極旱荒漠地區(qū)鐵路路基施工節(jié)水技術

王林俊

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概述

蘭新鐵路第二雙線甘青段LXS-17標位于我國河西走廊西端的甘肅省柳園地區(qū)，線路穿越安西極旱荒漠國家級自然保護區(qū)，沿線地貌為戈壁、荒灘，氣候干燥，風沙大，降雨量少，年均降水量45.7 mm，年蒸發(fā)量3 140.6 mm，沿線可利用的水資源極為匱乏，施工用水均需要遠運。標段線路全長104.679 km，其中，路基長99.3 km，占線路全長的95%。在高標準鐵路建設中如此大規(guī)模采用路基，在國內尚屬首次，在水資源極度匱乏的自然環(huán)境下，合理使用水資源是工程成敗的關鍵。

2 施工難點

（1）沿線可利用的水資源極度匱乏，大量施工用水均需要遠運，初步估算用水量約300萬m3。

（2）由于該地區(qū)日照時間長，蒸發(fā)量大，氣候干燥，路基填料的天然含水率極低，一般在1%～2%之間，而根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，填料的最佳含水率在7%～9%之間，為保證路基施工質量，路基地基處理及填料必須進行補水。

（3）全線可用做路基合格填料的取土場較少，且地處安西極旱荒漠國家級自然保護區(qū)，不得隨意取土。全線合格取土場共13處，平均運距7 km以上，最遠運距達15 km，由于取土場少且分布不均，則增加了運輸過程中路基填料含水率的蒸發(fā)損失。

（4）路基附屬圬工，施工及養(yǎng)護用水需求量大。在大風、干燥的環(huán)境下尚無合理的養(yǎng)護方式可借鑒。

3 主要研究內容及關鍵技術

（1）路基施工遠距離供水方式的研究，通過水車運水與輸水管路相結合的方式進行供水研究，確定合理的供水方式和沿線105 km輸水管路的鋪設方式。

（2）極旱荒漠區(qū)地基處理，施工節(jié)水技術研究，確定合理的補水和施工工藝。

（3）路基填料制備及運輸過程中的節(jié)水技術研究。

（4）路基本體填筑、碾壓過程中的補水方式研究。

（5）路基附屬工程養(yǎng)護方式的研究與應用。

4 路基補水強夯地基處理技術

4.1 強夯補水的必要性

由于西部干旱少雨，屬典型的大陸性氣候特征，獨特的氣候特征造成了其獨特的地質特點。高速鐵路對路基工后沉降要求不超過15 mm，過渡段沉降不超過5 mm，在此地區(qū)要保證長、大段落路基填筑施工質量，地基處理至關重要。設計中，約36 km采用了強夯的地基處理方式，但是由于此地區(qū)地表土的含水率很低，直接強夯容易出現(xiàn)越夯土越松散、夯錘打偏的現(xiàn)象，達不到地基處理的影響深度，因此，要保證強夯質量，必須對土壤淺層進行補水后再強夯。

4.2 淺層補水方案

如果采用地表補水，補水量大，且水的滲透路徑長，蒸發(fā)量大，強夯間歇時間長，后面工序不能展開。地表補水滲透路徑見圖1。

采用淺層打孔補水，在夯錘夯擊范圍處垂直打小孔，通過向小孔注水對土壤淺層補水，再強夯擠密，既節(jié)省了用水量，又縮短了滲透路徑，減小了蒸發(fā)量，同時強夯間歇時間也變短了，甚至可以不需要間歇，前面打孔注水，后面跟著強夯，平行流水作業(yè)，提高效率。打孔補水滲透路徑見圖2。

圖1 地表補水滲透路徑

圖2 打孔補水滲透路徑

通過多次在試夯場地范圍內取8 m深土樣測定含水率試驗，檢測結果表明，含水率隨深度變化在地面以下5 m范圍內比較明顯，含水率由地層表面約1%變化至5 m深處的5.3%，5 m以下含水率趨于穩(wěn)定在5.3%，見表1。

通過試驗檢測，土體達到最大干密度時對應的最優(yōu)含水率為6%，但考慮強夯的擊實功比標準擊實大得多，在強大的夯擊力下，土體達到最大干密度對應的最優(yōu)含水量比標準擊實最優(yōu)含水率小些。通過分析地表土層含水率隨深度變化關系得出，含水率隨深度變化在地面以下5 m范圍內比較明顯，含水率由地層表面約1%變化至5 m深處的5.3%，5 m以下含水率趨于穩(wěn)定在5.3%?？紤]到打深孔較困難，且孔內水有向下滲透的趨勢，并通過反復試驗，最終確定淺層補水深度為3.5 m。補水強夯見圖3。

