沙漠地区地表固化方法以及结构与流程

本发明涉及风沙防治领域，具体涉及一种沙漠地区地表固化方法以及结构。

背景技术：

沙漠地区地域辽阔，近年来越来越多的工程开发项目在沙漠地区开展。而沙漠工程中，沙害是最重要的灾害之一。沙害直接威胁工程建设及可持续发展。而沙漠工程中首要的沙害治理就是实现工程区地表固化。

现有技术中，沙漠工程区地表固化的方法有以下几种：砾石覆盖；混凝土固化；砖块等建筑石材铺设；化学固化剂固化。

由于沙漠工程区地表固化具有特殊性，发明人发现，上述各种方法均有其缺陷，具体如下：

(1)砾石覆盖。砾石是活动的，行车等外力作用下会对其迅速的破坏而失去作用，造成下覆的流沙出露，随着项目区后续工程发展，沙害会再次发生。

(2)混凝土固化和砖块等建筑石材铺设。实施成本巨大，适用于小面积区域使用，无法满足大面积沙漠工程的对经济成本的要求。

(3)化学固化剂固化。该方法实施成本巨大，同时其对环境负面污染，无法满足项目环保要求标准。

另外，上述各种方法均存在下述缺陷：上述方式均无法满足更高环保对沙害治理的要求。

技术实现要素：

本发明提出一种沙漠地区地表固化方法以及结构。

本发明实施例提供一种沙漠地区地表固化方法，包括以下步骤：

移走待固化地区硬质层上方的风积沙；

取出待固化地区硬质层；

取出待固化地区的岩层物质；

将上述的风积沙回填得到回填层；

在回填层表面铺上覆盖层；其中，所述覆盖层为所述岩层物质的碎块或粉屑。

在一些实施例中，上述的步骤将上述的风积沙回填，包括：

将移走的风积沙从底层到顶层分层固化。

在一些实施例中，每一层所述风积沙的固化操作都包括下述步骤：

铺设风积沙；

在该层风积沙的顶面洒水；

压实该层风积沙，以得到设定厚度的风积沙层。

在一些实施例中，设定厚度为15cm～50cm。

在一些实施例中，设定厚度为15cm～30cm。

在一些实施例中，步骤所述压实该层风积沙，包括：

采用振动压路机碾压10～15遍风积沙。

在一些实施例中，所述在该层风积沙的顶面洒水包括：在该层风积沙的顶面洒水，直至含水率为：风积沙层最优含水率±5％。

在一些实施例中，步骤将上述的风积沙回填，包括：

将取出的硬质层混合在所述风积沙中回填。

在一些实施例中，步骤在回填后的风积沙表面铺上覆盖层，包括：

铺设设定厚度的覆盖层；

在该层覆盖层的顶面洒水；

压实该层覆盖层。

在一些实施例中，所述在该层覆盖层的顶面洒水包括：在该层覆盖层的顶面洒水，直至含水率为：覆盖层最优含水率±5％。

在一些实施例中，所述覆盖层的厚度为10cm～40cm。

在一些实施例中，所述覆盖层的厚度为15cm～30cm。

在一些实施例中，沙漠地区地表固化方法还包括以下步骤：

在所述覆盖层的上方喷洒化学固化剂。

在一些实施例中，将取出的岩层物质碾压或粉碎以得到岩层物质的碎块或粉屑。

在一些实施例中，所述岩层物质选自以下至少其中一种：灰岩、石膏岩。

在一些实施例中，沙漠地区地表固化方法还包括以下步骤：

对覆盖层和风积沙层进行层顶标高测量和压实系数检测，以检测固化层是否满足场平高度及要求；

如果标高未达标，再次对覆盖层进行回填碾压，直到满足场平要求。

本发明另一些实施例还提供一种沙漠地区地表固化结构，包括：

回填层，所述回填层包括风积沙层；

覆盖层，位于所述风积沙层的上方。

在一些实施例中，沙漠地区地表固化结构还包括：

固化剂层，位于所述覆盖层的顶面。

在一些实施例中，所述回填层的厚度为15cm～50cm；和/或，所述覆盖层的厚度为10cm～40cm。

工程开挖项目要求满足项目区场内挖填土方平衡和总土方量最小条件，即减小项目区内的砂土外运和项目区外砂土运进。沙漠工程区地表固化过程中，地表堆积大量的积沙如何处理是一个亟待解决的问题。

