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毛细水隔断层施工工艺

在盐渍土地区修筑路基时，地基下常有周期性地下水浸润，且因地下水位较高，地下水可能夹带溶解于水中的盐分顺着填筑体中的毛细管浸润路基填筑体，导致路基填筑体的再次盐渍化和冻期翻浆等病害。为了克服这些病害，可选择在路基土体中设置毛细水隔断层的办法，以隔断毛细水的上升，防止水分和盐分，尤其是盐分进入路基上部， 从而避免路基遭受破坏，确保路基的稳固、畅通。
1 工艺特点
（1）隔断层的材料一般为天然材料，且材料来源广，设置方式多样，价格相对低廉。
（2）通常不需要专用的施工设备，仅采用一般路基土石方施工机械进行施工即可。
（3）填筑施工对周围环境不存在污染、破坏或潜在的破坏威胁。
2 适用范围
（1）在盐渍土地区修筑路基，在不提高路基填筑高度的前提下，隔断周期性地下水浸润，防止路基填筑体的再次盐渍化和冻期翻浆等病害,确保路基的坚固与稳定，保证道路的畅通。
（2）应用于中强盐渍土地段，特别是硫酸盐盐渍土地段。
（3）适用于受地面水或地下水毛细水影响的路基。
（4）适用于标高受限制的挖方路堑或被利用的原有路基含盐量超限路段。
3 工艺原理
3.1 工艺原理
在盐渍土地区修筑路基时，常有周期性地下水浸润地基甚至路基填筑体导致的盐渍化，由于毛细现象的存在，一味地提高路基填筑高度，并不是解决路基盐渍化的根本途径，此时可选择在路基填筑体中设置毛细水隔断层的办法，以防止路基土体的再次盐渍化和冻期翻浆等病害，确保路基的稳固、畅通。
3.2 设置要求
目前常用的隔水材料有渗水土层、沥青胶砂和土工织物等。这些材料各具特点，具体选用时应根据路基设计要求，从经济、技术等方面综合加以考虑。在路基横断面设计中，合理确定毛细水隔断层设置位置及厚度，事关整个盐渍土地区路基设计的成败。
常用的路基结构见表1。
表1　常用的路基结构
用于一般道路工程
用于等级较高的道路
黑色面层
黑色面层
级配砾石掺灰层
1）水泥稳定砂砾层
天然砂砾垫层
2）级配砾石掺灰层
永久性隔断层
3）天然砂砾垫层
原路面
4）永久性隔断层

5）原路面
说明：1. 水泥稳定砂砾层。水泥掺量5%，厚度15～20cm。
      2. 级配砾石掺灰层。石灰10%或水泥1.52%，厚度10cm。
      3. 天然砂砾垫层。砂砾最大粒径5cm，含土量<10%。
      4. 永久性隔断层。常采用土工编织布或将原沥青表层做封层。
      5. 原路面厚度计入总厚度内。
3.3 原理作用
   隔断层类型按采用材料有土工布（膜）隔断层、风积砂或河砂隔断层，砾（碎）石隔断层和沥青砂，油毛毡等隔断层。砾石和风积砂属于透水性隔断层，只可隔断毛细水的上升。土工膜、沥青砂、油毛毡属于不透水性隔断层，可隔断下层毛细水和水蒸气上升。

3.4 材料选型要求
隔断层材料的选择应根据当地材料、路线等级、路基高度及水文地质情况、并进行技术经济比较后确定。对于高等级公路，当路堤高度大于1.8m 时可选用砾石，风积砂做透水性隔断层，这样既可使路基上部渗水下渗，也可阻隔毛细水的上升，但路堤高度不足1.8m时，为防止毛细水与气态水上升导致土基上部次生盐渍化的影响，宜用土工膜等材料作不透水的隔断层。毛细水上升高度与隔断层填料情况见表2。
表2 毛细水上升高度与隔断层填料
隔断层厚度（砂砾）
（cm）
0.074- 50
1-50
5-50
毛细水上升高度（cm）
60
40
25
中粗砂
风积砂
粉质土
粘质土
砾类土
毛细水上升高度（cm）
60
80
300～400
200～300
80
 4 工艺流程
在此介绍沥青胶砂隔断层，着重介绍土工合成材料隔断层（以土工布隔断为例），施工流程见图1、图2。

