加筋土反壓回填技術(shù)在膨脹土地層高路塹邊坡的運(yùn)用

0 引言

膨脹土中含有較多的蒙脫石、伊利石等黏土礦物，浸水后體積劇烈膨脹，失水后體積顯著收縮，具有遇水膨脹、軟化、崩解和失水急劇收縮、開裂、硬結(jié)現(xiàn)象，并能反復(fù)膨脹變形。其常見的病害種類有路塹邊坡剝落、沖蝕、泥流、膨脹變形、表面溜塌、滑坡等。膨脹土路塹施工方法的選擇對后期線路的運(yùn)行影響更加明顯。對于膨脹土的處治，目前用得最多的是換土、濕度控制、化學(xué)固體和土工合成材料加固技術(shù)。新建玉溪至磨憨線鐵路西雙版納隧道全長10680m，全隧地質(zhì)復(fù)雜，施工周期長，是全線重點(diǎn)控制工程，隧道進(jìn)口段路基DK347+840～DK348+044段為深路塹設(shè)計(jì)，同時(shí)該段路塹又屬膨脹性粉質(zhì)粘土地層，按照施工工序，必須該段路塹成型后方能為西雙版納隧道創(chuàng)造進(jìn)洞條件，該段路塹施工周期直接影響隧道進(jìn)洞和全線重要控制工程的節(jié)點(diǎn)工期。本案例圍繞優(yōu)化洞口深路塹施工工藝、壓縮節(jié)點(diǎn)工期、控制膨脹邊坡穩(wěn)定、綠色環(huán)保等方面展開工藝研究，最終以“路堤式加筋土反壓路塹坡面”技術(shù)，完美實(shí)現(xiàn)了工期提前、邊坡穩(wěn)定、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的綜合效果，也為重點(diǎn)控制工程西雙版納隧道早日進(jìn)洞提供了5.5個(gè)月的寶貴時(shí)間，保障了全線工期。

1 工程概況

新建鐵路玉溪至磨憨線YMZQ-16標(biāo)段DK347+840～DK348+044右側(cè)長204m路塹邊坡，為膨脹土高路塹，最大開挖高度26m。本段上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）粉質(zhì)黏土，經(jīng)取樣試驗(yàn)具弱～中等膨脹性，其自由膨脹率為43%～44%，蒙脫石含量M=7.17%～8.12%，陽離子交換量CEC（NH）=170.90～132.50mmol/kg；膨脹力Pp=13～26kPa。開挖路塹經(jīng)過開挖卸載，平衡條件被改變，邊坡后期易發(fā)生病害。

2 初步設(shè)計(jì)方案

本膨脹土路塹段施工圖設(shè)計(jì)中，設(shè)置四級路塹邊坡、兩排錨固抗滑樁防護(hù)，坡面采用錨桿框架梁內(nèi)灌草進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)（詳見圖1）。

圖1 原雙排錨固抗滑樁方案邊坡剖面圖

在DK347+840～DK348+044右側(cè)長204m第一排錨固樁樁頂以上為第一級塹坡；在DK347+892～DK348+044右側(cè)長152m為第二級塹坡；在DK347+988～DK348+044右側(cè)長56m為第三級塹坡，均設(shè)計(jì)錨桿框架梁內(nèi)灌草進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)。

錨桿框架梁采用C35鋼筋砼現(xiàn)澆，節(jié)點(diǎn)間距3.0m，正方形布置。錨桿采用單根φ32HRB400螺紋鋼筋制作，錨桿長度為12m。

3 路基式加筋土反壓路塹坡面方案

結(jié)合原設(shè)計(jì)方案施工周期長，且自當(dāng)年7月份開始施工，隧道具備進(jìn)洞條件時(shí)間為次年6月份，正值工程所在地雨季，各方面條件對隧道進(jìn)洞都不利好的情況，對本路塹施工方案采用路基式加筋土反壓路塹坡面方案。

采用的加筋土反壓路塹坡面方案中，設(shè)置三級路塹邊坡、一排錨固抗滑樁防護(hù)，坡面采用錨桿框架梁內(nèi)灌草進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)（詳見圖2）。

圖2 路基式加筋土反壓路塹方案邊坡剖面圖

在DK347+840～DK348+044右側(cè)長204m第一排錨固樁樁頂以上為第一級塹坡；在DK347+912～DK348+024右側(cè)長112m為第二級塹坡；均設(shè)計(jì)錨桿框架梁內(nèi)灌草進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)。

錨桿框架梁采用C35鋼筋砼現(xiàn)澆，節(jié)點(diǎn)間距3.0m，正方形布置。錨桿采用單根φ32HRB400螺紋鋼筋制作，錨桿長度為12m。

采用加筋土反壓路塹坡面方案后，該段路塹施工總工期6個(gè)月，較原方案提前5.5個(gè)月，自當(dāng)年7月份開始施工，當(dāng)年12月份達(dá)到隧道進(jìn)洞條件，且成功避開了當(dāng)?shù)赜昙?，保障了隧道進(jìn)洞施工安全。

