談坑邊路基和邊坡防護(hù)施工治理

劉洪發(fā)

(中國(guó)神華煤制油化工有限公司北京工程分公司(施工管理部)，北京 100011)

0 引言

路基是鐵道線路的重要組成部分，是軌道的基礎(chǔ)設(shè)施。路基的穩(wěn)定將直接影響到車輛運(yùn)行的安全，在地質(zhì)的變化和受到自然環(huán)境的破壞下，路基邊坡會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，造成滑坡和塌陷，危及行車安全，造成事故的發(fā)生。為此，對(duì)于路基邊坡的各種病害必須給以高度重視。本文以具體工程為例，談?wù)勆袢A煤直接液化項(xiàng)目廠外鐵路在露天煤礦采空區(qū)處鐵路路基邊坡防護(hù)的施工治理。

1 工程概況

神華煤制油液化項(xiàng)目廠外鐵路是神華煤直接液化廠專用線，與神華神東公司補(bǔ)連塔煤礦專用線并行等高設(shè)計(jì)。

廠外鐵路位于神華神東公司補(bǔ)連塔煤礦專用線右側(cè)露天采空區(qū)，煤坑用雜填土回填。采空區(qū)未填部分，經(jīng)雨水沉積及地下水滲入形成水坑，即8號(hào)坑?？哟笾鲁仕倪呅?，南北向長(zhǎng)約490 m，東西向長(zhǎng)約368 m，水深平均10 m，水面距原地面高差2 m～11 m不等。廠外鐵路聯(lián)絡(luò)線和預(yù)留線及一條進(jìn)入廠內(nèi)鐵路裝置公路從8號(hào)采礦坑西側(cè)經(jīng)過(guò)，西側(cè)坑長(zhǎng)約490 m。

由于8號(hào)坑西側(cè)為建筑垃圾和煤矸石回填，回填質(zhì)量不高、坡度較陡，形成不穩(wěn)定的土質(zhì)結(jié)構(gòu)。在外力和自然條件的影響下，邊坡均出現(xiàn)不同情況的塌陷和滑坡，并在坡頂出現(xiàn)拉裂裂紋。在廠外鐵路的詳細(xì)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)院實(shí)地勘察，做出了治理設(shè)計(jì)方案。但在廠外鐵路未施工前，由于對(duì)廠內(nèi)鐵路裝置區(qū)的地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理(在8號(hào)坑的北側(cè)，距離約為50 m，地基采用了8 000 kN·m高夯擊能強(qiáng)夯處理)，在強(qiáng)夯處理的動(dòng)荷載作用下，導(dǎo)致西側(cè)出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的邊坡塌陷及失穩(wěn)，坡頂產(chǎn)生的裂縫局部有10 cm左右，隨時(shí)都有坍塌的危險(xiǎn)。已嚴(yán)重影響到了西側(cè)規(guī)劃的鐵路線和公路的建設(shè)。局部塌陷距既有的鐵路煤專線不到10 m，也嚴(yán)重的影響到了既有線的安全。針對(duì)該情況，西側(cè)路基和邊坡必須要進(jìn)行換填和防護(hù)治理。

2 方案選擇及施工

由于露天采空區(qū)8號(hào)坑西側(cè)為建筑垃圾和煤矸石回填，采坑回填未經(jīng)夯實(shí)，回填質(zhì)量不高，結(jié)構(gòu)較松散，且各種回填土透水性均較好，形成不穩(wěn)定的土質(zhì)結(jié)構(gòu)。

針對(duì)露天采空區(qū)8號(hào)坑西側(cè)邊坡現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)院做出了路基和邊坡治理的方案，即拋填片石壓坡腳→土方開(kāi)挖→旋噴樁止水帷幕→土方換填→漿砌片石護(hù)坡。

施工示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 路基和邊坡治理施工示意圖

2.1 拋填片石壓坡腳

按設(shè)計(jì)方案要求進(jìn)行拋填片擠壓西側(cè)坡腳，使坡腳穩(wěn)定。拋填片石方向?yàn)橛赡媳眰?cè)同時(shí)拋填，逐漸向中間合龍，填筑上部寬度為4 m。填筑高度為高于水面2 m，上部采用較小石塊填塞墊平。片石填筑合龍并拋填到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用壓路機(jī)振動(dòng)碾壓3遍～5遍，直到密實(shí)。在拋填片石壓坡腳工程施工完畢后，即進(jìn)行打樁平臺(tái)施工，打樁平臺(tái)采用粗粒土回填。