5 操作要点
5.1 施工前准备工作
（1）在设计文件提供的各种技术资料的基础上，进行详细的施工调查，进一步了解各施工工点地基土的性质、埋藏条件及地下水埋藏情况、地表水及地表泾流情况。
（2）根据相应的施工方法核算工程量，并准备充足的施工材料。
（3）根据施工调查资料，进行试验性施工。
（4）推土机、挖掘机配合自卸汽车清除地表0.3m厚的种植土、杂物，并将原地面按设计要求整平，填出路拱。根据施工现场实际情况，施作临时排、截水设施。
5.2 施工工艺
5.2.1沥青胶砂隔断层施工
沥青采用200号石油沥青与60号石油沥青，按7∶3（重量比）进行混合，称混合沥青，混合沥青与砂的比例按1∶9（重量比）。砂宜采用中、粗砂和细砂，不宜采用粉砂。因粉砂不易拌和均匀，且消耗沥青量大（沥青:粉砂为1∶4）。
配置程序如下：200号沥青脱水（熬油），按比例将60号固体沥青放入脱水的200号沥青中，全部溶化后，搅拌均匀，熬至150℃。同时将砂的温度预热至80℃以上。然后将拌匀的混合沥青倒入预热的砂中，捣拌均匀即可使用。
铺设前，应将基底30cm厚的土层压实，路基中部略高，按2%的坡度向两侧倾斜、整平，然后将配制好的沥青砂运至工地，一般按5cm厚迅速摊开、刮平，撒少量粉砂（防止粘结），随之压实。接缝处要密贴。沥青砂铺设后，随之填土，以防止牲畜踏破或其他人为破坏。填土在0.6m厚度内时，禁止用羊足碾；若用推土机施工，为防止铲刀将隔断层推坏，可采用横向推土，逐步延伸，在降雨和低温（日均气温≤5℃）季节不宜施工，以免影响工程质量。
5.2.2土工合成材料隔断层（以土工布隔断为例）
5.2.2.1 原材料质量
（1）土工布性能要求及选型。土工布是一种新型建筑材料，用作毛细水隔断层的土工布（出厂）性能必须满足以下要求：
 渗透系数<1×10-11cm/s；
 在当地硫酸盐、氯盐的作用下，具有50年以上的使用寿命；
 顶破强度>1.5kN，抗拉强度>600N/5cm；
 长期处在-25℃的环境中，产品性能不能改变。
 因此，需要对各厂家的产品进行比选。
（2）路堤填料。路堤填料的质量是保证工程质量的根本因素，因此必须按照规范要求，选择含盐量不超标的土场，并于开工前进行取样检验。
（3）垫层用砂。 土工布隔断层下的垫层，全部使用干净的细砂，并将其中的石子、杂质清除干净。
5.2.2.2 施工过程控制
（1）基底处理。在盐渍土地区填筑路基，必须认真做好基底处理，做法是：填筑前按照设计要求清除基底0.2～0.3m厚的超盐渍土层，确认清除干净后再填筑路基。
（2）铺设土工布。进场的土工布必须堆放在棚内，以防日光曝晒和雨水淋浇造成其老化。当填土达到土工布隔断层高程时，按设计要求进行挂线，自线路中心向两侧做成4%的横坡，平整后铺设土工布。土工布应沿线路方向铺设，幅面铺展平顺，以免其受拉；土工布的连接采用纵横向搭接或缝合。采用搭接时，搭接宽度不小于30cm，误差不得超过5cm，搭接要密贴，不得使土和砂挤入接缝内；缝合是先将土工布双层重叠摊铺，用便携式缝纫机以双线缝合（缝合搭接宽度不得小于5cm），然后翻开铺展，饱满地涂上粘和剂。土工布铺好后及时进行回填，回填第一层应以人工进行摊铺，厚度不得小于0.3m，以防土工布损坏和变形。回填时应及时做好两侧的排水沟，以防路堤坡脚再次盐渍化。
（3）路堤填筑。进行填筑压实工艺性试验，确定合适的压实施工参数。
6 主要机具设备
推荐使用的主要机具设备见表3。