表1 8 m深度范圍內含水率變化情況

圖3 補水強夯

補水強夯地基處理施工技術通過淺層打孔補水進行強夯，既縮短了水分滲透路徑，又減小了蒸發(fā)量，與一般的地表補水相比，不僅減少了大量施工用水，也大大地降低了運水成本。

5 路基填筑節(jié)水措施

5.1 供水方案

全線104.679 km，共發(fā)現(xiàn)11處出水量較大的水源地，選定合格取土場13個，路基基床表層以下填筑土方9 342 354 m3，填土方量大，但取土場填料天然含水率極低，約為0.7%～1%，通過試驗得出最優(yōu)含水率為5.5%～6.0%。根據(jù)路基填筑試驗段總結，考慮到水分在運輸、攤鋪過程中蒸發(fā)損耗，在取土場填料實際含水率需達到7%～8%，才能保證填料運至現(xiàn)場攤鋪時達到最優(yōu)含水率附近，加水量可按下式估算：

mw=ms×（wp-w）/（1+w）

式中：ms：填料的濕重（kg），1.73 kg/cm3；

w、wp：填料的天然含水率、最佳含水率。

估算每方土的加水量約108～125 kg，路基基床表層以下填筑總共需補水量為1 167 794 t。一方面，填料要補水如此大的水量；另一方面，取土場和水源地分布極不均勻，為此，本部制定出一套經(jīng)濟、可行的運水方案。

為解決路基施工用水，各工區(qū)根據(jù)水源分布情況采取不同的供水方案。本公司堅持“利用既有水源為主，打井、開挖取水為輔”的方法，通過與地方礦廠簽訂用水協(xié)議、打井、挖水坑等途徑尋找盡可能多的水源，并通過架設輸水管道、修建儲水池、安裝增壓泵、再配合灑水車運輸?shù)姆绞竭M行供水，大大降低了運水成本。

一工區(qū)（DK1015+000～DK1045+000）水源地分布情況：DK1 022+400、DK1024+500、DK1 028+500、DK1036+600、DK1039+100，這5處水源均是通過實地調查開挖發(fā)現(xiàn)的，采用在水源地用灑水車抽水，然后運輸至附近取土場悶料。

二、三工區(qū)（DK1045+000～DK1119+679））水源地分布情況：DK1046+000、DK1058+100、DK1066+000、DK1070+000、DK1107+100、DK1111+500，其中，DK1058+100、DK1066+000、DK1070+000三處水源為自打井，DK1046+000、DK1107+100、DK1111+500 三處水源是與地方礦廠簽訂過用水協(xié)議的，采用架設輸水管道、修建蓄水池的方法將水源地的水通過管道輸進蓄水池里。然后用水車裝運至就進取土場進行悶料。

輸水管線：沿線路便道順地形鋪設準10 cm的鐵管或塑料水管，考慮到地面落差及距離較遠，每隔5 km設增壓泵1臺。鋪設水路的工區(qū)設置專門的水路管理工班，負責對本工區(qū)內的水路進行每日檢查以及對抽水泵、發(fā)電機、增壓泵等設備的檢修維護。輸水管架設見圖4。

修建蓄水池：沿便道右側每2 km設一個蓄水池，蓄水池尺寸為10 m×5 m×4 m，底部用C15混凝土硬化15 cm，側壁用120 mm磚墻砌筑到頂，內壁抹2 cm厚砂漿封閉，再用塑料布對底面及側壁進行全封閉，每池可儲水200 m3，頂部用塑料布封蓋，防止水分蒸發(fā)。蓄水池設置見圖5。5

圖4 架設輸水管路

圖5 蓄水池

.2 取土場挖槽悶料法對填料增濕

在取土場采用挖槽悶料法進行填料增濕。通過估算出每方土的加水量和計劃取土數(shù)量，估算出總共補水量，挖掘機挖出若干道平行溝槽，溝槽間距3～4 m，槽寬大約1.5 m，深度約2 m，在灑水車后接塑料管向所有槽中注水。塑料水管一端伸進挖好的溝槽，一端連至灑水車能停放的場地。通過現(xiàn)場多次試驗得出，取土場內悶料時間達到24 h，填料含水率就能達到7%～8%，此時可停止注水。取土場的挖槽悶料見圖6、圖7。

