风沙及盐渍路基培训教程.ppt

,风沙地区路基施工要点,本次路基填筑教程结合兰新高铁的自然环境及技术要求，重点讲解风沙地区路基填筑、边坡防护的施工方法及注意事项，另外根据设计文件本地区尚处于不良地质盐渍土地区，故本教程对于盐渍土的危害及施工中的重难点问题进行了探讨，以供大家在今后的施工中借鉴。 风沙地区包括沙漠和沙地。沙漠是指地表大面积为风积的疏松沙所覆盖的荒漠地区；沙地是指地表为大面积的疏松沙所覆盖的草原地区。全世界风沙地区的总面积约占陆地总面积的 1/7。中国风沙地区约有70万平方公里，分布于北纬3550和东经 75125之间。,风沙及盐渍土地区路基培训教材,风沙地区路基施工要点,风沙对道路的危害主要表现为沙埋与风蚀，其中又以沙埋为主。路基遭受沙埋有两种形式：其一是在风沙流活动地区，由于沙粒沉落、堆积，掩埋路基；其二是在流动沙丘地区，由于沙丘向前移动，掩埋路基。路基遭受风蚀，将会出现削低、掏空和坍塌等现象。,风沙及盐渍土地区路基培训教材,风沙及盐渍土地区路基培训教材,盐渍土是不同程度盐碱化土的总称。盐渍土按含盐成分不同分为硫酸盐渍土、氯盐渍土、亚硫酸盐渍土、亚氯盐渍土。盐渍土具有溶陷性、盐胀性、腐蚀性，给工程建设带来许多危害。盐渍土作为路基基底及填料的特殊性在于：它对外界条件的变化极为敏感。导致其物理力学性质也极具波动性。为确保盐渍土路基工程施工质量，为后续施工打好基础， 需要确定一套行之有效的施工工艺流程和参数。盐渍土路基的施工工艺流程与普通土路基基本相同，但是在荒漠过干区，应对设备进行一定的技术改造，使其满足施工环境的需要。施工中应注意水源选择、基底处治、含水量控制、压实控制、构造物防腐、环境保护等方面。盐渍土路基病害主要表现形式有路基松胀，表层膨胀疏松，脚踩下陷，路基溶蚀微细冲沟发育，局部路基塌陷，本教程将与大家详细进行探讨分析。,一、一般规定,风沙地区路基施工要点,1） 风沙地区路基宜在少风、风速较小或有雨季节分段集中施工,并在大风来临前配套完成。若当地风力较强或需在风季施工时,应采取临时防护措施；对设计的永久防护工程,若材料运输有困难,需待通车后施工时,可采取临时防护过渡。填筑路堤当日不能完工地段,对坡面和路肩应加以覆盖；开挖路堑,应从一开始就随挖随用平铺式栅栏或草席、芦苇等将坡面、路肩护好,周围用小木桩固定或用大石块或混凝土预制块压住。,风沙地区路基施工要点,2） 风沙地区路基施工应采取措施保护线路两侧的地表原有植被和地表硬壳。施工前应准备充分的防护材料。对因施工作业使两侧地表受损部分应按设计要求在新出露的沙面上及时填筑砾卵石土防护层。施工的路基应集中力量完成一段,防护一段。,一、一般规定,风沙地区路基施工要点,3） 填方取土要根据当地风信情况选择取土坑位置。在单一风向地区,取土坑宜设在路堤下风一侧距路堤坡脚至少5M；在有反向风交替作用的地区,取土坑可设在路堤两侧,施工完后应将其边坡修成缓坡,使其断面成为浅槽形。 应尽量利用挖方材料,如需废弃,应弃于背风坡一侧的低地或距路堑坡顶不小于10M处,并应摊平。,风沙地区路基施工要点,4） 在地形开阔的风沙流地段,应将路基两侧2050m范围内的小沙滩、弃土堆、小土丘等凡可引起积沙的阻碍物予以清除、摊平。,一、一般规定,风沙地区路基施工要点,5） 植物固沙是防治沙害的根本措施,在有条件的地方采用植物固沙法施工时,要严格按照设计要求的树苗或灌木种类和设计规定的种植间隔尺寸及布置形式进行栽种。 在无条件采用植物固沙的地区及采用植物固沙的初期,为防止沙害并为植物固沙创造条件应采用工程防沙措施。在林带前线,为防止积沙,亦应适当设置工程防沙设施。 工程防沙有固、阻、输、导四种类型,应根据设计并结合路基施工情况及时配套完成。,风沙地区路基施工要点,6） 格状沙障施工应做到稳固、牢实、风吹不走。有水源条件的,可在草方格内播撒适于沙漠生长的植物种籽,使方格内生长沙生植物。路线如通过牧区,还应在路基两侧设置铁丝隔离栅,防止人畜进入破坏草方格。,一、一般规定,风沙地区路基施工要点,设置草方格沙障时,在迎风例应先设主带(垂直主风向),后设副带(平行主风向)；在背风侧应先设副带,后设主带,施工时均应先远后近,自上而下。有新月形沙丘,应从迎风坡脚开始设置。