表3 主要机具设备表
设备名称
型号
备注
透水性土隔断层
自卸汽车
12t以上大型工程自卸汽车
根据运距远近配置足够的汽车
压路机
重型振动压路机
质量18t以上
平地机

推土机

沥青胶砂（土）隔断层
平地机

自卸汽车
12t以上大型工程自卸汽车
根据运距远近配置足够的汽车 
土工纤维材料隔断层
便携式缝纫机
工业用
缝合土工材料接口

7 劳动力组织
作业每班人员组织分工见表4、表5、表6。
表4透水性土隔断层劳动力组织情况
序号
职务
人数
职          责
1
班长
1
全面掌握施工进度、质量和安全
2
汽车司机
根据需要配备
驾驶汽车
3
压路机司机
1
驾驶压路机
4
平地机司机
1
驾驶平地机
5
推土机司机
1
操作推土机
6
钳工
1
全面维修保养机具设备
7
普工
8
协助洒线，人工检平
8
测工
2
负责高程及边线测量
9
技术人员
1
掌握施工技术、质量，填写工程日志和记录
合  计
21

表5 沥青胶砂（土）隔断层劳动力组织情况表
序号
职 务
人 数
职          责
1
班长
1
全面掌握施工进度、质量和安全
2
汽车司机
根据需要配备
驾驶汽车
3
平地机司机
1
驾驶平地机
4
钳工
1
全面维修保养机具设备
5
普工
8
协助洒线，人工检平
6
技术人员
1
掌握施工技术、质量，填写工程日志和记录
合   计
17

表6土工纤维材料隔断层劳动力组织情况表
序号
职务
人数
职          责
1
班长
1
全面掌握施工进度、质量和安全
2
技术工人
3
使用缝纫机缝合土工材料
3
普工
12
布设砂垫层、铺设土工材料
4
技术人员
1
掌握施工技术、质量，填写工程日志和记录
合   计
17

8 质量要求及控制要点
8.1 质量要求
现行的公路规范中，没有给出具体的关于高速公路隔断层的质量要求，在此根据施工经验给出参考建议。
（1）透水性土隔断层必须满足最小布设厚度的要求，设置于路基填筑顶面位置1.5m深度以下；
（2）沥青胶砂（土）隔断层。铺设前，基底30cm厚的土层压实十分关键，必须做到路基中部略高，两侧略低，即按2%的坡度向两侧倾斜、整平，配制好的沥青砂运至工地必须立即使用。一般按5cm厚迅速摊开、刮平，撒少量粉砂（防止粘结），随之压实。接缝处要密贴。沥青砂铺设后，随之填土。防止牲畜踏破或其他人为破坏，填土在0.6m厚度内，禁止用羊足碾；若用推土机施工，为防止铲刀将隔断层推坏，可采用横向推土，逐步延伸，在降雨和低温（日均气温≤5℃）季节不宜施工，以免影响工程质量。
8.2 控制要点
8.2.1 透水性土隔断层
    该工艺是目前国内外工程中普遍采用的方法，在一定的厚度条件下，既可起到隔断毛细水的作用，防止路基土体的次生盐渍化，也增加了路基基底的强度。
由于过去没有确定的厚度计算方法，有的地段设置厚度不够，起不到隔断毛细水的作用，有的地段设置太厚，浪费材料。为此，给出下列相关计算公式（摘自铁道部第一勘测设计院 主编 《铁路工程设计技术手册·路基 》）
8.2.1.1 均质地层
（1）粘性土。
Hc=0.59+0.0485Ip+1.6963d10-0.328+2.293dcp-0.229                （1）
式中  Hc——毛细水强烈上升高度（m）；
Ip——土的塑性指数
d10——有效粒径（μm）；
dcp——平均粒径（μm）；
（2）砂类土。
Hc=0.29+0.0567Wm+1.5457d10-0.240+1.409dcp0.198                  （2）
式中  Hc——毛细水强烈上升高度（m）；
  Wm——最大分子含水量（粉、细砂用吸水介质法或离心含水当量法。中粗砂等采用高柱法）                                   
其他符号含义同上式。
8.2.1.2 非均质地层
    假设h1、h2……hn为已知各土层厚度，H1、H2……HN为已知相应均质土层的毛细水强烈上升高度。假设毛细水强烈上升高度（Hc）的顶点距第n层顶面的距离为△h。
Hc=h1+h2+……+hn-△h=                        （3）
    为了求得△h的值，按毛细水强烈上升高度的物理量相等原则，以其中某一土层的毛细水上升高度（HP）为标准，与其他各土层的毛细水强烈上升高度的比值，将各土层的厚度换算为该土的相对厚度。则的Hc与Hp的物理量相等，故可以用下式表示。
Hp=    
            △h=Hp                            （4）
式（2）代入式（1），即可求得Hc
          Hc=                    （5）