圖6 取土場正在悶料

圖7 取土場悶料完畢

5.3 減少填料拉運過程中水分損失

為減少填料在拉運過程中水分的散失，一方面在取土場悶料時適當增大補水量，另一方面取土場填料補水時間盡量選擇在一天中低溫時段進行，另外，裝運悶好的填料時必須保證挖掘機和自卸車的數(shù)量，盡量避免因機械設備不足造成填料水分的散失。

5.4 優(yōu)化各工序的銜接，減少推平碾壓過程中水分的損失

路基填筑施工嚴格按照“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工工藝進行，為了保證填筑的施工質量，減少填料水分的散失，必須合理組織各工序的銜接，保證工作面（150～200 m）有足夠的設備，并且挑選熟練的司機操作挖掘機、壓路機、平地機、推土機等。填料運到現(xiàn)場后，推土機和平地機迅速進行攤鋪，達到試驗確定的攤鋪厚度后，立即檢測現(xiàn)場填料的含水率，根據(jù)檢測結果，再用灑水車適當進行補水，然后用壓路機碾壓，碾壓完畢立即檢測壓實度指標，合格后填筑下一層。

6 路基邊坡防護漿砌片石“一布一膜滴灌”節(jié)水養(yǎng)護法

6.1 養(yǎng)護流程

邊坡防護工程以砌體及勾縫為主，選擇合理的養(yǎng)護工藝是節(jié)水的重要保證，經(jīng)過實踐研究，養(yǎng)護工藝流程見圖8。

圖8 養(yǎng)護流程圖

6.2 漿砌砂漿節(jié)水養(yǎng)護方法及措施

6.2.1 養(yǎng)護材料的選擇

塑料布宜選用相對較厚的，可重復利用多次等性質的塑料布；土工布宜選用蓄水能力強，達300 g/m2的無紡土工布；儲水罐選用可移動的塑料或鐵皮桶，儲水量不少于1 m3。一布一膜滴灌見圖9和圖10。

圖9 一布一膜及儲水桶布設

圖10 一布一膜及儲水桶布設

6.2.2 養(yǎng)護時機選擇

漿砌過程中砂漿在初凝前應采用土工布邊砌蓋，做到漿砌與養(yǎng)護同步，防止砂漿中的水分散失以免造成砂漿假凝；砂漿初凝后采用土工布加塑料布“一布一膜滴灌”養(yǎng)護。

6.2.3 塑料布覆蓋

注意四周邊角一定壓實，防止密封不嚴進風或被大風卷起失去保水作用。

6.2.4 塑料引水管安設

塑料管和儲水罐可通過控制水量大小的閥門連接；埋入土工布式的塑料管可均勻打孔。見圖10引水管安設。

6.3 勾縫節(jié)水

漿砌砂漿養(yǎng)護3天后進行勾縫，選擇此時機勾縫是因為砌體砂漿強度已達到70%，能夠承受施工臨時荷載，不會被破壞。勾縫后立即采用“一布一膜”滴灌養(yǎng)生。此時，砌體砂漿與勾縫砂漿同時養(yǎng)生，達到節(jié)水目的。若勾縫不及時進行養(yǎng)生，砂漿失水嚴重，間接導致養(yǎng)護用水加大。

7 總結

（1）通過輸水管線及蓄水池的布置，有效地解決了極旱荒漠地區(qū)水資源匱乏的難題，從而使水資源能夠在第一時間內運送到施工現(xiàn)場。

（2）通過淺層補水的強夯地基處理技術，縮短了水分滲透路徑，從而減小了水分的蒸發(fā)量，大大地降低了施工用水成本。

（3）通過取土場挖槽悶料，有效解決了戈壁填料天然含水率低的特點，減少了填料制備過程中的需水量。

（4）通過路基填筑工序銜接的優(yōu)化，減少了填料水分的散失，提高了路基施工的進度，確保了路基施工的質量。

（5）通過漿砌片石“一布一膜滴灌”養(yǎng)生法，保證了漿砌片石質量，同時節(jié)約了施工用水。

通過對極旱荒漠地區(qū)鐵路路基施工節(jié)水技術研究，在極旱荒漠戈壁地區(qū)水資源匱乏的前提下，滿足路基施工質量和進度的同時節(jié)約了水資源，降低了施工成本，為今后同類型施工提供借鑒。