埋设防风栅栏(立式沙障)应整平两侧地面,插铺草束,压沙插实,埋设稳固,防止栅栏底部被风吹掏空。,风沙地区路基施工要点,7） 沙质路基主体应按设计要求进行全面防护。在路基顶面、边坡面及坡脚外 510M地面范围内,用粘性土、盐盖、砾(卵)石、乳化沥青等材料进行平铺覆盖或处理。 粘性土封闭防护是风沙地区路基常用的一种经济而有效的防护措施。采用粘性土时,应通过试验测定其塑性指数,符合设计要求的方可使用。 8） 风沙地区筑路时,路线主要控制极、护桩、水准基点桩、路基边桩等均应设置明显的标志,并妥善保护,以防被沙埋没。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,1、关键技术及施工原则 1） 确定最优含水量的控制范围； 2） 最适宜的施工方法(水坠法)、施工机械组合和最佳填层厚度，最经济合理的压实遍数； 3） 尽量安排在少风的有雨季节或早晚施工，先迎风面，后背风面，先风口地段，后一般地段，作到分段集中施工，逐段成形，平行交叉，防护紧跟，形成一段，防护一段。 4） 根据地貌和防沙措施，利用路基两侧风积沙，使路基两侧保持相对平衡。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,2、风沙路基填筑方法 沙漠地区具有丰富的沙土资源, 它具有较好的渗水性, 可用作路基主体填料, 其压实可采取机械振动夯实法或水坠法。 1）振动夯实法 风沙路基施工与一般土质路基相同, 仅在夯实上略有不同。由于渗水性材料的相对密度表达式中没有最佳含水量, 所以对水分不做任何要求, 但是当细沙的含水率在一定的范围内时, 空隙水当细沙的含水率在一定的范围内时, 空隙水压增大, 体积膨胀反而不利于夯实。所以在施工中严禁洒水碾压。借鉴过去的施工经验, 干沙的夯实效果优于湿沙, 细沙对振动最敏感, 沉落快, 短期内便能稳定。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,2）水坠法 它是指采用渗水性良好的材料填筑路基时, 用水灌注路基, 使其达到饱和状态, 自然沉降而密实的方法。如在段施工时, 沙含水量在, 测得其相对密度不能满足验标要求, 加大碾压重量后仍不满足要求时, 改用水坠法施工, 检测其相对密度符合要求, 而且施工较为简便。因此, 建议沿河流走行的风沙路基可以采用这种方法, 不需要分层夯实即可达到要求, 效果也非常明显。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,3、路基填筑工艺要点,对风沙地区用粉砂或细砂填筑路堤时，仍应分层压实。根据现场自然条件、沙的特性及水源分布等情况确定压实机械和压实方法。对缺土、缺水，压实确有困难的风积沙路基，可采用土工合成材料(编织布、编织袋)对路基进行加固。 风沙地区筑路时，路线主要控制桩、护桩、水准基点桩、路基边桩等均应设置明显的标志，并妥善保护，以防被沙埋没。 路基填筑时, 要测定土的含水量, 由于风沙地段降雨量小, 蒸发量大, 所以土的含水量一般都小于最佳含水量, 施工时, 要对填料洒水, 使土的含水量在最佳含水量的范围内。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,3、路基填筑工艺要点,1）细砂对振动最敏感,故优先选择振动式压实机械。振动压实机械工作时,快速、连续的冲击作用于地表,每冲击一次就对土基产生一个压力波,当沙粒处于振动状态时,由于颗粒大小和质量不同,产生惯性差异,使沙粒发生相对位移,再者由于沙粒的自重下落而挤压的缘故,使土体被压实,所以采用振动压实效果好,效率高。研究资料表明:只需在砂中产生0.050.1MPa 的土压应力,就能将砂有效地压实（国内外研究成果表明:振动压路机在36km/h 的速度下工作时,能取得最好的碾压效果和小时方量的最佳生产率）。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,3、路基填筑工艺要点,2）在压实过程中,压实能量的传递过程是从松散到密实的过程,其压实能量最初碾压时被表层松散土吸收而不能传至更深处。