干旱戈壁地區(qū)高速公路路基施工節(jié)水技術(shù)研究

文／陳威 中鐵十七局集團第二工程有限公司 陜西西安 710038

引言：

京新高速WYTJ-02標(biāo)段地處新疆哈密地區(qū)，線路起止里程SK80+000～SK127+000、SK127+000～SK143+000、XK127+000～XK143+000，本標(biāo)段全長79Km,路基所占比例較大。沿線基本為戈壁荒漠區(qū)，冬季寒冷，夏季炎熱，降水量少，蒸發(fā)量大，年降水量39.1mm，年蒸發(fā)量2260 mm,蒸發(fā)量大，地下水資源嚴(yán)重匱乏。路基填筑工程量比例較大，需要大量施工用水，在干旱戈壁地區(qū)，水資源匱乏，如何能在保證路基填筑質(zhì)量的前提下既節(jié)約用水，完高效率地完成路基填筑任務(wù)是工程技術(shù)人員需要攻克的難題。

1、工程概況及特點

1.1 工程概況

京新高速WYTJ-2標(biāo)線路總長79km，主要工程量：區(qū)間路基土石方349.4萬m3；互通路基土石方46萬m3；服務(wù)區(qū)路基土石方16.2萬m3，累計土石方411.6萬m3；立體交叉橋290.48延米/4座；中橋306.16延米/5座；小橋1389延米/60座；暗涵383延米/22座；明涵1691.61延米/128座；圓管涵34延米/2座；項目地處新疆維吾爾自治區(qū)哈密市伊吾縣下馬崖鄉(xiāng)，主要地理形式為戈壁與荒灘。該地區(qū)常年風(fēng)沙肆虐，最大風(fēng)速達(dá)到每秒20米，常年刮風(fēng)，日照時間長，冬季寒冷，夏季炎熱，空氣干燥，晝夜溫差大，冰凍期長，降雨量小，蒸發(fā)量大，極端最高氣溫43.5℃，極端最低氣溫-33.9℃；年平均氣溫3.6℃；年均降水量39.1mm，年蒸發(fā)量2800mm，長年干燥少雨。

1.2 主要工程特點

線路長，路基填筑用水量大，京新高速WYTJ-2標(biāo)線路總長79km，區(qū)間路基土石方349.4萬m3；互通路基土石方46萬m3；服務(wù)區(qū)路基土石方16.2萬m3，累計土石方411.6萬m3；路基長74.9km，所占比例高達(dá)94.8%。線路途經(jīng)地區(qū)地貌以戈壁為主，且大風(fēng)天氣頻繁、氣候干燥，在該地區(qū)填筑如此長大段落路基，保證合格的質(zhì)量和節(jié)約水源是關(guān)鍵。

1.3 主要創(chuàng)新點

干旱戈壁地區(qū)氣候干燥，風(fēng)沙大，年均降水量小，蒸發(fā)量大，地下水資源極為匱乏，路基填料用水量巨大，采用自建水井加長距離供水管供水以及土場悶料施工技術(shù)，能夠在保證填筑質(zhì)量的前提下，大幅度降低施工成本[1]。

2、總體研究思路及研究的具體內(nèi)容

為解決路基施工用水，根據(jù)水源分布情況和填筑土方數(shù)量多少采取不同的供水方案，以“利用既有水源為主，打井、遠(yuǎn)距離輸水管為輔”的方法，并通過架設(shè)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。

2.1 水車遠(yuǎn)距離運水

通過初步計算全線用水量在44萬立方左右，根據(jù)總工期要求，施工高峰期集中在5月至8月之間，在施工期間很難保證用水的供給。若均在水源地僅靠水車?yán)?，至少需?0多臺水車同時作業(yè)，這種方法不僅影響工期而且成本非常高。

