鄔皚銘 白永江 陳 浩

中國(guó)化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司 四川成都 610100

在阿聯(lián)酋及諸多中東沙漠地區(qū)國(guó)家中，風(fēng)積沙存量大、易獲取。但風(fēng)積沙具有明顯的非塑性，其顆粒屬于細(xì)沙[1]，沙粒組成為天然不良級(jí)配，難以使用常規(guī)壓實(shí)方法壓實(shí)到規(guī)范要求的壓實(shí)度。風(fēng)積沙的壓實(shí)技術(shù)在修筑沙漠地區(qū)公路中十分重要，提高風(fēng)積沙路基壓實(shí)效率，利用好級(jí)配極差、無(wú)粘結(jié)性、成型困難的風(fēng)積沙，滿足當(dāng)?shù)芈坊鶋簩?shí)度要求，對(duì)于我國(guó)施工企業(yè)在中東地區(qū)道路施工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出具有重要意義。

中國(guó)化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱七化建）結(jié)合國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在阿聯(lián)酋承建的道路施工中通過(guò)大量的試驗(yàn)段，總結(jié)了完備的沙漠地區(qū)路基壓實(shí)施工技術(shù)，突破受環(huán)境影響和地質(zhì)條件限制的局限性，降低了工程成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 沙漠地區(qū)路基壓實(shí)技術(shù)工藝原理

通過(guò)對(duì)沙漠地區(qū)道路所在地及周邊環(huán)境調(diào)查，分析沙漠路基施工所需水土資源的可利用程度，進(jìn)而選定施工所需水、土等材料，盡可能避免換填、拌合等工序，降低項(xiàng)目成本。通過(guò)實(shí)驗(yàn)解析沙漠路基在不同含水率下與最大干密度的關(guān)系，總結(jié)規(guī)律，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，在不同施工路段選擇不同的路基壓實(shí)施工方法進(jìn)行試驗(yàn)；通過(guò)試驗(yàn)段施工，找出快速達(dá)到壓實(shí)度要求的最佳人材機(jī)組合，確定施工人材機(jī)配置；最終采用補(bǔ)水等方式增加沙顆粒之間的粘聚力，通過(guò)常規(guī)壓實(shí)機(jī)械利用振動(dòng)碾壓、沖擊等外力壓實(shí)手段克服風(fēng)積沙顆粒間的內(nèi)摩擦力，將空氣擠出使風(fēng)積沙顆粒間相互位移靠攏從而提高密度[2]，達(dá)到增強(qiáng)風(fēng)積沙路基抵抗外部荷載的能力。

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

沙漠地區(qū)路基壓實(shí)施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 沙漠地區(qū)道路路基壓實(shí)施工工藝流程

2.1 調(diào)查、分析施工環(huán)境

（1）制定調(diào)查工作計(jì)劃：調(diào)查計(jì)劃的制定可依據(jù)國(guó)內(nèi)和國(guó)際有關(guān)規(guī)范，也可根據(jù)項(xiàng)目需求自行擬定。調(diào)查要點(diǎn)包括但不限于場(chǎng)地使用情況、地質(zhì)條件、氣候、氣象、河流水文、地下水、地下設(shè)施、管線分布等。

（2）按計(jì)劃開(kāi)展調(diào)查：調(diào)查可采用場(chǎng)地資料收集與分析、現(xiàn)場(chǎng)勘查和人員訪談等方式相結(jié)合，分析相關(guān)資料，提出重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域及重點(diǎn)關(guān)注的水土資源可用性。

（3）調(diào)查結(jié)果應(yīng)用：對(duì)收集到的信息進(jìn)行整理和分析，選擇項(xiàng)目可用的水土等資源，擬定最佳的取用位置，為項(xiàng)目后續(xù)資源取用許可辦理、人機(jī)資源計(jì)劃編制和現(xiàn)場(chǎng)施工組織等工作開(kāi)展做好充分準(zhǔn)備。

2.2 確定施工方法

采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)或振動(dòng)臺(tái)法試驗(yàn)對(duì)風(fēng)積沙最大干密度進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)所得數(shù)據(jù)解析沙漠路基在不同含水率下與最大干密度的關(guān)系，總結(jié)規(guī)律，確定施工方法[3]。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)確定最佳含水率和最大干密度

阿聯(lián)酋沙漠地區(qū)風(fēng)積沙粒徑主要分布在0.5～0.05mm 之間，屬于特細(xì)砂，可采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)法兩種試驗(yàn)方法確定風(fēng)積沙最大干密度，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖2 和3。

圖2 輕型擊實(shí)試驗(yàn)含水率與最大干密度的關(guān)系

由圖2 可見(jiàn)，試驗(yàn)測(cè)試曲線呈水平S 曲線，其壓實(shí)特性具體表現(xiàn)為，在擊實(shí)時(shí)風(fēng)積沙的干密度隨含水率變化，分別在含水率為0 和8.7%左右處出現(xiàn)兩個(gè)干密度峰值。此時(shí)，所得到的壓實(shí)后的風(fēng)積沙干密度值最大，即壓實(shí)度最為符合要求。

