服土的抗力,壓實(shí)所得的干密度小。當(dāng)土的含水量逐漸增加時(shí),水在土顆粒間起著潤(rùn)滑作用,使土的內(nèi)摩阻力減小,因此同樣的壓實(shí)功可以得到較大的干密度。當(dāng)土的含水量繼續(xù)增加到超過(guò)某一限度后,雖然土的內(nèi)阻力還在減小,但單位土體中的空氣體積已減到最小限度,而水的體積卻在不斷增加,由于水視為不可壓縮

7、的,因此在同樣的壓實(shí)功下,土的干密度反而逐漸減小。在干密度與含水量關(guān)系曲線上與最大干密度對(duì)應(yīng)的含水量稱為最佳含水量。即在相同壓實(shí)功下,能使土體達(dá)到最大干密度時(shí)的含水量。某種土在一定的壓實(shí)功作用下,只有在最佳含水量時(shí),才能達(dá)到最大干密度。 </p><p>　　大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明：土的含水量對(duì)所能達(dá)到的密實(shí)度起著很大作用，只有在最佳含水狀態(tài)下進(jìn)行碾壓才能得到土層最大壓實(shí)度，也是有效而經(jīng)濟(jì)的方法。施工中，填料

8、不會(huì)是最佳含水狀態(tài)，常采取的措施是：過(guò)干的土，適當(dāng)灑水；過(guò)濕的土，采取翻曬或拌合吸水材料。簡(jiǎn)單的增加壓實(shí)遍數(shù)是不可取的。而蘭新鐵路第二雙線填料特征、施工環(huán)境的特殊性，以及作業(yè)效率、壓實(shí)效果、經(jīng)濟(jì)成本等因素使得常規(guī)的灑水增濕措施不可取，為確保路基壓實(shí)質(zhì)量、提高作業(yè)效率，我們采取的取土場(chǎng)燜料措施能經(jīng)濟(jì)有效地控制填料含水率。 </p><p>　　3、燜料工藝研究及填筑試驗(yàn) </p><p>　

9、　3.1最佳含水率與填料補(bǔ)水方式確定 </p><p>　　受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境及天然降水率影響，年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于年降雨量，填料自然含水率極低，只有1%-1.5%，無(wú)法達(dá)到壓實(shí)效果，經(jīng)過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)及路基試驗(yàn)段工藝性試驗(yàn)，得出最佳含水率5.0-5.4%，須對(duì)水分進(jìn)行補(bǔ)充。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)灑水增濕法和取土場(chǎng)燜料增濕法兩種方案現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較，適時(shí)灑水用水量大、填料滲透不均勻、短時(shí)間無(wú)法壓實(shí)或機(jī)械設(shè)備周轉(zhuǎn)速度太慢，工作面循環(huán)不開(kāi)，不利

10、于工期要求，同時(shí)增加成本。根據(jù)綜合比較，本標(biāo)段統(tǒng)一采取取土場(chǎng)燜料，在攤鋪碾壓施工過(guò)程中適當(dāng)灑水補(bǔ)充水分方式。 </p><p>　　3.2取土場(chǎng)燜料參數(shù)確定 </p><p>　　3.2.1燜料含水率 </p><p>　　為了保證施工過(guò)程中最佳含水量，考慮到運(yùn)輸過(guò)程中以及攤鋪過(guò)程中水分的損失，經(jīng)測(cè)算，運(yùn)輸過(guò)程中水分損失0.8%，施工攤鋪過(guò)程中損失1.5%，填料天然

11、含水1.19%，實(shí)際加水6.3%，燜土后含水率應(yīng)達(dá)到7.5%，能保證現(xiàn)場(chǎng)填筑施工含水率5.2%要求。 </p><p>　　3.2.2滲透系數(shù)及燜料時(shí)間： </p><p>　　經(jīng)查閱有關(guān)資料，各種土的滲透系數(shù)參考值見(jiàn)表1，本標(biāo)段土質(zhì)呈砂性，選定滲透系數(shù)為10-2cm/s，即：0.36m/h，考慮到施工過(guò)程的用料量較大和連續(xù)性，燜料時(shí)間定為24-48h。在20m×20m范圍橫向開(kāi)