2.2 土方開(kāi)挖

根據(jù)開(kāi)挖設(shè)計(jì)橫斷面，定出開(kāi)挖邊線。開(kāi)挖采取自上而下作業(yè)，不得亂挖。路基開(kāi)挖逐層施工，開(kāi)挖棄方在指定的棄土場(chǎng)進(jìn)行棄置。為保證施工中邊坡的穩(wěn)定，采用階梯式進(jìn)行開(kāi)挖。開(kāi)挖中要注意邊坡臺(tái)階的整修，避免邊坡不順，其交接處分層留臺(tái)階。當(dāng)發(fā)現(xiàn)土層性質(zhì)變化時(shí)，及時(shí)修改開(kāi)挖邊坡。挖方標(biāo)高應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)高開(kāi)挖避免超挖，基層壓實(shí)度均不應(yīng)小于85%進(jìn)行換填土施工。

2.3 高壓旋噴樁工藝及施工方法

本工程的地基治理中采用高壓旋噴樁施工工藝。

旋噴樁的特點(diǎn)是：可提高地基的抗剪強(qiáng)度，適用于任何軟弱地基，如濕陷性黃土、人工填土及碎石土等軟弱土層的地基加固。設(shè)備較簡(jiǎn)單、輕便，機(jī)械化程度高，施工簡(jiǎn)便。高壓旋噴防水帷幕適用于松散地層透水地基防滲的處理，有著造價(jià)低，工藝簡(jiǎn)單，工期短的優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)的帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等相比，又有著處理效果明顯及徹底的優(yōu)點(diǎn)。

2.3.1 施工工藝

本工程高壓旋噴施工是增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性和防水防滲。按設(shè)計(jì)要求在坡腳處設(shè)兩排旋噴樁，設(shè)計(jì)樁徑為600 mm，間距為450 mm，樁長(zhǎng)度為12 m，樁間搭接150 mm，呈梅花形布置。每排孔按跳孔施工并保證樁的連續(xù)搭接，發(fā)揮了帷幕止水的作用。旋噴樁采用GX-1型旋噴機(jī)進(jìn)行旋噴施工。

1)施工工藝流程：鉆機(jī)就位→插管至設(shè)計(jì)標(biāo)高→噴射作業(yè)→邊旋噴邊提升→提升至樁頂標(biāo)高→成樁完畢→清洗機(jī)具設(shè)備、移機(jī)到下一樁位。

2)旋噴材料及配比：水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1。水泥漿攪拌時(shí)間不少于30 s，在施工中嚴(yán)格控制水泥漿液比重。水泥漿在噴射施工前1 h內(nèi)配置，用濾網(wǎng)過(guò)濾去硬塊、雜物等，以免在噴射作業(yè)中堵塞管路和噴嘴。

2.3.2 施工方法

1)測(cè)量放樣：清理、平整場(chǎng)地，依據(jù)設(shè)計(jì)布設(shè)樁位，并進(jìn)行標(biāo)記。

2)確定旋噴樁的工藝參數(shù)：通過(guò)試樁確定成樁直徑為600 mm的高壓旋噴樁施工工藝參數(shù)如下：漿液：壓力20 MPa，流量85 L/min～90 L/min;提升速度：15 cm/min;旋轉(zhuǎn)速度：17 rad/min;水灰比：1∶1;漿液比重1.4 g/cm3～1.6 g/cm3。

3)鉆機(jī)就位：將鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)樁位上，對(duì)準(zhǔn)樁點(diǎn)，縱橫向偏差不得大于20 mm?？刂沏@機(jī)垂直度偏差在1%以內(nèi)，作平臺(tái)水平校正，固定好樁機(jī)。

4)鉆孔插管：鉆孔插管將噴管插入地層設(shè)計(jì)的深度，在鉆孔插管施工過(guò)程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊射水、邊插管施工，要控制插孔速度。水壓力不得大于1 MPa，若壓力過(guò)高，容易將孔壁射塌。

5)噴射作業(yè)：旋噴管達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)。按試樁確定的參數(shù)，控制漿液比重、注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度，并作好記錄。要時(shí)刻注意檢查漿液初凝時(shí)間(正常時(shí)水泥漿的初凝時(shí)間為2 h左右)，當(dāng)漿液初凝時(shí)間超過(guò)2 h應(yīng)及時(shí)停止使用該水泥漿液。