本发明实施例提供的沙漠地区地表固化方法，采用的是沙漠地区地下岩层物质，就地取材，原料简单，施工也方便，能够高效地完成工程区地表固化工程，达到了因地制宜，因材施教的治沙目的。由于原料取自项目区内地上和地下，环保无污染，满足了环保标准。进一步地，由于原料成本低，施工方便，满足工程项目对经济成本的要求。最后，根据工程开挖项目的要求，工程区场平须满足项目区场内挖填土方平衡和总土方量最小条件，尽量减小项目区内的砂土外运和项目区外砂土运进，，而本发明实施例提供的沙漠地区地表固化方法，通过将项目区地表的积沙回填，地下的岩层物质覆盖地表表面，这样可以达到土方平衡要求，又节省了成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的沙漠地区地表固化方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的沙漠地区地表固化方法中风积沙层的固化流程示意图；

图3为本发明实施例提供的沙漠地区地表固化方法中覆盖层的固化流程示意图；

图4为本发明实施例提供的沙漠地区地表固化前的结构示意图；

图5为本发明一些实施例提供的沙漠地区地表固化结构的示意图；

图6为本发明另一些实施例提供的沙漠地区地表固化结构的示意图；

附图标记：1、回填层；2、覆盖层；3、固化剂层；4、硬质层；5、岩层物质；6、砂岩；7、风积沙；8、地平面；11、风积沙层。

具体实施方式

下面结合图1～图6对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

沙漠工程区地表固化具有其特殊性，工程开挖因为涉及到众多规定，不同区域、不同国家有不同的环保及工程要求，如何在满足项目区场内挖填土方平衡和总土方量最小条件，即几乎在项目区内的砂土不外运和项目区外砂土不运进的前提下完成，是目前一些沙漠区域亟需考虑的问题。另外，沙漠工程区地表固化，还需要考虑以下方面：(1)工程区地表固化是整个工程首要完成的工程，时间要求紧，不然会推迟整个项目进展以及后续工程规划，因此能否高效施工是重要的考虑方面。(2)工程区地表固化对环保要求高，使用的材料必须要满足环保要求标准。(3)经济成本要求，因为工程区面积较大，其经济成本不能太大，太大的经济成本势必会增加项目工程难度，可行性较小。(4)工程区地表固化不影响后续工程、设备、组件正常工作。

本发明实施例提供一种沙漠地区地表固化方法，具体涉及一种基于土方平衡的沙漠工程区地表固化方法，尤其适用于地下分布有大量岩石物质的沙漠工程区。岩层物质5的主要成分为灰岩和石膏岩(gypsum)。其中，灰岩为砂屑灰岩、粉砂灰岩、粉砂屑灰岩三者其中之一或者其混合物，该灰岩也称为gatch。

参见图4，沙漠地区的地质结构为：而沙漠地区的地质结构主要分三层，最上面一层为地表硬质层4，中间一层为岩层物质5，最底层为砂岩6。

硬质层4的上表面作为地平面8。硬质层4主要成分为风积沙7、碎石砾石及风化的砂岩6，非常密实，但胶结性较差。硬质层4的厚度为0.5m～1.5m，易碎。硬质层4上方为流动的风积沙7。

岩层物质5具有压缩性特征。砂岩6在沙漠地区地下埋藏量丰富，易破碎，无黏性。破碎后，砂岩6最大粒径不超过5cm，砂岩6破碎后的粒径比风积沙7粗。

在实施本发明实施例提供的沙漠地区地表固化方法之前，先对在项目区范围内对岩层物质5勘探评估。勘探采用挖矿坑或者打钻孔的方式，挖掘的深度为2m～10m，以挖出岩层物质5底部为止。岩层物质5的特征是：岩层物质5底部之下为砂岩6。砂岩6偏红色，而烟尘偏白色；而且岩层物质5偏硬但易破碎。测量岩层物质5及表层的硬质层4的厚度深度等数据。