12、挖寬2m深1.0m溝槽，間距4m，預(yù)計(jì)取土1200方，灌入水160噸，24h測(cè)得水分滲透深度溝底以下1.2m，48h測(cè)得水分滲透深度溝底以下1.9-2m，含水率情況是溝底接近10%，溝底以下1-2m接近7%，溝底以上小于6%，兩溝中間上部含水率最小。因此在實(shí)際燜料時(shí)，根據(jù)取土量大小，按48h滲透2m計(jì)算灌水量、并需要挖掘機(jī)對(duì)兩溝之間及表層1.5m進(jìn)行翻拌燜料以確保含水率均勻性，燜料后含水率控制在7.0-8%。 </p>&

13、lt;p>　　表1各種土的滲透系數(shù)參考值表 </p><p>　　3.3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果 </p><p>　　路基試驗(yàn)段采用取土場(chǎng)燜料增濕，現(xiàn)場(chǎng)攤鋪后及時(shí)測(cè)定含水量，通過(guò)適當(dāng)晾曬或噴水措施，填料在接近最優(yōu)含水率時(shí)進(jìn)行碾壓。表2為路基填筑試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果表。 </p><p>　　通過(guò)對(duì)表2數(shù)據(jù)分析，填料最優(yōu)含水率控制在5.0-5.4%，填料在取土場(chǎng)燜料增濕含水率至

14、7%-8%。最佳施工參數(shù)為：基床以下路堤虛鋪按35～40cm控制，基床底層虛鋪按≤35cm控制?；惨韵侣返碳盎驳讓犹钪?，碾壓遍數(shù)為8遍效果最佳，即靜壓1遍、強(qiáng)振3遍、弱振2遍、靜壓2遍。能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)［M］的要求，地基系數(shù)K30=110-142MPa≥110 MPa/m；孔隙率n(%)=18-29≤31；變形模量Ev2 =60-80≥45(Mpa)。 </p><p>　　表2 路基填筑試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果表 &l

15、t;/p><p>　　4、現(xiàn)場(chǎng)施工燜料及填筑工藝要點(diǎn) </p><p>　　4.1基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) </p><p>　　為節(jié)約用水、方便施工和控制水量，取土場(chǎng)燜料宜采用輸水管道。施工用水用水管輸送至取土場(chǎng)蓄水池，通過(guò)軟管將水從蓄水池引至取土場(chǎng)悶料坑內(nèi)。為計(jì)量用水量，除進(jìn)蓄水池的管口安裝水表外，還在引向悶料坑的軟管端頭加裝水表。 </p><p>&

16、lt;b>　　4.2取土場(chǎng)燜料 </b></p><p>　　先在取土場(chǎng)內(nèi)開(kāi)槽注水，然后用挖掘機(jī)拌和打堆，燜土1～2天。每方土增加約130kg水，并且需要挖掘機(jī)進(jìn)行翻拌燜料。為保證燜料時(shí)含水率的均勻性，在取土場(chǎng)設(shè)簡(jiǎn)易試驗(yàn)站，專門檢測(cè)含水率，并適時(shí)調(diào)整。要測(cè)定取土場(chǎng)土的天然含水率（包括不同時(shí)間、天氣、季節(jié)的天然含水率）以及在運(yùn)到工地和攤鋪后碾壓前的含水率，及時(shí)調(diào)整取土場(chǎng)燜料的方案。以最佳含水率為準(zhǔn)

17、，算出需要補(bǔ)充的水量，燜料時(shí)根據(jù)填方數(shù)量，預(yù)先計(jì)劃，利用水表控制好用水量。加水量Mw（kg）可按下式估算： </p><p>　　Mw =［ Ms / (1+ω)］×（ω0pt－ω） </p><p>　　Ms:填料的濕重（kg）； </p><p>　　ω、ω0pt:填料的天然含水率、最佳含水率。 </p><p>　　一般情況下