6)清洗、轉(zhuǎn)移機(jī)具：噴射作業(yè)完成后，待注漿管和機(jī)具設(shè)備沖洗干凈后，把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位就位。

2.3.3 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及措施

1)在施工過(guò)程中旋噴樁插管遇到了阻力，采用上下竄動(dòng)插管的方法作業(yè)，使插管達(dá)到設(shè)計(jì)深度位置。若不能做到，則跳過(guò)此樁，施工下一根樁，此樁位需要進(jìn)行重新成孔。

2)在高壓噴射注漿過(guò)程中出現(xiàn)了壓力變化或冒漿等不正常的現(xiàn)象，要查明原因，并采取相應(yīng)的措施。處理完故障后將停噴點(diǎn)下移1.0 m處再進(jìn)行重新的噴射接樁作業(yè)。

3)在噴射過(guò)程中，出現(xiàn)了堵塞噴嘴現(xiàn)象，要及時(shí)的更換鉆頭。

4)在旋噴過(guò)程中，通常會(huì)有一定量的土粒，伴隨著部分漿液并沿著注漿管壁冒出地面來(lái)。我們通過(guò)對(duì)冒漿的實(shí)際情況，可以判斷出土層的實(shí)際狀況、旋噴效果以及旋噴參數(shù)設(shè)置的是否合理。冒漿量小于注漿量的20%都視為是正常現(xiàn)象，超過(guò)20%或者完全不冒漿時(shí)，則需要查明原因，并采取以下相關(guān)措施：a.地層中存在較大的空隙，會(huì)引起不冒漿現(xiàn)象，這種情況可以在漿液中摻入少量的速凝劑，這樣就能縮短固結(jié)時(shí)間，使得漿液能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行凝固。此外，還可以在空隙處適當(dāng)增加注漿量，空隙得到填充后再進(jìn)行旋噴作業(yè)。b.造成冒漿量很大的主要原因就是噴射有效范圍和注漿不相協(xié)調(diào)，注漿量往往超出了定噴固結(jié)所需要的漿量。能夠減小冒漿的辦法主要有三個(gè)：其一是提高噴射壓力;其二是減小噴嘴的口徑;其三就是有效控制好固結(jié)體的形狀。

5)在噴射工藝中，為了防止縮徑和斷樁等相關(guān)現(xiàn)象的發(fā)生，要嚴(yán)格控制好噴漿的壓力和提升速度。

2.3.4 土方回填施工

施工工藝流程：測(cè)量放樣→土質(zhì)試驗(yàn)→分層攤鋪→分層碾壓密實(shí)→密實(shí)度檢驗(yàn)。

施工方法：1)采取橫斷面全寬、縱向分層填筑方法施工?；靥钣昧喜捎猛诰驒C(jī)配合自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)、裝載機(jī)進(jìn)行攤鋪，20 t壓路機(jī)碾壓。2)每層松鋪厚度不超過(guò)50 cm，每層填料鋪設(shè)的寬度，超出路基的設(shè)計(jì)寬度0.3 m，以保證修整路基邊坡后的路基邊緣有足夠的壓實(shí)度。3)路基填料進(jìn)場(chǎng)前先測(cè)定其含水量，壓實(shí)時(shí)的含水量應(yīng)控制在最佳含水量的±3%范圍內(nèi)。碾壓速度控制在3 km/h～5 km/h，輪跡重疊30 cm～40 cm，碾壓遍數(shù)5遍～6遍，第一遍和最后一遍是靜壓，其余為振壓。密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再進(jìn)行下道工序的施工。4)回填施工按設(shè)計(jì)標(biāo)高填筑完成后，進(jìn)行平整、測(cè)量，每20 m設(shè)一樁，并用壓路機(jī)碾壓使路面光潔無(wú)浮土。邊坡依據(jù)所放的邊線樁，按設(shè)計(jì)坡率掛線清除超填部分的土方，使坡面達(dá)到順、平、直。