表层逐渐被压实的过程也是压实能量逐渐向深处传递的过程。因此碾压行驶速度遵循先快后慢的原则更为合理。事实上,施工中压路机直接在砂面上行驶有相当的困难,低速行驶碾压作业时,松散的表层被压轮挤出而壅积于压轮行驶前方,阻碍压路机的行走,压路机无法正常工作。当然,在砂面上铺一层粘性土可解决上述问题,但风沙路基砂方填筑施工不允许砂与土的混填,考虑上述因素,碾压程序可为:V=5km/h 静压1 遍V=5km/h 静压2遍V=2.6km/h 振动压23遍。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,3、路基填筑工艺要点,3）碾压作业中,压路机两轮迹稍有重叠,土基即可达到有效压实。故相邻压轮迹重叠宽度可定为5cm ,压路机碾压顺线路走向作业。碾压顺序为先两侧后中间。碾压时后一遍压轮中心位于前一遍的两轮重叠部位,这样的压轮重叠宽度和轮迹,能起到均匀压实和提高生产效率的作用,这在实际施工中已被证明行之有效。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,3、路基填筑工艺要点,4）施工中发现,接触压轮部分的表层虽接受的压力最大,但密度都不高,这是因为沙的抗剪强度较低,碾压时表层材料被压路机挤出致使每一铺层的表层密度较低,实际上这种现象是暂时的,碾压后再铺一层填料,原先不密的表层就可以被压实。实践证明振动压路机对风积砂的碾压其有效影响深度 30cm ,可达5060cm 以上,对于风积细砂,只要有足够的碾压遍,50cm 深度范围内的土是可以被压实的。,风沙地区路基施工要点,压实过程中会出现表面松散的砂被压轮挤出的现象,在初步压实时常常阻碍自行或振动压路机的走行,致使压路机不能正常作业,虽然考虑最初用中速静压一遍,但在实际施工中,填料表层非常干燥的情况下,即使中速碾压,也不能完全克服挤出松砂壅积于压轮下的现象,为此可采用推土机配合自行式振动压路机联合作业方法,但推土机碾压作业的压实生产率低于自行式振动压路机,故在施工中,根据不同情况分别采用两种不同压实方式。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,4、取（运）土 推土机横向推送，多在流动沙地路基填筑中采用。推土机取土不能成片集中推取，选沙垄或沙粱垂直于主风向均匀间隔取土推送，使取完土后的沙丘、沙垄呈与主风向垂直的锯齿状，齿距根据取土需要掌握在510m之间，这样形成阻风齿墙，凹处可阻留流沙，减缓沙丘的移动，有利于线路风沙防护和减少施工中的风沙流危害，同时也可提高推送效率。,风沙地区路基施工要点,5、自卸汽车装运 汽车运土时，路基填筑工作面，即使在新填沙方压实达到规定的密实度且没有坡度的情况下，无论空车、重车，行走和调头在没有推土机帮助时都非常困难。为此，采用“带状平台、倒车上路”的方法。即基底或新填层压实度检测合格后，用粘砂土铺设一条宽3.0m的走车平台，粘砂土厚度510cm，中间高两侧低，并碾压密实，提供车辆行走，可以解决行车困难。,二、路基填筑施工要点,风沙地区路基施工要点,6、填筑施工注意事项 经试验确定,风积沙填料的最佳含水量是5%7% ,而天然风积沙的含水量正好在此范围之内,因此填筑过程中必须随填随压,尽量减少水分损失。路基填筑完成后,在其表面可铺设一层10cm 后厚的粘土,防止表层填料失水而松散,同时有利于行车。待上碴时可逐段清除粘土层。路基边施工边防护,边坡防护的方式有粘土包坡、石块包坡等,以防风蚀。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,1 风沙路基防护一般规定 根据沙害情况，对线路本身填料为粉细砂的路堤边坡覆盖卵石土；路肩采用卵石防护，线路外侧种植植被，铺设方格草障，设置挡沙堤、截沙沟、集沙台等挡风固沙设施。施工时路基各项防护工程应配合施工。 1） 临时固沙、阻沙设施应随路基主体工程及时完成。 2） 路肩裁砌和边坡覆盖应随路基的填筑、开挖一次做成。 3） 配合设置的覆盖层、防沙障、截沙沟等要同时做好。 4） 弃土堆、取土坑没有防护时，应于弃、取土完毕后及时覆盖。