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(tuán)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(diǎn)

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(jì)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(xiàng)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(shí)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(diǎn)

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(jì)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

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(chǔ)水池、安裝增壓泵、再配合灑水車運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行供水。

2.1 水車遠(yuǎn)距離運(yùn)水

通過初步計(jì)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)辽傩枰?0多臺(tái)水車同時(shí)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(xiàng)目部進(jìn)場后，聯(lián)系哈密地區(qū)水文地質(zhì)隊(duì)，縣水利局，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，尋找植被生長茂盛的地段進(jìn)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(xiàng)目駐地等場站較近，綜合測算后，相比水車遠(yuǎn)距離運(yùn)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(diǎn)，一是將水源地的水通過管道輸進(jìn)蓄水池里。然后用水車裝運(yùn)至就近段落地基處理前補(bǔ)水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點(diǎn)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(yùn)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(shí)土中的水分極易蒸發(fā)，壓實(shí)很困難，所以要保證路基壓實(shí)質(zhì)量，必須對填料進(jìn)行補(bǔ)水。

若采取傳統(tǒng)辦法，在填料攤鋪后用灑水車補(bǔ)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(bǔ)水不均勻，壓實(shí)時(shí)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(shí)好的填筑層浸泡；灑水后填料亮?xí)駮r(shí)間長，大量水分散失掉，需要反復(fù)補(bǔ)充水分，造成平地機(jī)、壓路機(jī)等設(shè)備等待時(shí)間長，設(shè)備利用率低。

實(shí)際施工中我們經(jīng)過試驗(yàn)總結(jié)，采用取土場挖槽悶料法對填料進(jìn)行增濕，在不同時(shí)間段或不同運(yùn)距情況下運(yùn)至現(xiàn)場攤鋪完后水分散失情況得出在取土場悶料時(shí)最佳含水率，才能保證碾壓時(shí)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(chǔ)水池、安裝增壓泵、再配合灑水車運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)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(bǔ)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(yùn)輸至附近段落進(jìn)行地基處理前補(bǔ)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(jìn)蓄水池里。然后用水車裝運(yùn)至就近段落地基處理前補(bǔ)水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點(diǎn)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(jì)實(shí)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(diǎn)和難點(diǎn)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(jìn)行地表淺層補(bǔ)水。

⑶戈壁地區(qū)風(fēng)沙大、日照時(shí)間長，造成路基填料水分散失較快，對填料的制備、運(yùn)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(xiàng)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(yùn)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(yùn)輸至附近段落進(jìn)行地基處理前補(bǔ)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(jì)前往伊吾縣大白楊河取水，僅運(yùn)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(xiàng)目進(jìn)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(jìn)蓄水池里。然后用水車裝運(yùn)至就近段落地基處理前補(bǔ)水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點(diǎn)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(jì)實(shí)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(shí)試驗(yàn)原理，路基填筑若需要達(dá)到一定的壓實(shí)度，除填料的級配滿足設(shè)計(jì)要求，含水率必須控制在最優(yōu)含水率附近，由于項(xiàng)目所處地區(qū)路基填料天然含水率極低，攤鋪時(shí)土中的水分極易蒸發(fā)，壓實(shí)難度很大，為了更好的保證路基壓實(shí)質(zhì)量，對填料進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(shí)好的填筑層進(jìn)行浸泡；灑水后填料晾曬時(shí)間長，大量水分散失，需要多次反復(fù)補(bǔ)充水分，導(dǎo)致壓路機(jī)、平地機(jī)等設(shè)備等待時(shí)間過長，設(shè)備流水施工受阻，綜合利用率低[3]。

實(shí)際施工中經(jīng)過多次試驗(yàn)總結(jié)，首先采用取土場挖槽悶料法對填料進(jìn)行補(bǔ)水增濕，再通過挖機(jī)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。考慮到水分在填料裝卸、運(yùn)輸、攤鋪過程中的蒸發(fā)損耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了SK124+800右側(cè)取土場填料在不同時(shí)間段或不同運(yùn)距情況下運(yùn)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(shí)，填料實(shí)際含水率需提高2～3個(gè)百分點(diǎn)，才能保證碾壓時(shí)填料含水率在最優(yōu)含水率附近。

表2 運(yùn)距在5km內(nèi)填料水分散失情況表

表3 運(yùn)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(diǎn)是，路基段落較長，土方比重大，若按照設(shè)計(jì)前往伊吾縣大白楊河取水，僅運(yùn)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(xiàng)目進(jìn)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(jìn)蓄水池里。然后用水車裝運(yùn)至就近段落地基處理前補(bǔ)水或取土場悶料增濕；二是在節(jié)點(diǎn)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(xiàng)目部及時(shí)聯(lián)系哈密地區(qū)水文地質(zhì)隊(duì)，縣水利局，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，尋找植被生長茂盛的地段進(jìn)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(xiàng)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(yùn)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(yùn)輸，明敷于地面上，遇低洼處人工進(jìn)行整平拍實(shí)，并在最低點(diǎn)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(diǎn)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(yùn)距。設(shè)置專門的水路管理工班，負(fù)責(zé)對水路管道進(jìn)行例行檢查以及對抽水泵、發(fā)電機(jī)、增壓泵等設(shè)備的檢修維護(hù)。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(shí)供給，總體效益較好。

4、取得的主要技術(shù)成果及創(chuàng)新點(diǎn)

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(huì)效益

5.1 經(jīng)濟(jì)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(jì)效益。

5.2 社會(huì)效益

該項(xiàng)技術(shù)在施工過程中成功的應(yīng)用取得了良好的社會(huì)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(jìn)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(jìn)度，同時(shí)，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(yàn)。

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(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大幅度降低了施工成本。