2.3.5 漿砌片石護(hù)坡施工

施工工藝流程：施工前準(zhǔn)備→測(cè)量放線→坡面修整→砂礫墊層→坡面漿砌→勾縫。

1)進(jìn)行施工放樣，并應(yīng)掛線施工，以保證線形和表面平整度。坡面的松散土層、浮土進(jìn)行夯實(shí)處理，直到土體穩(wěn)定。2)砂礫墊層鋪設(shè);清除護(hù)坡坡面的松散結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行灑水，在基底平整、密實(shí)后即可進(jìn)行砂礫墊層的鋪設(shè)。砂墊層鋪設(shè)厚度為10 cm，鋪設(shè)平整，密實(shí)。3)邊坡自底向頂依次砌筑，施工時(shí)須掛線砌筑，并經(jīng)常對(duì)其復(fù)核，以保證線型平順、砌體平整。4)砌石采用擠漿法砌筑，砌體表面必須平順、圓滑、砂漿要飽滿，無(wú)通縫、角縫和瞎縫。按設(shè)計(jì)圖紙要求預(yù)留泄水孔，確保排水順暢。5)護(hù)坡勾縫勾成凹縫，勾出的縫面平整光滑、密實(shí)，嚴(yán)格控制勾縫時(shí)間，不在低溫下進(jìn)行，勾縫后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防局部脫落。

2.3.6 旋噴樁、路基、邊坡治理施工質(zhì)量控制

旋噴樁施工：1)施工前先打一組試樁(3根)，從而確定施工的各項(xiàng)參數(shù)。開(kāi)工前召開(kāi)質(zhì)量專題會(huì)，進(jìn)行技術(shù)交底。不得使用不合格的或失效的水泥。2)為保證旋噴樁的施工質(zhì)量，使旋噴樁之間能有效的搭接在一起，鉆孔和旋噴樁的垂直度控制在1%范圍以內(nèi)。3)在施工中嚴(yán)格按試樁確定的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，隨時(shí)檢查水泥用量，確保樁基的噴漿飽滿。4)在施工過(guò)程中要及時(shí)檢查驗(yàn)收孔深及斜率，確保技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)不合格的樁，要采取補(bǔ)救措施。

土方回填施工：1)回填施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制填料的含水量，含水量控制在最佳含水量±3%時(shí)進(jìn)行碾壓。由于本地區(qū)氣候干燥、少雨，土質(zhì)的保水性差，在靜置一定時(shí)間或隨著車輛上料的過(guò)程中的碾壓，表面易形成浮土層。所以在上土前，在前一土層適量灑水，并用壓路機(jī)碾壓密實(shí)，防止表層產(chǎn)生彈性體，影響下一層施工質(zhì)量。2)土方回填要嚴(yán)格控制每層的厚度不得大于50 cm，每層壓實(shí)后，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行壓實(shí)度(灌砂法)試驗(yàn)，達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行上一層的土方回填。

漿砌片石護(hù)坡施工：1)砌石采用擠漿法砌筑。砌體石料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)符合規(guī)范要求;石料堅(jiān)硬，不易風(fēng)化，無(wú)裂紋，表面干凈;片石大小合適，用于面層的片石厚度不得小于20 cm，且棱角明顯，線條整齊，表面平整，一般片石的厚度不得小于15 cm。2)砌筑砂漿的強(qiáng)度及所用原材料質(zhì)量，均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定，砂漿拌合應(yīng)有良好的和易性并隨拌隨用。

3 治理效果

8號(hào)坑西側(cè)的路基和邊坡治理從2005年8月開(kāi)始施工同年10月份完成，歷時(shí)90 d時(shí)間。在施工中嚴(yán)控施工過(guò)程中的質(zhì)量，治理工程竣工后，通過(guò)這幾年的鐵路和公路的運(yùn)行，未產(chǎn)生位移滑動(dòng)，邊坡穩(wěn)定，達(dá)到了治理效果，滿足了設(shè)計(jì)運(yùn)行要求。

4 結(jié)語(yǔ)

路基邊坡失穩(wěn)是常見(jiàn)的一種自然災(zāi)害。邊坡的治理，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)特點(diǎn)和自然環(huán)境情況，分析邊坡變形破壞的原因，綜合考慮，才能制定出切合實(shí)際的治理方案，同時(shí)要嚴(yán)格控制施工過(guò)程中的施工質(zhì)量，才能達(dá)到徹底治理邊坡病害的目的，為鐵路安全運(yùn)行提供可靠的保障。

［1］ TB 10202-2002，鐵路路基施工規(guī)范［S］.

［2］ 高壓旋噴注漿技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ 王吉望.高壓噴射注漿法［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［4］ 李 聰.山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2011，37(9)：138-139.