计算步骤：
第一步、按式（1）或式（2）计算各均质上层毛细水强烈上升高度；
第二步、确定n层。当时，则参与计算的最后一层（从地下水位开始往上计算）便为所求的第n层。
第三步、按式（5）计算非均质层毛细水强烈上升高度Hc。
8.2.2 沥青胶砂（土）隔断层
铺设前，基底30cm厚的土层压实十分关键，必须做到路基中部略高，两侧略低，即按2%的坡度向两侧倾斜、整平，配制好的沥青砂运至工地必须立即使用。一般按5cm厚迅速摊开、刮平，撒少量粉砂（防止粘结），随之压实，接缝处要密贴，沥青砂铺设后，随之填土。防止牲畜踏破或其他人为破坏，填土在0.6m厚度内，禁止用羊足碾；若用推土机施工，为防止铲刀将隔断层推坏，可采用横向推土，逐步延伸，在降雨和低温（日均气温≤5℃）季节不宜施工，以免影响工程质量。
8.2.2.1注意事项
（1）铺设面的填土含盐量不能超过允许范围，无植物根茎。
（2）铺设面位于路基中部的略高，位于两侧边坡的略低，但其坡度不宜太大，铺设面要平整。
（3）铺设时的适宜温度要在施工前进行试验确定。一般来说，气温在15℃～20℃时最好，不宜在冬季或雨天施工。
8.2.3土工合成材料隔断层
土工纤维材料隔断层的质量要求及控制要点见5.2.2。
8.3 质量通病的处理
8.3.1透水性隔断层设置厚度
按照给定的公式进行设置厚度计算，取计算的最大值作为设置厚度，薄了则无法达到隔断的目的，厚了则将造成极大的材料浪费。
8.3.2土工合成材料隔断层位于低填方段或挖方段路基上
隔断层兼有防水隔断层的作用，不但要隔断路基底部向上的蒸发及毛细水，还要隔断自然降水的下渗。所以，铺设时一定要沿线路方向铺设，幅面铺展平顺，以免其受拉，连接采用纵横向搭接或缝合。铺好后及时回填，回填第一层应以人工进行摊铺，厚度不得小于0.3m，以防土工布损坏和变形。回填时应及时做好两侧的排水沟，以防路基坡脚再盐渍化。
9 施工安全及环保注意事项
（1） 施工中注意机械设备的安全驾驶，并注意日常检修，防止使用过程中突现故障或发生操作危险；
（2）施工中产生的废弃物，包括清表弃渣等，必须按照指定的点堆放，并按照预定方案进行妥善处置；
（3）施工前对相关人员及机械操作手进行安全教育及施工技术交底，避免盲目上岗操作和施工。
10 工程实例
新疆奎屯至赛里木湖高等级公路项目是国道主干线“七横”之G045 重要组成部分。该路线全长303km，其中盐渍土地段占122km。盐渍土段落土基大多为冲洪沉积物，盐渍化程度极高，盐渍土种类多样。
10.1工程概况
新疆奎赛高等级公路第九合同段K406+000～K416+200 段，为中、强硫酸盐渍土，需进行地基处理，该段路堤平均填高2.60m。
10.2施工参数
设计上采用了设置砾石隔断层的做法，隔断层材料采用砾石（5mm～50mm） 、其厚度为400mm。
10.3、施工效果
有效地控制了毛细水上升，对防治盐胀起到了作用。
10.4 施工图片
见图3、图4。