加筋土反壓回填技術在膨脹土地層高路塹邊坡的運用

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、硬結現象，并能反復膨脹變形。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、化學固體和土工合成材料加固技術。新建玉溪至磨憨線鐵路西雙版納隧道全長10680m，全隧地質復雜，施工周期長，是全線重點控制工程，隧道進口段路基DK347+840～DK348+044段為深路塹設計，同時該段路塹又屬膨脹性粉質粘土地層，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造進洞條件，該段路塹施工周期直接影響隧道進洞和全線重要控制工程的節點工期。本案例圍繞優化洞口深路塹施工工藝、壓縮節點工期、控制膨脹邊坡穩定、綠色環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，完美實現了工期提前、邊坡穩定、環保經濟的綜合效果，也為重點控制工程西雙版納隧道早日進洞提供了5.5個月的寶貴時間，保障了全線工期。

1 工程概況

新建鐵路玉溪至磨憨線YMZQ-16標段DK347+840～DK348+044右側長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沖洪積層（Q4al+pl）粉質黏土，經取樣試驗具弱～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。開挖路塹經過開挖卸載，平衡條件被改變，邊坡后期易發生病害。

2 初步設計方案

本膨脹土路塹段施工圖設計中，設置四級路塹邊坡、兩排錨固抗滑樁防護，坡面采用錨桿框架梁內灌草進行護坡防護（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右側長152m為第二級塹坡；在DK347+988～DK348+044右側長56m為第三級塹坡，均設計錨桿框架梁內灌草進行護坡防護。

錨桿框架梁采用C35鋼筋砼現澆，節點間距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

結合原設計方案施工周期長，且自當年7月份開始施工，隧道具備進洞條件時間為次年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，設置三級路塹邊坡、一排錨固抗滑樁防護，坡面采用錨桿框架梁內灌草進行護坡防護（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右側長112m為第二級塹坡；均設計錨桿框架梁內灌草進行護坡防護。

錨桿框架梁采用C35鋼筋砼現澆，節點間距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個月，較原方案提前5.5個月，自當年7月份開始施工，當年12月份達到隧道進洞條件，且成功避開了當地雨季，保障了隧道進洞施工安全。

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

要點：玉磨鐵路DK347+840～DK348+044段為膨脹土三級邊坡，采用錨桿框架梁護坡防護，框架內采用灌草護坡防護，路塹坡腳設錨固樁，樁間設樁間擋土墻。采用由上而下逐層分臺階一次超挖成型直至路肩設計高程，然后自上向下分層施作錨桿框架梁，比傳統的逐層開挖、逐層施工作坡面防護節約約2.5個月；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，又節約了3個月，總工期減少了5.5個月，提前保障了隧道進洞時間。

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（截水溝）施工技術

膨脹土邊坡路塹正式開挖前，及時完善排水系統，做好路塹頂截、排水設施，路塹頂為土質或有軟弱夾層時，及時鋪砌天溝并采取其他防滲措施。路塹施工前開挖區保持排水系統通暢，臨時排水設施與永久性排水設施相結合，并與原有排水系統相適配。

截水溝設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%。坡土質大于200‰，石質大于400‰的位置，設置基座，以保證縱坡穩定。截水天溝根據地形向線路兩側排水，引入自然溝渠、路塹天溝中，根據天溝排水流量調整下游側溝尺寸。（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

路塹邊坡設置“加筋土反壓路堤坡面”防護，段內左側路塹邊坡預留足夠保護厚度，在施作邊坡防護時清刷到原施工圖設計邊坡線，水平超挖不小于6m，同時開挖大臺階高2m、寬3～4m。右側路塹逐層分臺階進行開挖，臺階高度2m，大臺階寬度4m，由上而下分層開挖至路肩設計高程。

路塹錯臺分層開挖，從上到下分層依次進行開挖。待上臺階開挖到一定程度，不影響下臺階工作安全時，即可同時進行下臺階開挖作業，挖除下臺階可挖的數量。

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，適當晾干后再行開挖。

4.2 加筋土反壓路基坡面施工技術

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

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，格柵寬度通鋪至臺階邊緣。首先平整臺階頂面，清除表面堅硬突出物，并進行壓實，水平鋪設土工格柵，土工格柵采用雙向經編綸土工格柵，幅寬4m，格柵內孔尺寸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。土工格柵鋪設時應拉緊展平插釘固定，不褶皺扭曲，并與基面密貼。

鋪設完土工格柵采用細粒土（非膨脹土）或風化軟質巖等非硬質巖塊填筑路塹邊坡，分層進行壓實，壓實系數不小于0.9，壓實后按要求進行壓實檢測，每次檢測合格后方可進行下一層填筑。

4.2.2 反壓回填第二、第三級邊坡加筋土

4.3 膨脹土高路塹防護施工技術

要點：采用“路塹一次超挖成型、加筋土反壓回填”技術，對原設計方案兩道錨固樁進行優化，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，實現了節能環保的作用。具體的施工要點如下：

4.3.1 錨桿框架梁施工流程

4.3.2 錨桿框架梁施工要點

鉆孔機具選擇：根據錨固地層的類別、錨桿孔徑、錨桿深度及施工場地條件等來選擇鉆孔設備。本項目采用潛孔鉆機進行鉆孔，滿足現場12m鉆孔深度要求。鉆進方式：鉆孔要求干鉆，禁止采用水鉆，確保孔壁的粘接性能。框架梁施工：框架梁自下而上布置，框架梁混凝土采用C35鋼筋混凝土進行澆筑。

4.4 路基邊坡沉降監測控制技術

膨脹土路基采用加筋土反壓坡面防護措施后能否達到預期的效果，需要通過現場測試和跟蹤監測。

圖5 路塹邊坡一次開挖成型

圖6 反壓回填分層壓實

圖7 分層鋪設土工格柵

圖8 施作錨桿框架梁防護坡面

圖9 成型后的路塹邊坡

4.4.1 監測測點布置

新建玉溪至磨憨鐵路DK347+840～DK348+044段用于穩定性監測的位移邊樁設置縱向每隔50m設置一個觀測斷面，位移監控測量樁位設四個，路堤段兩側距坡腳5-10m處各設一個樁位，坡腰左右兩側各設一個，監測斷面的布置情況見表1及圖10和圖11所示。

圖10 雙路塹邊坡監測點布置圖

圖11 單路塹邊坡監測點布置圖

表1 路基監測斷面位置表

4.4.2 監測技術要求及監測頻次

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

5 結論

①該項技術通過一次性開挖成型、優化防護結構、簡化施工工序等措施，較原設計方案加快了施工進度，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”，實現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膨脹地層關鍵外因，解決了邊坡穩定問題，保障了鐵路邊坡的運營安全。③采用“路基一次超挖成型、加筋土反壓回填”的方法對原設計方案需要自上向下逐排施工兩道錨固樁進行優化，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，實現了節能環保的作用。④膨脹土在我國分布較為廣泛，在進行基礎設施建設中，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，較為詳細地介紹了膨脹土高路塹施工工藝及相關要求。本文從具體實踐出發，總結出“分臺階開挖+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間，提高了施工效率。本文還介紹了高邊坡防護及監測施工過程，全方位地對膨脹土路塹施工進行了說明，不僅為本項目隧道進洞施工創造了條件，還為類似工程再施工提供借鑒。