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,5） 格状沙障施工要做到稳固、牢实，风吹不走。铺设草辂沙障时在迎风侧应先设主带(垂直主风向)，后设副带(平行主风向)；在背风侧应先设副带，后设主带；且均应先远后近， 自上而下施工。在新月型沙丘，应从迎风佣坡脚开始设置。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,根据实地调查情况和相关理论分析，边坡冲刷与降雨、边坡土质、边坡坡度、坡长和高度、坡面植被以及坡面防护等因素相关。对于一般路基而言，降水强度越小，边坡土质越致密，边坡缓长，高度较低，植被茂盛或表面防护，都对边坡抵抗冲刷有利。而坡度、坡长、高度、植被及其他坡面防护等因素对边坡冲刷影响显著，故常采用放缓边坡和坡面处治的措施防治冲刷。但对于风沙路基边坡，从实地调查情况看，有的因素影响显著，有些因素关系不大。,2 路基边坡防护,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,2.1 风沙边坡冲刷几个影响因素,2 路基边坡防护,1） 风沙物理性质 风沙物理性质是影响边坡冲刷的内因，是起决定性作用的因素。由泥沙运动基本理论中得知 ，粒径越小起动流速越低(冲刷流速越低)；再由力学分析得知，坡面水流的冲刷能力与粒径呈正相关关系，粒径越小，很小的水流作用力就可以导致沙土搬移。理论上讲，采用土壤改良措施(如加入一定量粘土等外掺材料)可以增大风沙的抗侵蚀能力，但由于工程数量庞大、建筑材料匮乏、工程投资骤增等原因，实际工程中难以实现。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,2.1 风沙边坡冲刷几个影响因素,2 路基边坡防护,2） 降雨 降雨是风沙坡面侵蚀发生的动力，汇水面积决定着坡面水流的流量和流速，是影响边坡冲刷最主要的外因。降雨一方面直接打击坡面形成击溅侵蚀；另一方面形成坡面径流，冲刷边坡。降雨类型不同，其表现的侵蚀能力不同，一般阵雨较普雨来势猛，历时短，强度大。就一定的降雨强度而言，阵雨更易引起坡面侵蚀，特别是暴雨，强度大、雨滴大，造成的侵蚀作用更强。年降雨量大，可能侵蚀总量也大，边坡冲刷累积越多，破坏后的恢复能力越差。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,2.1 风沙边坡冲刷几个影响因素,2 路基边坡防护,3） 边坡坡度、坡长与高度 对一般土质的路基而言，边坡坡度、坡长和高度是影响坡面冲刷的主要因素之一，且坡度越陡，水流流速越快，冲刷越大；坡长越大，流速越快，汇水流量越大，冲刷破坏越大；边坡高度越大，水力作用越强，冲刷越显著。但是，对于风沙路基而言，不同的坡度、坡长与高度对风沙边坡冲刷产生、发展以及最终破坏的影响区别不明显，即这些因素并非风沙边坡冲刷的主要因素。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,2.1 风沙边坡冲刷几个影响因素,2 路基边坡防护,4） 植被 一般，茂密植被能增大坡面的粗糙度以及减小径流系数，从而降低水流速度和流量，对保护边坡，提高抗侵蚀能力，减少坡面破坏有着积极的影响。但是，风沙边坡植被对边坡抗冲刷能力的贡献是有限的。,风沙地区路基施工要点,究其主要原因，一是沙漠植物较为脆弱，生长缓慢，短期难以形成有效的坡面遮蔽，且易被破坏，从而不能达到理想的保护作用；其二，虽然沙漠植物根系或深入地下或浅表外延很长，但主根为粗硬的单根，很少分根，毛细根系极少，难以形成纵横交错的根系网络，加之风沙颗粒松散、几无粘性，沙土不能被抱结成团；其三，沙漠植物叶子较小，加上风的作用，落叶不易在地表堆积，难以形成坡面上落叶的遮蔽保护。现场调查中发现，遭受严重冲刷的边坡上植被往往被破坏殆尽，沙土裸露。因此，植被对坡面抗水流侵蚀的贡献十分有限，但考虑到防风固沙综合作用，仍然是一种环保的综合治理措施。可见，单纯采用植物进行边坡冲刷防治并非高效，应以疏排水流为主，植物防护仅作为辅助的措施适当考虑。