铁路风沙路基施工及边坡防护技术

铁路风沙路基施工及边坡防护技术
摘要：根据风积沙填料的自然特点，探索风沙地区路基最佳施工方法，技术参数，从而科学合理的指导施工。

关键词：风沙路基施工防护
Abstract: According to the natural characteristics of aeolian sand filling, explore the best construction method, technical parameters of sand subgrade, to guide the construction and scientific and reasonable.
Key words: aeolian sand roadbed construction; protection;
0.前言
目前在国内沙漠地区路基的施工技术、施工工艺和方法仍处于试验阶段，但近几年来同类工程的成功实例表明风积沙路基具有整体稳定性好、沉降量小、水稳性好、后期病害少等优点，但风积沙又属于级配不好的细砂，在天然条件下呈松散状态，内聚力几乎为零，抗剪性能极差，一般机具难以行驶，普通钢轮压路机根本无法碾压至规定的压实度。

同时由于沙漠地带特殊的气候、地质状况，使得沙漠路基的施工比一般气候、地质条件下的路基施工难度要大得多。

沙漠地区生态脆弱，干旱少雨多风，如何对路基本体及对两侧防护，保证线路正常运行，便是今天我们所要讨论的话题。

1．工程实例概况
大马何铁路位于内蒙古西南部煤炭富集的鄂尔多斯市境内，横穿该市东北
部所辖达拉特旗、准格尔旗。

大塔至马场壕铁路由在建新包神铁路大塔站疏解引出，向东北行经三垧梁、王爱召工业园区（新奥工业园区）、而后转向东南沿乌兰格尔煤田北侧经马场壕乡到达马场壕矿区，正线全长约59.065km，大塔站下行疏解线4.634km。

马场壕至何家塔铁路从大马线马场壕站引出至呼准铁路何家塔站止，设计里程为DK60+200～DK134+623.97，正线全长74.92397km。

1.1 工程地质特点
该段风沙路基所占比重较大，本线地处鄂尔多斯高原和库布其沙漠东部
的过渡带，部分路基穿越了半固定和固定沙地，部分段落存在流动沙丘，其中严重风沙地段7.18km，中等风沙地段12.16km，轻微风沙地段11.49km，部分严重
风沙地段还存在地震液化现象。

路基工程数量和所占比例大，风沙路基施工质量控制和施工进度控制为本标段的重点工程。

1.2地形地貌
大塔至何家塔铁路位于内蒙古自治区中部腹地，鄂尔多斯高原和库布其沙漠东部过渡带，沙丘连绵起伏，沿线地势由西向东呈波状起伏的态势。

依据沿线地形地貌特征，沿线地貌可划分为沙漠与低山丘陵过渡区、低山丘陵区两个地貌单元。

1.3 气象水文
线路通过地区属于典型中温带大陆性干旱季风气候区。

气候干燥，降雨量
小，蒸发量大，冰冻期长，昼夜温差变化较大。

春季干旱少雨而多风，夏季短促而炎热，秋季凉爽，冬季漫长且严寒。

四季温差大，春秋多风。

降雨多集中在7、8、9月份。

2．风沙路基施工
2.1路基试验段施工
在试验段的选取上，我们以两端较稳固、中间为流动沙丘的路段，段落长度300m,进行风沙路基施工和防护试验。

试验目的是以沿线风积沙为填料。

经路堤填筑试验，确定最佳含水量、摊铺厚度、压实方法、压实遍数及防护措施等。

在机械的选配上重点考虑轮式机械在路基上行走问题，尤其是洒水车，采用四轮驱动车，其他施工机械的选配与常规路基施工基本相同，以形成配套作业能力为宜。

在施工方案上我们采用了两种方案进行对比试验，方案一是在施工区段周围寻找合适土源，每层填筑35cm风积沙填料，再填筑15cm粘土压实，“包芯法”施工，解决自卸汽车在下承层上行走问题，经试验，这个方案很快就被否定了，原因一是每一循环周期太长（需2天)，功效太低；二是沙漠腹地很难找到合适土源。

