劉光偉

（佳縣水利局 陜西 佳縣 719000）

1 工程概況

新定渠改擴建工程擴建3 k m，改建18 k m。改建工程主要做加固和防滲處理；擴建工程中有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)計斷面：底寬1.5 m，頂寬4.5 m，高2 m，1:1邊坡。設(shè)計壓實度≥90%。地形為波狀沙丘、沙壟等組成的波狀沙丘，相對高差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

通過對施工現(xiàn)場風(fēng)積沙取樣進行室內(nèi)試驗和實地試驗段驗證，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，起沙風(fēng)速很小，易被風(fēng)蝕而流動。通過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，無粘性、內(nèi)聚力小，非常松散，壓實困難，但水穩(wěn)性好。

2.2 擊實特性

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，它表明沙顆粒當含水量很小時引力小可以忽略不計，主要受摩阻力控制。擊實試驗時，沙層受到一定振動力的作用，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，此時由于力是以振動波為主要形式傳遞將使顆粒產(chǎn)生跳躍位移，上述位移運動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。當含水量接近飽和時沙層將存在受重力影響的大量自由水，此時擊實時除了振動本身產(chǎn)生顆粒位移外，水也將會沿著空隙向外排出，并將對沙顆粒也產(chǎn)生一個作用力使其位移，這樣綜合作用的結(jié)果將使沙層密實度有較大提高。

2.3 壓縮特性

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

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

3 風(fēng)積沙的施工技術(shù)

3.1 施工準備

（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，取沙量較大時可適當加寬，但不宜超過40 m。取土坑深度在1 m以內(nèi)時可將邊坡延伸至取土坑底，當取土坑深度大于1 m時應(yīng)在沿線坡腳與取土坑之間設(shè)置寬度不小于3 m的護坡道，護坡道應(yīng)平整壓實，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，相對密度試驗，沙的強度試驗（C B R值），有機質(zhì)含量及易溶鹽試驗，風(fēng)積沙干振、飽和水下的最大干密度試驗等。施工中如發(fā)現(xiàn)沙顆粒粒徑、級配有變化應(yīng)及時補做上述全部試驗。

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

（4）測量放樣。開工前準確放出填方馬道坡腳線和挖方開挖邊線，確保工程按設(shè)計要求準確施工。

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法。干振法適用于沙層厚，水源少的大面積填方；飽水振動法則適用于水源充足的填方和建筑物的臺背小范圍填筑。

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→調(diào)平整形→精平→振動碾壓。挖方段施工前，進行準確施工放樣，以樁子表明輪廓，合理作好截水溝，排水設(shè)施。風(fēng)積沙的開挖應(yīng)自上而下進行，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行下部開挖，其邊坡按設(shè)計及有關(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，以整個斷面寬度和深度，從一端或兩端逐漸向前開挖；后者為較長的挖方段，先沿縱向選擇一個或幾個適宜處，將較薄一側(cè)塹壁挖穿，分成數(shù)段開挖。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→振動碾壓。填筑寬度每側(cè)應(yīng)寬出設(shè)計寬度50 c m。

填方施工前原地面處理：填筑范圍的有機土、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)壓實度達到規(guī)定的要求后方可進行填筑施工，填料中不得夾雜粘性土、植物、樹根等雜物，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)計斷面分層填筑，分層壓實。分層的最大松鋪厚度必須根據(jù)壓實機械的類型來定，如采用10 t～20 t鉸接式前后輪驅(qū)動的自行式振動壓路機分層碾壓時，最大松鋪厚度在干旱流動狀態(tài)時不得超過50 c m；在潮濕或雨后狀態(tài)時不得超過30 c m；若采用140驅(qū)103 k W以上的推土機分層碾壓時最大松鋪厚度不得超過30 c m。

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

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

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

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

（2）飽水振動法填方施工

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

重點介紹圍堰、放水、壓實的施工工藝。①圍堰。根據(jù)縱橫坡情況分段、分塊設(shè)置，一般以30 m，長、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。普通段的碾壓遍數(shù)和方法同干振法相同，不同的是對于構(gòu)筑物的臺背回填，可用小型夯實機具進行壓實，也可用混凝土振動棒進行振動夯實，振動棒周圍不再下沉?xí)r可認為密實。

3.3 壓實度檢測

采用環(huán)刀法檢測壓實層干密度，環(huán)刀中部應(yīng)位于壓實層厚的1/2深度。計算壓實度是否合格，若不合格補壓至合格為止。

3.4 邊坡整修

沙土馬道填筑完成后，內(nèi)邊坡按設(shè)計邊坡用機械或人工修整。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

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

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

（3）通過施工后對該工程的觀察，未發(fā)現(xiàn)明顯病害。充分說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

通過對風(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械組合，使用干壓法或飽水振動碾壓法，在實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)積沙填料難以壓實的問題。陜西水利