基于水坠砂法的半沙漠地带管道地基基础处理施工技术优化研究

基于水坠砂法的半沙漠地带管道地基基础处理施工技术优化研究

戴克学  鲁啸

中建三局集团有限公司陕西西安710065

摘要：随着半沙漠地带管道建设需求的增加，地基处理面临着砂土压实度不足的挑战。传统水坠砂法存在水分渗透不均和压实度难以达到设计要求的问题。针对这一问题，提出了“机械搅拌+水坠砂法”的创新技术方案。小型挖掘机搅拌砂层，水泵蓄水，优化湿润和沉降，提升密实效率。碾压工序确保最终密实度。该方案显著提高了地基的压实度和稳定性，并在施工过程中提高了效率，减少了用水量，验证了其在半沙漠地带的应用效果。

关键词：半沙漠地带，管道地基，水坠砂法，机械搅拌，压实度

引言：

半沙漠地带因其独特的地质条件和气候环境，给管道建设中的地基处理带来诸多挑战。由于地面松散、稳定性差，砂土压实度难以达到工程要求，传统的水坠砂法在该地区应用时效果不佳。为了解决这一问题，需采用更为高效的技术方案，以提高砂土的压实度和地基稳定性，从而确保管道系统的长期安全运行。优化后的地基处理方法不仅有助于提高施工效率，还能有效降低水资源消耗，具有较好的应用前景。

一、半沙漠地带管道地基处理的背景与挑战

（一）地理环境与地质特点

半沙漠地带具有独特的地理环境，其气候干旱，降水稀少，植被覆盖率低。地表多为松散的砂土，颗粒间粘结力弱，稳定性差。这种地质条件下，砂土的含水量通常较低，且分布不均匀。地下水位较深，难以依靠自然水源改善砂土的工程性质。在长期的风化和侵蚀作用下，砂土的颗粒级配可能存在一定缺陷，缺乏足够的细颗粒来填充孔隙，进一步影响地基的密实度。

（二）管道建设的重要性及地基处理要求

在半沙漠地带，管道建设对于水资源调配、能源输送等基础设施工程具有关键意义。它能够实现跨区域的资源传输，满足当地生产生活需求，促进区域经济发展。然而，由于管道需要长期承载输送介质的压力，且要抵御半沙漠地带复杂的地质环境影响，对地基的稳定性和承载能力提出了极高要求【1】。地基必须具备足够的强度和均匀性，以防止管道因地基沉降、变形而发生破裂、泄漏等安全事故，确保管道系统的长期安全运行。

（三）传统地基处理方法的困境

传统的水坠砂法在半沙漠地带管道地基处理中应用广泛，但存在明显不足。在施工过程中，单纯依靠水浸泡砂土，水分难以在短时间内均匀渗透到砂层深处。由于砂土颗粒松散，水的渗透路径复杂，容易形成局部积水或水流通道，导致砂粒湿润不均匀。这使得砂粒之间难以充分填充和压实，无法有效减少孔隙比，进而难以达到理想的压实状态，无法满足管道地基对压实度的严格要求，给管道工程的质量和安全带来潜在风险。

二、“机械搅拌+水坠砂法”的创新技术方案

（一）设备选择

针对半沙漠地带的地质特性和工程需求，选用小型挖掘机作为主要的机械搅拌设备。小型挖掘机具有灵活性高、操作便捷的特点，其铲斗容量和挖掘力能够满足对砂层的有效搅拌。同时配备合适功率的水泵，以确保在蓄水过程中能够提供稳定的水流。水泵功率选择1.5kw，水管管径为65mm，既能保证一定的水流量，又便于在施工现场进行布置和操作。

（二）搅拌方式

当蓄水操作启动之际，小型挖掘机同步开启搅拌任务。挖掘机以其灵活的机械臂控制铲斗，精准地插入砂层底部，开启对砂层的深度搅动。铲斗在砂层中先是自下而上地大力翻动，犹如犁地一般，将底部砂粒翻至上层，让不同深度的砂粒得以混合，打破原有砂层可能存在的分层结构【2】。随后，铲斗进行左右方向的剧烈搅动，其动作幅度和频率经过精心设计，确保砂粒在水平方向也能充分分散。在搅拌的同时，蓄水持续进行，水流在不断运动的砂粒间穿梭，迅速填充因砂粒翻动而产生的空隙。在整个搅拌过程中，挖掘机铲斗的协同动作有效地打乱了砂粒的原有排列，确保了砂层的均匀湿润。随着水分的渗透，砂粒间的空隙逐渐减小，从而提高了密实度。这一步骤为后续的碾压作业奠定了基础。在碾压阶段，首先使用装砂装载机进行初步碾压，以确保砂层的平整和初步压实，之后采用压路机进行细致碾压，以实现理想的密实效果，进一步提升地基的稳定性和承载能力。