2.2 打井取水

項目部進場后，聯(lián)系哈密地區(qū)水文地質(zhì)隊，縣水利局，結(jié)合現(xiàn)場實際，尋找植被生長茂盛的地段進行電測巡井，電測數(shù)據(jù)顯示，SK132+767.5處水井水量較為充沛，能夠滿足附件施工所需用水要求。且距離拌合站、梁場及項目駐地等場站較近，綜合測算后，相比水車遠(yuǎn)距離運輸，埋設(shè)輸水管道可大幅度節(jié)約成本。

2.3 遠(yuǎn)距離輸水管供水

采用自建水井，并架設(shè)輸水管道、修建蓄水池的方法供水，主要做好以下兩點，一是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近段落地基處理前補水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點處按照2km設(shè)置一處三通接頭及閘閥軟管，可直接抽水至水車內(nèi)，節(jié)約運距。

2.4 取土場挖槽悶料法

由于此地區(qū)路基填料天然含水率極低，攤鋪時土中的水分極易蒸發(fā)，壓實很困難，所以要保證路基壓實質(zhì)量，必須對填料進行補水。

若采取傳統(tǒng)辦法，在填料攤鋪后用灑水車補水增濕的辦法，由于填料天然含水率與最優(yōu)含水率相差較大，灑水車大量灑水對填料增濕，容易造成填料補水不均勻，壓實時容易出現(xiàn)鼓包、翻漿的現(xiàn)象；且由于水分向下滲透，容易對已壓實好的填筑層浸泡；灑水后填料亮?xí)駮r間長，大量水分散失掉，需要反復(fù)補充水分，造成平地機、壓路機等設(shè)備等待時間長，設(shè)備利用率低。

實際施工中我們經(jīng)過試驗總結(jié)，采用取土場挖槽悶料法對填料進行增濕，在不同時間段或不同運距情況下運至現(xiàn)場攤鋪完后水分散失情況得出在取土場悶料時最佳含水率，才能保證碾壓時填料含水率在最優(yōu)含水率附近，效果顯著[2]。

3、主要研究的內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

干旱戈壁地區(qū)水資源極其匱乏，針對用水難確定供水方案和節(jié)水技術(shù)。經(jīng)過總體方案研究后，確定不同區(qū)段采用與之相對應(yīng)的最有效的供水方案，在施工過程中采用節(jié)水增效技術(shù)，“利用既有水源為主，打井、遠(yuǎn)距離輸水管為輔”的方法，并通過架設(shè)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，在滿足施工質(zhì)量的前提下即保證了用水的供給完合理的利用水資源。

3.1 供水技術(shù)

經(jīng)過綜合節(jié)水技術(shù)比較，結(jié)合水源地的分布情況，充分利用SK85+000、SK102+000紅淖三鐵路生活水井，與廣匯公路協(xié)商使用其設(shè)于SK106+000處的補給水源井，經(jīng)綜合測算，確定在SK80+000至SK110+000段采用在水源地用灑水車抽水然后運輸至附近段落進行地基處理前補水或取土場悶料增濕方案。SK110+000至SK143+000段未發(fā)現(xiàn)水源地，且施工管段較長，綜合測算后采取在SK132+767.5處自建水井，并架設(shè)輸水管道、修建蓄水池的方法，一是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近段落地基處理前補水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點處按照2km設(shè)置一處三通接頭及閘閥軟管，可直接抽水至水車內(nèi)。綜合考慮不同施工段落采用最經(jīng)濟實用的供水方案。

3.2 節(jié)水增效技術(shù)

由于干旱戈壁地區(qū)特殊的自然環(huán)境和地理位置，路基施工用水的特點和難點主要體現(xiàn)在：

⑴長、大段落路基填筑需水量大，但此地區(qū)可利用的水資源極其有限，因此，一方面要對既有水資源充分合理利用，另外，要適當(dāng)尋找一些新水源，由于水資源來之不易，節(jié)水顯得尤為重要。