由圖3 可知，振動(dòng)臺(tái)法試驗(yàn)測(cè)試曲線亦為水平S 曲線，最大干密度分別在含水率為0 時(shí)及最佳含水率8.2%時(shí)達(dá)到峰值。此時(shí)，得到的壓實(shí)后風(fēng)積沙干密度值最大，即壓實(shí)度最為符合要求。

圖3 振動(dòng)臺(tái)法試驗(yàn)含水率與最大干密度的關(guān)系

通過(guò)對(duì)兩種試驗(yàn)測(cè)試曲線進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)不論在含水率為0 或最佳含水率處，振動(dòng)臺(tái)法所得最大干密度均優(yōu)于擊實(shí)法。據(jù)此，風(fēng)積沙作為填料的路基壓實(shí)采用干振法及飽和水振動(dòng)法兩種較為適宜[4]。

2.2.2 施工方法的選擇

（1）干振法：在缺乏水、電資源的條件下，適宜選用干振法。對(duì)于風(fēng)積沙、細(xì)粒砂在天然含水率狀態(tài)下壓實(shí)的施工，通過(guò)此方法可確保風(fēng)積沙路基在干燥條件下通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)后達(dá)到最大干密度，滿足沙漠路基壓實(shí)質(zhì)量控制的要求。

（2）飽和水振動(dòng)法：在水、土資源易于獲取的條件下，適宜選用飽和水振動(dòng)法方法。沙漠地區(qū)由于氣候炎熱，水分蒸發(fā)量大。而含水率的大小，對(duì)壓實(shí)效果起著至關(guān)重要的作用，為此，在碾壓之前要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)積沙填料含水率的情況補(bǔ)灑水，根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，需將填料碾壓時(shí)的含水率控制在最佳含水率+2%左右[5]，補(bǔ)水量可按式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：m——所需補(bǔ)水量，kg；

ω0——填料原來(lái)的含水率（以小數(shù)計(jì)）；

ω——填料的壓實(shí)最佳含水率（以小數(shù)計(jì)）；

Q——需要補(bǔ)水的填料的質(zhì)量，kg。

2.3 試驗(yàn)段施工

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以500m 為單位設(shè)置了試驗(yàn)段，采用單鋼輪和雙鋼輪兩類壓路機(jī)、180 馬力平地機(jī)、12t 和19t 輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)等主要機(jī)具進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)中將同一重級(jí)的機(jī)械分為一組，在壓實(shí)過(guò)程中將碾壓區(qū)域分為0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm 四個(gè)斷面，分別在碾壓2、4、6 遍時(shí)對(duì)距路基中線5m、10m 和距邊線1m 的位置取樣，并進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)。試驗(yàn)采用普通環(huán)刀法取樣，按照項(xiàng)目所用英標(biāo)BS 1377: Part 9:1990:ClS2.2進(jìn)行檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，180 馬力平地機(jī)、單鋼輪壓路機(jī)和12t 輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)一組在碾壓厚度為0～30cm 時(shí)，碾壓6遍都具有較好的分層碾壓效果。但隨著碾壓深度逐漸增至35cm 時(shí)，需使用雙鋼輪壓路機(jī)和19t 輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)一組進(jìn)行的分層碾壓，才能得到較好的壓實(shí)效果。據(jù)此，項(xiàng)目本著經(jīng)濟(jì)、高效和滿足質(zhì)量要求的原則，選擇180馬力平地機(jī)、單鋼輪壓路機(jī)和12t 輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)作為最終壓實(shí)機(jī)具組合。

2.4 確定人材機(jī)配置

在道路路基壓實(shí)施工過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備的選型和組合對(duì)施工工效和質(zhì)量影響非常大[6]。因此在路基正式施工前，需針對(duì)性解決機(jī)械的配備、選型等問(wèn)題，初步確定2—3 個(gè)經(jīng)濟(jì)、適用的通用機(jī)械備選方案。

在300～500m 試驗(yàn)段中,通過(guò)控制壓實(shí)機(jī)械組合、壓實(shí)厚度、壓實(shí)遍數(shù)等變量進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，解析各變量試驗(yàn)中得到的的相關(guān)施工參數(shù)，確定出合適的壓實(shí)機(jī)械設(shè)備組合，用于指導(dǎo)項(xiàng)目整體路段施工及其他類似沙漠地區(qū)風(fēng)積沙路基的施工。項(xiàng)目所需材料采用就地或就近的方式獲取，因此可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)配，人員數(shù)量則根據(jù)機(jī)具情況進(jìn)行配置。

2.5 原基底壓實(shí)

（1）原基底壓實(shí)前，需對(duì)路基施工范圍地表進(jìn)行清理，對(duì)地面及地下設(shè)施或障礙物進(jìn)行拆遷、改移或加固保護(hù)。碾壓前應(yīng)取原狀填料現(xiàn)場(chǎng)測(cè)含水率，計(jì)算補(bǔ)灑水的量；灑水前用平地機(jī)耙松原地面，使水能充分、均勻地滲透到規(guī)范或圖紙要求處理的深度范圍。