即便找到土源，因运距、购土费等因素成本太大。

方案二是采用饱和水碾压法施工，摊铺厚度按50cm考虑，采用推土机一次推平，然后均匀注水，依据试验室标准击实试验结果，该填料最大干密度：1.96（g/cｍ3）、最优含水率：11.4%，现场考虑水分蒸发等因素，把最佳含水量控制在15%左右，现场控制以施工机械在上面能正常行走为宜，立即采用羊足碾对填料碾压达到密实度要求。

（现场实验结果为20t的羊足碾碾压4遍即可达到密实度要求）再用平地机整平，光轮压路机收面，防止水分散失、表面形成松散层，为加快检测速度我们采用动态变形模量Evd进行检测，测试合格随即进行下一循环施工。

我们采用了不同的含水量、不同摊铺厚度、不同碾压遍数进行了多次组合试验，最终确定了最佳含水量
15%、摊铺厚度50cm、碾压遍数20t羊足碾4遍的技术控制参数，施工效果较为理想。

2.2 施工工艺及关键工序
风积沙路基填筑从区段划分及工艺流程上均与普通路基三阶段四区段八流程施工基本一致，主要的区别就在于洒水晾晒这个环节，对于风积沙路基来说这个环节叫做填料浸水较为确切，且无需晾晒；因风积沙填料水稳定性极好适合饱水碾压，所以填料压实的关键在于含水量的控制。

含水量控制的关键在于每个区段，每个流程之间必须紧密配合，不间断紧跟作业。

保证填料中的含水量在没有被蒸发损失到压实所需的最佳含水量以下前完成填层的碾压封闭，以保证施工质量。

2.3 施工注意事项
施工适宜季节为雨季或少风季节，避开风季和炎热的夏季，并在大风来临
前完成防护工程；一次填筑段落长度不宜超过300m；沿线不许随意挖沙弃沙，线路两侧500m范围内不得破坏地面硬壳和天然植被，取沙坑和弃沙堆均设在背风一侧，取沙坑、弃沙堆的边缘距线路中心不小于100m，取土困难地带须在迎风侧的，其边缘距线路中心不小于600m，取土应在路基下风向较大的沙包取土，弃土应弃在路基两侧风向交汇的大沙窝低处，弃土堆放应平整平顺，尽量不破坏既有植被；对于路基面层施工，最好能找到较好粘土或碎石土铺筑20cm,作为封层，防止水分散失；在施工中，视不同的填筑高度需有一定超高填筑量。

此时的超高填筑量并不是其它路基施工中的预留沉降量，风沙路基施工填料为沙，路基地基为砂层，在保证路基密实度的前提下是没有沉降的。

超高填筑量是针对因沙漠气候下的大风特别是沙尘暴刮走路基表层填料而使路基高程遭到破坏而采取的保护措施，在风沙路基施工中视不同的填筑高度的路基超高填筑量为：路堑或填高小于1m时，超填4～7cm，填筑高度1～5m时，超填7～10cm，填土高度大于5m时，超填10～15cm；在施工过程中凡植被遭到破坏的地面，采用稻草、玉米秸杆等铺设方格沙障或其它固沙措施，为恢复植被创造条件。

风沙路基施工要求做到边施工、边防护，分段施工，一气呵成，对来不及做好正式防护的施工未完部分，在休工前要做好临时防护，以免在休工期间因为风蚀造成线路的移位，偏向或缺陷。

3．风沙路基防护
3.1 路基本体防护
3.1.1设计原则
路堤边坡高度小于5.0m(路堑小于4.0m)时在严重风沙地段和中等风沙地段采用六角空心砖骨架包坡，骨架内铺0.2m厚粗砾土包坡，并种植沙柳、紫穗槐防护；在轻微风沙地段，坡面铺0.2m厚粗砾土包坡，并种植沙柳、紫穗槐等灌
木防护。