4 路基式加筋土反壓路塹坡面施工工藝及控制措施

4.1 膨脹土高路塹一次性開挖成型施工技術(shù)

要點(diǎn)：玉磨鐵路DK347+840～DK348+044段為膨脹土三級邊坡，采用錨桿框架梁護(hù)坡防護(hù)，框架內(nèi)采用灌草護(hù)坡防護(hù)，路塹坡腳設(shè)錨固樁，樁間設(shè)樁間擋土墻。采用由上而下逐層分臺(tái)階一次超挖成型直至路肩設(shè)計(jì)高程，然后自上向下分層施作錨桿框架梁，比傳統(tǒng)的逐層開挖、逐層施工作坡面防護(hù)節(jié)約約2.5個(gè)月；新方案通過反壓邊坡后，坡面地層膨脹力得到平衡，減少了第二排錨固搞滑樁，又節(jié)約了3個(gè)月，總工期減少了5.5個(gè)月，提前保障了隧道進(jìn)洞時(shí)間。

4.1.1 膨脹土路基段高路塹開挖施工工藝流程圖（圖3）

圖3 膨脹土高路塹路基施工流程圖

4.1.2 膨脹土高路塹開挖前防護(hù)（截水溝）施工技術(shù)

膨脹土邊坡路塹正式開挖前，及時(shí)完善排水系統(tǒng)，做好路塹頂截、排水設(shè)施，路塹頂為土質(zhì)或有軟弱夾層時(shí)，及時(shí)鋪砌天溝并采取其他防滲措施。路塹施工前開挖區(qū)保持排水系統(tǒng)通暢，臨時(shí)排水設(shè)施與永久性排水設(shè)施相結(jié)合，并與原有排水系統(tǒng)相適配。

截水溝設(shè)在邊坡開挖邊緣線以外5～8m距離。為防止泥沙淤積，截水溝溝底縱坡不小于3%。坡土質(zhì)大于200‰，石質(zhì)大于400‰的位置，設(shè)置基座，以保證縱坡穩(wěn)定。截水天溝根據(jù)地形向線路兩側(cè)排水，引入自然溝渠、路塹天溝中，根據(jù)天溝排水流量調(diào)整下游側(cè)溝尺寸。（圖4）

圖4 截水天溝布置示意圖

4.1.3 膨脹土高路塹開挖施工技術(shù)

路塹邊坡設(shè)置“加筋土反壓路堤坡面”防護(hù)，段內(nèi)左側(cè)路塹邊坡預(yù)留足夠保護(hù)厚度，在施作邊坡防護(hù)時(shí)清刷到原施工圖設(shè)計(jì)邊坡線，水平超挖不小于6m，同時(shí)開挖大臺(tái)階高2m、寬3～4m。右側(cè)路塹逐層分臺(tái)階進(jìn)行開挖，臺(tái)階高度2m，大臺(tái)階寬度4m，由上而下分層開挖至路肩設(shè)計(jì)高程。

路塹錯(cuò)臺(tái)分層開挖，從上到下分層依次進(jìn)行開挖。待上臺(tái)階開挖到一定程度，不影響下臺(tái)階工作安全時(shí)，即可同時(shí)進(jìn)行下臺(tái)階開挖作業(yè)，挖除下臺(tái)階可挖的數(shù)量。

膨脹土路塹施工開挖面始終保持不小于4%的排水坡，防止積水，對黏性較大，含水量較高的黏性土，適當(dāng)晾干后再行開挖。

4.2 加筋土反壓路基坡面施工技術(shù)

要點(diǎn)：采用“路堤式加筋土反壓回填路塹坡面”技術(shù)，可保證對整個(gè)路塹坡面采用加筋土分層反壓填筑，坡面暴露時(shí)間短，增加坡面穩(wěn)定性，對后期運(yùn)營安全效果顯著。

4.2.1 反壓回填第一級邊坡加筋土

加筋土反壓回填由下向上分層進(jìn)行反壓回填，坡面采用土工格柵分層加筋，層間距0.6m，格柵寬度通鋪至臺(tái)階邊緣。首先平整臺(tái)階頂面，清除表面堅(jiān)硬突出物，并進(jìn)行壓實(shí)，水平鋪設(shè)土工格柵，土工格柵采用雙向經(jīng)編綸土工格柵，幅寬4m，格柵內(nèi)孔尺寸15～30mm，土工格柵沿線路方向接長采用搭接法，搭接寬度不小于30cm。土工格柵鋪設(shè)時(shí)應(yīng)拉緊展平插釘固定，不褶皺扭曲，并與基面密貼。

鋪設(shè)完土工格柵采用細(xì)粒土（非膨脹土）或風(fēng)化軟質(zhì)巖等非硬質(zhì)巖塊填筑路塹邊坡，分層進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.9，壓實(shí)后按要求進(jìn)行壓實(shí)檢測，每次檢測合格后方可進(jìn)行下一層填筑。