,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,2.2 路基防护几个措施,2 路基边坡防护,1）为防止沙质路基风蚀，一般用柴草、土石、沥青等材料进者当中又以沙埋为主进行防护，以保证路基的稳固和行车安全，详见下表。,三、路基施工防护 措施,风沙地区路基施工要点,2.2 路基防护几 个措施,2 路基边坡防护,三、路基施工防护措施,风沙地区路基施工要点,2.2 路基防护几个措施,2 路基边坡防护,2) 路基两侧工程防沙措施,路两侧工程防沙措施可以归纳为固、阻、输、导等四种类型。固沙措施。稳定沙地表面，抑止流沙活动。常见的固沙措施主要是设置沙障，分为： 平铺式沙障；立式沙障。 阻沙措施。拦截风沙，限制积沙移动。阻沙措施一般可分为； 墙式；堤式；栅式；带式。,输沙设施。通过增强风力或改变下垫面性质，使过境沙顺和通过路基而不产生堆积。输沙设施有以下几种方法： 浅槽和风力堤输沙；浅槽输沙；聚风板输沙。 导沙措施。采用导流的方法借助风的动力作用改变风沙流或沙丘的方向，使沙堆积在对路基无害的地方。导沙设施可分为： 导沙墙；导沙板两种类型。,风沙地区路基施工要点,四、环境保护,风沙地区路基施工要点,2.2 路基防护几个措施,风沙地区路基施工应采取措施保护线路两侧的地表原有植被和地表壳。施工前应准备充分的防护材料。对因施工作业使两侧地表受损部分应按设计要求在新出露的沙面上及时填筑砾卵石土防护层。施工的路基应集中力量完成一段，防护一段。,风沙地区路基施工要点,填方取土根据当地风信选择取土坑位置。在单一风向地区，取土坑宜设在路堤下风一侧距路堤坡脚至少5m；在有反向风交替作用的地区，取土坑可设在路堤两则，施工完后应将其边坡修成缓坡，使其断面成为浅槽形。 应尽量利用挖方材料，如需废弃，应弃于背风坡一侧的低地或距路堑坡顶不小于10m处，并应摊平。,风沙地区路基施工要点,风沙地区路基施工要点,一、盐渍土的危害 盐渍土的危害主要有：溶陷性、盐胀性、腐蚀性,盐渍土路基施工要点,1 溶陷性 盐渍土的含盐类型多为硫酸盐、碳酸盐和氯化物，这些盐类成为土颗粒之间胶结物的主要成分。干燥状态下它具有强度高、压缩性小的特点，但遇水后，可溶性盐类溶解。土体在荷载或自重作用下下沉。这就是盐渍土的溶陷性。在氯盐渍土、硫酸盐渍土、碳酸盐渍土中，盐渍土的溶陷性以氯盐渍土最为明显。对本工程而言，盐渍土的溶陷性对铁路路基的危害比较大，由于盐渍土遇水溶陷，可以使路基产生不均匀沉降，路基边坡松软，进而导致铁路铁轨变形等破坏。,盐渍土路基施工要点,2 盐胀性 相对于常见的几种易溶盐中，硫酸盐的盐胀性最强，氯盐次之。当温度上升到33。以上时，芒硝的溶解度随温度上升反而下降，此时它的以无水芒硝(Na2SO )形式析出。而当温度又下降到33。以下时，无水芒硝又会结合10个水分子而成为芒硝，此时它的体积可增大23倍。南疆铁路地区日温差与年温差均较大，由于温度的变化，硫酸盐的体积时缩时胀，导致路基松胀，路基坡面和路肩破坏。硫酸盐的盐胀性对路基的危害比较大。,一、盐渍土的危害,盐渍土路基施工要点,3 腐蚀性 氯盐对金属的腐蚀是非常强烈的。氯盐的腐蚀机理一般属于电化学腐蚀，氯离子先与铁反应生成FeCl ，但是氯离子与铁离子的结合物是极不稳定的，在有氧的条件下，铁离子会与氧结合形成氧化物，而氯离子将重新离解出来，大大加快了铁的腐蚀速度 。盐渍土中的硫酸盐以钠盐为主，其主要是腐蚀水泥、砂浆、混凝土和砖等，这是因为硫酸盐能与水泥水化物起化学反应生成新相，同时产生体积膨胀，致使水泥制品、砖等产生粉化、剥裂，最终导致强度降低而破坏。,二、盐渍土路基病害处理措施,盐渍土路基施工要点,盐渍土路基的工程处理措施有很多，具体措施有化学处理法，换土垫层法，设置缓冲层，提高路基法，隔断层处理法，设置排水系统法和选用材料包坡法等等。 1） 盐渍土地区水泥混凝土构造物的下部和与盐渍土接触的上部应做防腐蚀处理。一般采取选择特种水泥增加水泥用量，降低水灰比，使用优良外加剂、掺合料增加混凝土保护层厚度等措施，如果仍不能满足抗腐蚀要求宜在混凝土构造物的表面设置防护层。,二、盐渍土路基病害处理措施,盐渍土路基施工要点,2） 在以氯盐为主的盐渍土中。配制钢