开始固化之前，在整个项目区均匀分散挖掘矿坑或者打钻孔。根据数据进行插值等空间分析，计算出岩层物质5储量及空间分布，然后规划好开挖区域及堆积区域。根据土方平衡要求，确定场平高度。所谓场平即场地平整，是指：通过挖高填低，将原始地面改造成满足人们生产、生活需要的场地平面，具体到项目上，就是将原始天然地面改造成工程上所要求的设计平面。

本发明一些实施例提供的沙漠地区地表固化方法包括以下步骤：

步骤s10、移走待固化地区硬质层4上方的风积沙7。

风积沙7是指沙漠地区地表上的沙粒。风积沙7粒径主要分布在0.075mm～0.250mm之间，物质组成中约90％为石英、长石等轻矿物为主，风积沙7全世界干旱区普遍存在，储量大。

根据工程项目挖填土方平衡要求，整个项目区的风积沙7不能外移。需要进行地表固化的区域面积比较大，实际施工过程中，需要分区域逐步施工，可以先将整个项目区划分为多个子区域，在一个子区域施工时，将该子区域的风积沙7运移、堆积、存储于相邻的其他子区域。存储的风积沙7的表面可以覆盖防尘网，防止起尘。

步骤s20、取出待固化地区硬质层4。

在上述的步骤s20中，比如采用铲车等将地表的硬质层4挖走，运移、堆积、存储于相邻的其他子区域。硬质层4主要成分为风积沙7、碎石砾石及风化的砂岩6。硬质层4结构密实，但胶结性较差，硬质层4的厚度为0.5m～1.5m。

硬质层4偏红色且易破碎。岩层物质5偏白色，可以根据颜色快速区分地基的各层结构。亦可采用其他方法分辨，地基的各层结构。挖出的硬质层4单独堆积，可以作为风积沙7的辅料使用。在堆积硬质层4时，硬质层4的表面可以覆盖防尘网，以防止起尘。

步骤s30、取出待固化地区的岩层物质5。

岩层物质5的主要包括：灰岩和石膏岩(gypsum)。其中，灰岩为砂屑灰岩、粉砂灰岩、粉砂屑灰岩三者其中之一或者其混合物，该灰岩也称为gatch。采用挖掘机等重型机械以及铲车挖掘岩层物质5。挖掘出的岩层物质5迅速运送到堆积区域进行存放，尽量避免岩层物质5与风积沙7和砂岩6混合。取出的岩层物质5表面可以覆盖防尘网，防止起尘。

岩层物质5的取出深度与上述步骤s10中的风积沙7量正相关；风积沙7的量越多，需要取出的岩层物质5越多；风积沙7的量越少，需要取出的岩层物质5越少。

步骤s40、将上述的风积沙7回填得到回填层1。

风积沙7在回填时，一层层填埋。具体来说，先铺设一定厚度的风积沙7，然后洒水、压实。这一层的风积沙层11形成后，再在该风积沙层11的表面再铺设一定的风积沙7。然后再洒水、压实，以形成第二层风积沙层11。

风积沙层11的厚度，由挖出来的岩层物质5的深度、风积沙层11的量共同确定。如果风积沙7的量特别多，那么挖出来的岩层物质5的量也可以尽量多一些比如将岩层物质5全部挖出，直至露出地表下方的砂岩层物质5，尽量使得风积沙7后续能够全部埋到岩层物质5坑里。如果风积沙7的量特别少，那么岩层物质5不一定需要挖到最底部，只要岩层物质5挖出来的深度满足风积沙7最后填埋的要求即可。

在一些实施例中，回填层1包括三层风积沙层11。底层风积沙层11压实后，再铺设中间层的风积沙层11。中间层的风积沙层11压实后，再铺设顶层的风积沙层11。每一层的风积沙层11的厚度为15cm～50cm。进一步地，每一层的风积沙层11的厚度为15cm～30cm。此处需要说明的是，风积沙层11的厚度是指压实前得到的风积沙层11的厚度。