（2）當(dāng)水充分滲透后，使用平地機(jī)整平表面。挖方路段需先進(jìn)行挖方處理，使其路面標(biāo)高高于設(shè)計(jì)路床5cm，再利用平地機(jī)找平標(biāo)高。

（3）采用單鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)時(shí)，碾壓開(kāi)始速度應(yīng)控制在3km／h 以內(nèi)；遵循先慢后快、先強(qiáng)后弱的原則，先慢速?gòu)?qiáng)振碾壓4 遍，后快速弱振碾壓2 遍，壓實(shí)遍數(shù)應(yīng)控制在6 遍以上。輪跡重疊寬度大于1／3，輪跡布滿整個(gè)作業(yè)面為一遍。

（4）利用膠輪壓路機(jī)靜壓3 遍進(jìn)行封面處理，使其表面消除輪跡，達(dá)到保持水分的目的。

2.6 分層回填壓實(shí)

（1）使用純風(fēng)積沙填筑路堤，各層填料中不能夾雜粘土、樹(shù)根及其他雜質(zhì)[5]。

（2）先按照路基寬度及松鋪厚度最大要求上料并用平地機(jī)攤平，依據(jù)計(jì)算出的補(bǔ)水量提前進(jìn)行補(bǔ)水，使填料含水率略大于最佳含水率。

（3）使用推土機(jī)沿橫向和縱向各碾壓一遍后，使用平地機(jī)再次整平；然后采用12t 振動(dòng)壓路機(jī)先強(qiáng)振4 遍，再弱振2 遍；最后用膠輪壓路機(jī)封面，其他要求和路床的壓實(shí)方法相同。

2.7 質(zhì)量檢測(cè)

壓實(shí)度應(yīng)逐層檢驗(yàn)，確保每一層填料壓實(shí)度均滿足要求。檢驗(yàn)頻率、取樣檢測(cè)點(diǎn)數(shù)、分布均應(yīng)符合項(xiàng)目規(guī)范及圖紙要求，必要時(shí)可根據(jù)需要增加檢驗(yàn)點(diǎn)。

3 人材機(jī)配置

采用飽和水振動(dòng)法進(jìn)行路基壓實(shí)施工，所需材料可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)配。人機(jī)配備可參考500m 試驗(yàn)段所使用的儀器、設(shè)備配備(表1)和人員配備(表2)。根據(jù)項(xiàng)目工期要求及現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)面情況，安排單組或多組作業(yè)隊(duì)伍，每組作業(yè)隊(duì)伍按表中數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)配置。

表1 主要儀器、設(shè)備配備表

4 質(zhì)量控制

（1）風(fēng)積沙、施工用水及壓實(shí)后壓實(shí)度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行項(xiàng)目合同約定及圖紙要求的規(guī)范；

（2）碾壓按試驗(yàn)段工藝要求、設(shè)備組合、碾壓遍數(shù)嚴(yán)格控制；

（3）碾壓過(guò)程中適時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度，達(dá)不到壓實(shí)度要求的要及時(shí)補(bǔ)水、補(bǔ)壓；

（4）沙漠地區(qū)環(huán)境惡劣，全站儀、水準(zhǔn)儀等在計(jì)量檢定周期內(nèi)，至少每30d 進(jìn)行一次使用前誤差檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)校正。

（5）為保證路基質(zhì)量，路基頂層驗(yàn)收合格后應(yīng)立即進(jìn)行上一層施工。

5 效益分析

（1）本技術(shù)使用道路施工通用設(shè)備，避免了使用各類專用壓實(shí)設(shè)備，保證壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，降低了工程成本。

（2）本技術(shù)可根據(jù)工程所在環(huán)境精準(zhǔn)定位，選擇合適的壓實(shí)方法。在保證壓實(shí)度要求的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有環(huán)境下的水土資源，規(guī)避換填等方式造成的成本增加，減少施工過(guò)程中的揚(yáng)塵污染，提高施工效率、縮短施工工期。

（3）本技術(shù)突破地質(zhì)條件限制和環(huán)境影響的局限性，充分利用風(fēng)積沙材料，降低了工程成本，工藝先進(jìn)，效果良好。

6 結(jié)論

通過(guò)七化建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在中東迪拜地區(qū)多個(gè)項(xiàng)目的大量實(shí)驗(yàn)和多項(xiàng)工程上的實(shí)際運(yùn)用，總結(jié)出了適用于沙漠地區(qū)道路路基壓實(shí)的施工技術(shù)，形成了完備的工藝操作流程。對(duì)沙漠地區(qū)道路路基壓實(shí)施工方法、人材機(jī)配置的選取和質(zhì)量控制提出了指導(dǎo)意見(jiàn)，有助于施工企業(yè)在沙漠地區(qū)道路路基壓實(shí)施工中進(jìn)一步推廣。