⑵由于地表土層天然含水率極低，路基地基處理前必須進行地表淺層補水。

⑶戈壁地區(qū)風(fēng)沙大、日照時間長，造成路基填料水分散失較快，對填料的制備、運輸、攤鋪、碾壓各工序的控制及各工序之間的銜接提出了更高要求。

3.2.1 水源調(diào)查及方案選擇

由于本標(biāo)段地處戈壁干旱地區(qū)，水資源極度匱乏，但是標(biāo)段路基填筑方量大，需要大量施工用水，所以在大規(guī)模路基施工前，解決充足的水源是關(guān)鍵，通過前期項目部組織人員多途徑、尋找水源，終于在SK85+000、SK102+000紅淖三鐵路附近找到2處可以利用的生活水井，完在SK106+000處與廣匯公路運輸管理單位簽訂用水協(xié)議，確定SK80+000至SK110+000段采用在水源地用灑水車抽水然后運輸至附近段落進行地基處理前補水或取土場悶料增濕方案。但SK110+000至SK143+000段未發(fā)現(xiàn)水源地，且施工管段較長，土方比重大，若按照設(shè)計前往伊吾縣大白楊河取水，僅運距就達(dá)到驚人的51公里，成本奇高。為順利解決這一難題，項目進場初期就制定了相關(guān)方案，具體是采取在SK132+767.5處自建水井，并架設(shè)輸水管道、修建蓄水池的方法，一是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近段落地基處理前補水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點處按照2km設(shè)置一處三通接頭及閘閥軟管，可直接抽水至水車內(nèi)。綜合考慮不同施工段落采用最經(jīng)濟實用的供水方案。（表1）

表1

3.2.2 悶料節(jié)水措施

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗原理，路基填筑若需要達(dá)到一定的壓實度，除填料的級配滿足設(shè)計要求，含水率必須控制在最優(yōu)含水率附近，由于項目所處地區(qū)路基填料天然含水率極低，攤鋪時土中的水分極易蒸發(fā)，壓實難度很大，為了更好的保證路基壓實質(zhì)量，對填料進行補水顯得尤為重要。

若采取傳統(tǒng)辦法，在填料攤鋪后采用灑水車增濕補水的辦法，由于填料天然含水率與最優(yōu)含水率之間的差值較大，灑水車密集大量灑水對填料增濕，極易造成填料補水不均勻，碾壓期間容易出現(xiàn)鼓包、翻漿的現(xiàn)象；且由于水分向下滲透，對已壓實好的填筑層進行浸泡；灑水后填料晾曬時間長，大量水分散失，需要多次反復(fù)補充水分，導(dǎo)致壓路機、平地機等設(shè)備等待時間過長，設(shè)備流水施工受阻，綜合利用率低[3]。

實際施工中經(jīng)過多次試驗總結(jié)，首先采用取土場挖槽悶料法對填料進行補水增濕，再通過挖機在取土場挖出若干道平行溝槽，溝槽間距3-5m，槽寬約1.5m-2m，深度約2m-2.5m，在灑水車后接塑料管向所有槽中注水。塑料水管一端伸入挖好的溝槽內(nèi)，一端連至灑水車能停放的場地?？紤]到水分在填料裝卸、運輸、攤鋪過程中的蒸發(fā)損耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了SK124+800右側(cè)取土場填料在不同時間段或不同運距情況下運至現(xiàn)場攤鋪完后水分散失情況（表2和表3），得出在取土場悶料時，填料實際含水率需提高2～3個百分點，才能保證碾壓時填料含水率在最優(yōu)含水率附近。

表2 運距在5km內(nèi)填料水分散失情況表

表3 運距在5km-10km內(nèi)填料水分散失情況表

3.2.3 打井取水配合遠(yuǎn)距離輸水管管道

京新高速WYTJ-2標(biāo)，線路起止里程SK80+000～SK127+000、SK127+000～SK143+000、XK127+000～XK143+000，線路總長79km，其中單幅47公里，雙幅16公里。雙幅段落均位于未發(fā)現(xiàn)水源地的SK110+000至SK143+000段，此段落特點是，路基段落較長，土方比重大，若按照設(shè)計前往伊吾縣大白楊河取水，僅運距就達(dá)到驚人的51公里，成本奇高。