在一些实施例中，采用拖土机和平地机铺设风积沙7。

在一些实施例中，上述的步骤s40具体包括：将移走的风积沙7从底层到顶层分层固化。所谓分层固化，是指将全部要固化的风积沙7按照预先设定的固化厚度一层固化，整个回填层1包括一层或者多层风积沙7。分层固化能够得到更加紧实、承载能力更高的回填层1。

参见图2，在一些实施例中，每一层风积沙7的固化操作都包括下述步骤：

步骤s401，铺设风积沙7。

步骤s402，在该层风积沙7的顶面洒水。

所谓顶面洒水是指，洒水采用层顶洒水的方法，从层顶洒水让水自由下渗。对于风积沙等无黏性材料，水在土颗粒压实过程中起到了润滑作用，更有利沙颗粒被振动，重新排列挤密，更易于被压实。

在实施地表固化的过程中，采用的水可以为淡水。因为沙漠地区淡水稀缺，采用水罐车从项目区之外拉运过来。

在实施地表固化的过程中，洒的水也可以是咸水。如果该地区地下水为咸水，可以开采直接用。如果该地区靠近海边，而且环保条件满足，可以使用海水。如果该地区靠近附近有盐湖，可以使用盐湖的卤水。咸水里含有多种化合物，可以更进一步地促进回填层1板结。

在该层风积沙7的顶面洒水，直至含水率为：风积沙层最优含水率±5％。风积沙层最优含水率为n。风积沙层11的含水率m具体比如为：n-5％至n+5％。或者为，n-4％至n+5％，或者为，n-1％至n+5％。或者为n至n+4％，或者为，n-2％至n+3％，或者为n-1％至n+5％。风积沙层最优含水率是指：风积沙层的压实曲线中，最大干容重相对应的含水量。

步骤s403，压实该层风积沙7，以得到风积沙层11。

碾压第一层风积沙7，碾压遍数为10～15遍。碾压采用设备为振动压路机，重量20t以上，振动频率0hz～31hz，振幅0.9mm～1.8mm，速度2～5km/h。当碾压遍数2～4遍，就可以达到或超过压实系数0.90的要求；碾压遍数10～12遍时，其压实系数可达0.96～0.99，满足工程要求标准。

所谓压实系数(coefficientofcompaction)是指：路基经压实实际达到的干密度与由击实试验得到的试样的最大干密度的比值k。路基的压实质量以施工压实度k％表示。压实系数愈接近1，表明压实质量要求越高。最大干密度相对应的含水量是指最佳含水量。

在得到第一层风积沙层11之后，重复上述的步骤s401～s403，以得到其他各层风积沙层11。

在另一些实施例中，上述的步骤s40将上述的风积沙7回填，包括：将取出的硬质层4混合在风积沙7中回填。回填层1可以采用风积沙7与硬质层4的混合物。将硬质层7也作为回填物质，更易满足场平要求，并且硬质层7不需要过多的额外处理操作就能够得到颗粒度比较小的物料。

步骤s50、在回填层1表面铺上覆盖层2。其中，覆盖层2为岩层物质5的碎块或粉屑。

铺设的覆盖层2的材质由挖掘出来的岩层物质5的材质确定，比如为砂屑灰岩、粉砂灰岩、粉砂屑灰岩、石膏岩、或者其混合物。在一些实施例中，先将取出的岩层物质5碾压或者粉碎以得到岩层物质5的碎块或粉屑，该碎块或粉屑用于后续作为覆盖层2。

覆盖层2的厚度为10cm～40cm，具体比如为15cm～30cm。

参见图3，在一些实施例中，上述的步骤s50在回填后的风积沙7表面铺上覆盖层2，具体包括：

步骤s501，铺设设定厚度的覆盖层2。

步骤s502，在该层覆盖层2的顶面洒水。

所谓顶面洒水是指，洒水采用层顶洒水的方法，从层顶洒水让水自由下渗。对于风积沙等无黏性材料，水在土颗粒压实过程中起到了润滑作用，更有利沙颗粒被振动，重新排列挤密，更易于被压实。