路堤边坡大于等于5m时(路堑大于等于4.0m)，先设C15混凝土预制块拱型骨架护坡防护，骨架内铺0.2m厚粗砾土包坡，并种植沙柳、紫穗槐防护。

3.1.2沙柳的种植
经过走访当地林场专家，我们确定在骨架填土中种植沙柳较为可行，因为紫穗槐在当地很难成活，即便生命力极强的沙柳若种植不当也很难成活，经试验我们摸索出了种植沙柳高效快捷的方法，高压水冲法成孔种植沙柳，方法其实也很就简单，就是在洒水车上安装一台高压水泵，出水管前端安装一根1.2m长2cm 直径的钢管，人手持钢管插入土中，开启水泵钢管在人力作用下上下抽动，水冲成孔，成孔深度40cm，然后插入沙柳枝覆土即可。

常规方法每穴需要种植3支，这种方法每穴只需1支，常规方法的成活率40%左右，这种方法成活率即可达到80%，这与常规方法相比沙柳枝用量减少了三分之二，工效和成活率却有了很大的提高，并可一次达到验收标准成活率70%的规定。

3.1.3六角空心砖骨架护坡
六角空心砖骨架护坡施工顺序：坡面处理→施工放线→人工开挖基槽及基础处理→安置六角空心砖→铺20cm粗砾土→种植植被→清理坡面。

进行六角空心砖骨架防护施工需注意如下事项：
坡面处理时按设计要求坡比人工刷坡，成型坡面应平整密实，基础处理应符合设计要求，空心砖安置要平顺牢固，以保证骨架几何图案平整美观且符合设计要求。

3.1.4混凝土预制块拱型骨架
C15混凝土预制块骨架护坡施工顺序：坡面处理→施工放线→人工开挖基槽→坐浆砌筑C15混凝土预制块→铺设20cm厚粗砾土→种植植被→清理坡面→养生→勾缝。

施工方法：采用挤浆法砌筑，不得使用灌浆法施工，砂浆采用机械拌制，C15混凝土预制块采用人工预制，砌筑符合施工规范和设计要求。

进行C15混凝土预制块骨架防护施工时需注意如下事项：
坡面按设计要求人工刷坡，成型坡面应平整密实，以保证骨架几何图案美观且符合设计要求。

3.2 路基两侧防护方法
3.2.1 草方格防护
草方格防护不仅适用于高大流动沙丘，也适用于低缓流沙丘，它分内外两
层设置。

迎风侧内层距路基100m～50m处，外层在200m～150m以内，背风侧内层距路基不超过50m，外层不超过100m，草方格所用草为柔软较长的草，如麦秸蒲草，长度40cm～50cm。

草方格大小：内层为1.0m×1.0m方格，较密；外层稍大为1.0m×2.0m方格，较疏。

草埋深15cm，外露15cm～25cm，草方格防护的施工方法是：在上述内外层防护范围内(具体防护范围应按设计数值来定)，将上述范围内的沙丘从低到高，按设计方格大小、间距，沿沙丘坡面布设成方格状或环状，然后按放线位置埋设软草，方格大小、环带间距视风沙危害程度和设计防护的强度而定，也可作为施工临时防护自行设定。

3.2.2树枝条沙障
树枝条沙障与草方格相似，只是所用材料将草改为树枝条，通常采用直
径1.5cm左右的沙柳枝，裁成80cm～100cm的枝条，埋深20cm～30cm，露出部分拦腰用横杆枝条扎紧，树枝条沙障可做成格式沙障或环状沙障，或在迎风侧做成格状，背风侧做成环状，格大小3m×3m～3m×6m(排距为3m)，设置排数一般上风侧较下风侧多，距路基近密远疏。

在实际施工中，采用高、低沙障结合植物固沙同时进行，效果比较好，即在沙障网格中栽种防沙树木、乔木、灌木或者蒿草。

4．结语
总而言之，风沙路基的施工方案可行与否关键在于在满足设计文件的前提下是否做到了就地取材降低了施工成本、提高了工效；减少了既有植被的破坏。

是否对水保环保起到了积极作用，本文所涉及的一些工艺及参数对该项目的施工起到了指导作用，也是笔者的点滴体会，希望能给予类似工程以借鉴。

1 作者姓名赵斌
2 职称工程师
3 工作单位中铁电气化局西铁工程公司三处。