為順利解決這一難題，項目進場初期就制定了相關(guān)方案，采用自建水井，并架設(shè)輸水管道、修建蓄水池的方法，一是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近段落地基處理前補水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點處按照2km設(shè)置一處三通接頭及閘閥軟管，可直接抽水至水車內(nèi)。

方案確定后，項目部及時聯(lián)系哈密地區(qū)水文地質(zhì)隊，縣水利局，結(jié)合現(xiàn)場實際，尋找植被生長茂盛的地段進行電測巡井，電測數(shù)據(jù)顯示，SK132+767.5處水井水量較為充沛，且可輻射周邊拌合站、梁場及項目駐地等場站，能夠滿足附件施工所需用水要求。綜合測算后，相比水車遠(yuǎn)距離運輸，埋設(shè)輸水管道可節(jié)約較大成本。

根據(jù)電測資料確定，擬建管井(井管徑=325mm，H=160m)，開鑿井孔500mm，壁管采用Φ325×5mm螺旋鋼管，過濾器為橋式濾水管，濾水管長度為160m-80m-7m（沉淀管）=73m，濾水管外側(cè)纏繞濾網(wǎng)。先再水井周邊新建一處至蓄水池方量100m3水池（底部尺寸5m＊10m＊2.5m），蓄水池內(nèi)設(shè)置多級離心泵，蓄水池旁設(shè)置變頻柜，由變頻柜恒壓供水，水源采用φ100～φ125鋼管運輸，明敷于地面上，遇低洼處人工進行整平拍實，并在最低點安置三通及排氣閥（排水閥），通向場站輸水末端設(shè)置止回閥，沿線管道在節(jié)點處按照2km預(yù)留一處三通接頭及閘閥軟管，方便直接抽水至水車內(nèi)，節(jié)約運距。設(shè)置專門的水路管理工班，負(fù)責(zé)對水路管道進行例行檢查以及對抽水泵、發(fā)電機、增壓泵等設(shè)備的檢修維護。這種方法雖然前期投資相對較大但是能保證施工用水的及時供給，總體效益較好。

4、取得的主要技術(shù)成果及創(chuàng)新點

取得的主要技術(shù)成果：

（1）干旱戈壁地區(qū)路基供水方案的應(yīng)用

（2）干旱戈壁地區(qū)路基地基處理節(jié)水技術(shù)

5、社會效益

5.1 經(jīng)濟效益

通過具體施工過程的技術(shù)攻關(guān)，采用以上技術(shù)措施不僅保證了施工質(zhì)量而且取得了顯著的經(jīng)濟效益。

5.2 社會效益

該項技術(shù)在施工過程中成功的應(yīng)用取得了良好的社會效益。一是在工期緊、新技術(shù)不熟悉、組織協(xié)調(diào)任務(wù)量重、環(huán)境條件差等諸多不利條件下，通過積極探索和創(chuàng)新，努力進行技術(shù)攻關(guān)，精心組織施工，高效的完成了年內(nèi)合同任務(wù)，確保了施工質(zhì)量、施工進度，同時，在施工現(xiàn)場培養(yǎng)了一批專業(yè)的技術(shù)骨干。二是總結(jié)了干旱戈壁地區(qū)公路路基施工的質(zhì)量控制的方法，為今后同類型施工提供了可借鑒的經(jīng)驗。

結(jié)語：

干旱戈壁地區(qū)高速公路路基施工節(jié)水對不同施工段落提出與之對應(yīng)的供水、節(jié)水技術(shù)。有利于提高工程質(zhì)量和加快施工進度，通過節(jié)水增效綜合施工技術(shù)成功的應(yīng)用，取得了豐富的實踐經(jīng)驗，大幅度降低了施工成本。