18、，土質(zhì)含水率略大于室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)法的最佳值（大1%～2%）是必要的。這樣在施工過(guò)程中可以補(bǔ)償蒸發(fā)的部分水分。 </p><p>　　4.3運(yùn)輸過(guò)程保水 </p><p>　　本標(biāo)段路基填料經(jīng)統(tǒng)一采用自卸車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。為了合理有效地控制填料的含水量，避免水分損失嚴(yán)重，同時(shí)根據(jù)環(huán)境保護(hù)相關(guān)要求，運(yùn)輸時(shí)采用油布對(duì)填料進(jìn)行覆蓋。填料運(yùn)輸?shù)教钪F(xiàn)場(chǎng)時(shí)再次檢測(cè)含水率，檢測(cè)情況及時(shí)反饋到試驗(yàn)站，及時(shí)調(diào)整

19、取土場(chǎng)悶料的方案。 </p><p>　　4.4填筑過(guò)程水量控制 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，填筑面積不宜過(guò)大，一般填筑范圍控制在200m以內(nèi)，因西北地區(qū)氣候干躁，夏季高溫，水分散失較快，大面積填筑時(shí)局部未及時(shí)碾壓造成含水量損失嚴(yán)重?zé)o法碾壓密實(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)于表面2～5cm水分損失嚴(yán)重的可適量灑水調(diào)整。補(bǔ)水設(shè)備采用噴霧式，確保灑水均勻，避免灑水不均造成路基局部反彈。如果出現(xiàn)填

20、料含水量偏大，則攤鋪后適當(dāng)晾曬后接近最優(yōu)含水率時(shí)進(jìn)行碾壓。 </p><p>　　4.5機(jī)械配置合理、作業(yè)工序緊密，減少水分散失： </p><p>　　根據(jù)卸料情況，滿足設(shè)備作業(yè)面要求后，按照填筑、平整、碾壓、檢測(cè)程序緊密跟進(jìn)，，做到流水作業(yè)，從而有效縮短作業(yè)時(shí)間。 </p><p><b>　　5、實(shí)施效果 </b></p>

21、<p>　　本標(biāo)段路基填方量大，施工時(shí)間短，僅用4個(gè)月時(shí)間就完成了800多萬(wàn)m3路基填筑施工任務(wù)。通過(guò)每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)填料水分的控制，特別是取土場(chǎng)燜料方法，既節(jié)約用水、方便施工，又能提高作業(yè)效率、確保施工質(zhì)量。施工過(guò)程試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示孔隙率n、地基系數(shù)K30、動(dòng)態(tài)變形模量Evd及Ev2等指標(biāo)合格率99%以上。我標(biāo)段的路基施工進(jìn)度和質(zhì)量在全線名列前茅，多次組織兄弟單位觀摩學(xué)習(xí)， </p><p><b&g

22、t;　　6、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　采用取土場(chǎng)燜料方法進(jìn)行補(bǔ)水非常適合蘭新鐵路第二雙線風(fēng)沙干旱環(huán)境戈壁土路基填筑施工，其施工工藝對(duì)類似工程具有較好的參考價(jià)值。雖然土的含水量對(duì)所能達(dá)到的密實(shí)度起著至關(guān)重要的作用，而土質(zhì)的變化也是施工中應(yīng)隨時(shí)注意的問(wèn)題，不同土質(zhì)的壓實(shí)性能差別較大。一般來(lái)說(shuō)，非黏性土的壓實(shí)效果較好，而且最佳含水率較小，最大干密度較大；而黏質(zhì)土、粉質(zhì)土的壓實(shí)效果就較差，最佳含水率

23、偏高，而最大干密度卻偏小。在施工現(xiàn)場(chǎng)管理中，要針對(duì)不同土場(chǎng)、不同土質(zhì)（甚至同一種土場(chǎng)、不同層位的土質(zhì)）測(cè)試人員應(yīng)經(jīng)常注意進(jìn)行土樣的試驗(yàn)，注意調(diào)整土料的最大干密度和最佳含水率，合理地調(diào)整施工機(jī)械之間的組合，確定相應(yīng)的碾壓遍數(shù)及松鋪厚度，這樣才能快速有效地達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的壓實(shí)效果。 </p><p><b>　　7、參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　?。?］［TZ2

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