（三）操作流程

施工起始阶段，人工精心构建分格围堰。依据工程规划，精确设定围堰尺寸为9.2m×3.5m或4.6m×3m，高度严格限制在20 - 30cm之间，宽度确保不小于20cm，以形成稳固的分格区域。围堰成功搭建后，1.5kw功率的水泵经由65mm管径的水管，源源不断地向围堰内输水蓄水，此时水流流速稍大，促使水面快速上升。于此同时，小型挖掘机迅速就位，开始在砂层中进行深度搅拌作业，其铲斗在砂层中反复穿梭、翻动。在搅拌进程中，不间断地蓄水操作确保水面始终维持在一定高度，且砂基顶面的水深稳定保持不小于10cm，为砂粒湿润提供充足水源。伴随蓄水与搅拌的持续推进，砂粒逐渐被水浸润，开始发生沉降现象。一旦察觉砂层出现下沉状况，施工人员依据预先设定的设计标高要求，精准地补充砂层，随后再次启动搅拌和蓄水流程。整个施工期间，施工人员全神贯注地观察砂粒沉降态势以及水分渗透情况，确保砂粒充分沉淀，提高密度。然而，值得注意的是，无论是单纯的水坠法还是结合机械搅拌的水坠砂法，碾压工序都是不可或缺的。单纯的水坠或机械+水坠法不足以达到所需的密实度，必须通过碾压进一步压实砂土。在碾压过程中，通常先用装砂装载机进行初步碾压，之后使用压路机进行更细致的碾压，以达到理想的密实效果。

三、优化技术在工程实践中的应用成果

（一）压实度数据对比

在实际工程中，选取多个检测点对采用“机械搅拌+水坠砂法”处理后的地基压实度进行检测。以试验段桩号K11+715.34-K11+915.34为例，该段长度200m，水坠厚度1000mm，处理后要求压实度≥95%。检测结果显示，在水坠砂基础顶面下-20cm和-80cm处的不同检测点，压实度均达到了较高水平。如11+725左第2层，实测含水率6.7%，实测干密度1.70g/cm³，最大干密度1.76g/cm³，实测压实度达到96.6%；11+830左第2层，实测含水率6.0%，实测干密度1.72g/cm³，压实度为97.7%。整体检测数据表明，各检测点压实度均符合设计要求且多数高于95%，相比传统水坠砂法处理后的压实度有显著提升。

（二）地基沉降观测结果

对地基沉降进行长期观测，设置多个沉降观测点，定期记录沉降数据。观测结果显示，在管道铺设后的一段时间内，地基沉降量极小且趋于稳定。在初始阶段，沉降速率较快，但随着时间推移，沉降速率迅速降低，在较短时间内达到稳定状态【3】。这表明采用“机械搅拌+水坠砂法”处理后的地基具有良好的稳定性，砂粒经过充分搅拌和压实后，形成了较为稳定的结构，有效抵抗了上部荷载的作用，减少了地基沉降的可能性，进一步验证了该技术方案在提高地基承载能力方面的有效性。

（三）施工效率与质量综合评估

从施工效率来看，该技术方案在保证压实度的同时，提高了施工速度。如方案二（小型挖掘机配合水坠施工）每日工程量可达50m，相比传统施工方案有明显提高。在施工质量方面，除了压实度和沉降观测结果良好外，处理后的地基表面平整度也较好，有利于后续管道铺设作业。此外，在用水量方面，以9.2×3.5m方格计算，方案二用水量为20m³，较传统方法更为节约。综合各项指标，“机械搅拌+水坠砂法”在半沙漠地带管道地基处理中展现出了高效、优质、经济的特点，有力地证明了其在解决地基压实度问题上的可靠性，为半沙漠地带管道工程地基处理提供了切实可行的技术支持。

结语：

“机械搅拌+水坠砂法”技术在半沙漠地带显著提升地基压实度和稳定性，有效解决渗水不均和压实度不足，为碾压工序提供理想条件。实验和实践结果表明，该方法能够显著提高施工效率，减少用水量，且施工质量得到保障。在未来的管道建设项目中，这种技术方案有望广泛应用，并为类似环境条件下的基础设施建设提供有力的技术支持。随着相关技术的进一步完善，预计这一方案将在更多复杂地质条件下发挥重要作用。

参考文献：

[1]王赛,陈思佚,朱鸿彬.土库曼斯坦某项目地基处理中水坠砂法的应用[J].石油工程建设,2020,46(04):47-50+68.

[2]钟仕林.沙漠地基水坠处理的现场试验研究[J].油气田地面工程,2018,37(04):17-20.

[3]关夏,朱昌伟.水坠砂法在塔中沙漠地区地基处理中的应用[J].建设监理,2017,(06):76-78.