4.2.2 反壓回填第二、第三級邊坡加筋土

4.3 膨脹土高路塹防護(hù)施工技術(shù)

要點(diǎn)：采用“路塹一次超挖成型、加筋土反壓回填”技術(shù)，對原設(shè)計(jì)方案兩道錨固樁進(jìn)行優(yōu)化，只留下坡腳的錨固樁，利用本地土源和減少建筑材料圬工的使用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的作用。具體的施工要點(diǎn)如下：

4.3.1 錨桿框架梁施工流程

4.3.2 錨桿框架梁施工要點(diǎn)

鉆孔機(jī)具選擇：根據(jù)錨固地層的類別、錨桿孔徑、錨桿深度及施工場地條件等來選擇鉆孔設(shè)備。本項(xiàng)目采用潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，滿足現(xiàn)場12m鉆孔深度要求。鉆進(jìn)方式：鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，確?？妆诘恼辰有阅??？蚣芰菏┕ぃ嚎蚣芰鹤韵露喜贾?，框架梁混凝土采用C35鋼筋混凝土進(jìn)行澆筑。

4.4 路基邊坡沉降監(jiān)測控制技術(shù)

膨脹土路基采用加筋土反壓坡面防護(hù)措施后能否達(dá)到預(yù)期的效果，需要通過現(xiàn)場測試和跟蹤監(jiān)測。

圖5 路塹邊坡一次開挖成型

圖6 反壓回填分層壓實(shí)

圖7 分層鋪設(shè)土工格柵

圖8 施作錨桿框架梁防護(hù)坡面

圖9 成型后的路塹邊坡

4.4.1 監(jiān)測測點(diǎn)布置

新建玉溪至磨憨鐵路DK347+840～DK348+044段用于穩(wěn)定性監(jiān)測的位移邊樁設(shè)置縱向每隔50m設(shè)置一個(gè)觀測斷面，位移監(jiān)控測量樁位設(shè)四個(gè)，路堤段兩側(cè)距坡腳5-10m處各設(shè)一個(gè)樁位，坡腰左右兩側(cè)各設(shè)一個(gè)，監(jiān)測斷面的布置情況見表1及圖10和圖11所示。

圖10 雙路塹邊坡監(jiān)測點(diǎn)布置圖

圖11 單路塹邊坡監(jiān)測點(diǎn)布置圖

表1 路基監(jiān)測斷面位置表

4.4.2 監(jiān)測技術(shù)要求及監(jiān)測頻次

邊坡測點(diǎn)的沉降主要是通過光學(xué)測量獲得的，測量儀器必須選用精度不低于DS1級的精密水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)尺采用與精密水準(zhǔn)儀相配套的銦瓦尺，三腳架采用固定式腳架。各測點(diǎn)的初值進(jìn)行三次平行監(jiān)測；護(hù)坡完成后的15天內(nèi)，每三天監(jiān)測一次；護(hù)坡完成后15天～1個(gè)月期間，每周監(jiān)測一次；護(hù)坡完成后1個(gè)月～6個(gè)月期間，每月監(jiān)測一次；護(hù)坡完成6個(gè)月以后，每3個(gè)月監(jiān)測一次；如遇天氣突然變化，在變化后監(jiān)測一次，以后按上述原則進(jìn)行。

5 結(jié)論

①該項(xiàng)技術(shù)通過一次性開挖成型、優(yōu)化防護(hù)結(jié)構(gòu)、簡化施工工序等措施，較原設(shè)計(jì)方案加快了施工進(jìn)度，保障了工期，解決了特定困難條件下的隧道施工。②通過“加筋土反壓回填技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)了快速開挖快速封閉、隔絕外界降水浸擾膨脹地層、反壓荷載平衡土體膨脹力等幾個(gè)膨脹地層關(guān)鍵外因，解決了邊坡穩(wěn)定問題，保障了鐵路邊坡的運(yùn)營安全。③采用“路基一次超挖成型、加筋土反壓回填”的方法對原設(shè)計(jì)方案需要自上向下逐排施工兩道錨固樁進(jìn)行優(yōu)化，利用本地土源替代部分錨固樁，減少了建筑材料圬工的使用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的作用。④膨脹土在我國分布較為廣泛，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，路堤與路塹較為常見，本文以新建玉溪至磨憨鐵路工程為背景，較為詳細(xì)地介紹了膨脹土高路塹施工工藝及相關(guān)要求。本文從具體實(shí)踐出發(fā)，總結(jié)出“分臺(tái)階開挖+加筋土反壓回填”的一次成型施工方法，有效地縮短了路塹開挖時(shí)間，提高了施工效率。本文還介紹了高邊坡防護(hù)及監(jiān)測施工過程，全方位地對膨脹土路塹施工進(jìn)行了說明，不僅為本項(xiàng)目隧道進(jìn)洞施工創(chuàng)造了條件，還為類似工程再施工提供借鑒。