在实施地表固化的过程中，采用的水可以为淡水。因为沙漠地区淡水稀缺，采用水罐车从项目区之外拉运过来。

在实施地表固化的过程中，洒的水也可以是咸水。如果该地区地下水为咸水，可以开采直接用。如果该地区靠近海边，而且环保条件满足，可以使用海水。如果该地区靠近附近有盐湖，可以使用盐湖的卤水。咸水里含有多种化合物，可以更进一步地促进覆盖层2板结。

步骤s503，压实该层覆盖层2。

碾压覆盖层2，经实验当碾压遍数2～4遍，就可以达到或超过压实系数0.90的要求，碾压遍数10～12遍时，其压实系数可达0.96～0.97，满足工程要求标准。

覆盖层2压实后，对覆盖层2的压实系数进行检测以检测是否满足工程要求。如果不满足工程要求，再次碾压，直至满足工程要求。

在一些实施例中，在该层覆盖层2的顶面洒水包括：在该层覆盖层2的顶面洒水，直至覆盖层2的含水率为：覆盖层最优含水率±5％。覆盖层最优含水率为b。覆盖层2的含水率a具体比如为：b-5％至b+5％。或者为，b-3％至b+5％，或者为，b至b+5％。或者为b至b+4％，或者为，b-2％至b+3％。其中，覆盖层最优含水率是指：覆盖层的压实曲线中，最大干容重相对应的含水量。

在一些实施例中，覆盖层2的厚度为10cm～40cm，比如为10cm、20cm、30cm、40cm。

在一些实施例中，覆盖层2的厚度为15cm～30cm，比如为15cm、20cm、25cm、30cm。

在上述的步骤s50之后，还包括以下步骤s60：对整个固化层进行层顶标高测量和压实系数检测，以检测固化层是否满足场平高度及要求。如果标高未达标，可以再次对覆盖层2进行回填碾压，直到满足场平要求。

在一些实施例中，沙漠地区地表固化方法还包括以下步骤s70：在覆盖层2的上方喷洒化学固化剂，以得到固化剂层3。

为了防止起尘，在形成的固化层的覆盖层2上面再喷洒化学固化剂。化学固化剂在覆盖层2表面形成一层胶结层，即固化剂层3，固化剂层3防止了地面受机械等破坏而形成粉尘释放。

本发明实施例还提供一种沙漠地区地表固化结构，其比如采用本发明实施例上述任一沙漠地区地表固化方法得到。

参见图4和图5，本发明实施例提供的沙漠地区地表固化结构，包括回填层1以及覆盖层2。回填层1包括风积沙层11。覆盖层2位于风积沙层11的上方。

采用风积沙7形成风积沙层7，在满足场平要求下，满足了沙漠地区地表固化要求，更降低了施工难度和施工成本，提高了施工效率。

参见图5和图6，在一些实施例中，沙漠地区地表固化结构还包括固化剂层3，固化剂层3位于覆盖层2的顶面。固化剂层3防止了地面受机械等破坏而形成粉尘释放。

在一些实施例中，回填层1的厚度为15cm～50cm。和/或，覆盖层2的厚度为10cm～40cm。

参见图5，在一些实施例中，风积沙7的量比较多，所以需要将全部的岩层物质5挖出，以满足项目区场平的要求。所以，沙漠地区地表固化后，风积沙层11的下方直接为砂岩6。

参见图6，在一些实施例中，风积沙7的量比较多，所以不需要将全部的岩层物质5挖出，就能满足项目区场平的要求。所以，沙漠地区地表固化后，风积沙层11的下方直接为剩余未挖的岩层物质5，岩层物质5的下方为砂岩6。

上述技术方案，将项目区地表的风积沙7作为回填物质，形成回填层1，回填层1包括至少一层风积沙层11。而项目区地下的岩层物质5作为固化层最上面的覆盖层2。上述技术方案，既满足了项目区内的土方平衡，又达到了工程区地表固化和消失积沙的目的，同时完成了场平工程。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。