加筋土反压回填技术在膨胀土地层高路堑边坡的运用

0 引言

膨胀土中含有较多的蒙脱石、伊利石等黏土矿物，浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩，具有遇水膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩、开裂、硬结现象，并能反复膨胀变形。其常见的病害种类有路堑边坡剥落、冲蚀、泥流、膨胀变形、表面溜塌、滑坡等。膨胀土路堑施工方法的选择对后期线路的运行影响更加明显。对于膨胀土的处治，目前用得最多的是换土、湿度控制、化学固体和土工合成材料加固技术。新建玉溪至磨憨线铁路西双版纳隧道全长10680m，全隧地质复杂，施工周期长，是全线重点控制工程，隧道进口段路基DK347+840～DK348+044段为深路堑设计，同时该段路堑又属膨胀性粉质粘土地层，按照施工工序，必须该段路堑成型后方能为西双版纳隧道创造进洞条件，该段路堑施工周期直接影响隧道进洞和全线重要控制工程的节点工期。本案例围绕优化洞口深路堑施工工艺、压缩节点工期、控制膨胀边坡稳定、绿色环保等方面展开工艺研究，最终以“路堤式加筋土反压路堑坡面”技术，完美实现了工期提前、边坡稳定、环保经济的综合效果，也为重点控制工程西双版纳隧道早日进洞提供了5.5个月的宝贵时间，保障了全线工期。

1 工程概况

新建铁路玉溪至磨憨线YMZQ-16标段DK347+840～DK348+044右侧长204m路堑边坡，为膨胀土高路堑，最大开挖高度26m。本段上覆第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）粉质黏土，经取样试验具弱～中等膨胀性，其自由膨胀率为43%～44%，蒙脱石含量M=7.17%～8.12%，阳离子交换量CEC（NH）=170.90～132.50mmol/kg；膨胀力Pp=13～26kPa。开挖路堑经过开挖卸载，平衡条件被改变，边坡后期易发生病害。

2 初步设计方案

本膨胀土路堑段施工图设计中，设置四级路堑边坡、两排锚固抗滑桩防护，坡面采用锚杆框架梁内灌草进行护坡防护（详见图1）。

图1 原双排锚固抗滑桩方案边坡剖面图

在DK347+840～DK348+044右侧长204m第一排锚固桩桩顶以上为第一级堑坡；在DK347+892～DK348+044右侧长152m为第二级堑坡；在DK347+988～DK348+044右侧长56m为第三级堑坡，均设计锚杆框架梁内灌草进行护坡防护。

锚杆框架梁采用C35钢筋砼现浇，节点间距3.0m，正方形布置。锚杆采用单根φ32HRB400螺纹钢筋制作，锚杆长度为12m。

3 路基式加筋土反压路堑坡面方案

结合原设计方案施工周期长，且自当年7月份开始施工，隧道具备进洞条件时间为次年6月份，正值工程所在地雨季，各方面条件对隧道进洞都不利好的情况，对本路堑施工方案采用路基式加筋土反压路堑坡面方案。

采用的加筋土反压路堑坡面方案中，设置三级路堑边坡、一排锚固抗滑桩防护，坡面采用锚杆框架梁内灌草进行护坡防护（详见图2）。

图2 路基式加筋土反压路堑方案边坡剖面图

在DK347+840～DK348+044右侧长204m第一排锚固桩桩顶以上为第一级堑坡；在DK347+912～DK348+024右侧长112m为第二级堑坡；均设计锚杆框架梁内灌草进行护坡防护。

锚杆框架梁采用C35钢筋砼现浇，节点间距3.0m，正方形布置。锚杆采用单根φ32HRB400螺纹钢筋制作，锚杆长度为12m。

采用加筋土反压路堑坡面方案后，该段路堑施工总工期6个月，较原方案提前5.5个月，自当年7月份开始施工，当年12月份达到隧道进洞条件，且成功避开了当地雨季，保障了隧道进洞施工安全。

4 路基式加筋土反压路堑坡面施工工艺及控制措施

4.1 膨胀土高路堑一次性开挖成型施工技术

要点：玉磨铁路DK347+840～DK348+044段为膨胀土三级边坡，采用锚杆框架梁护坡防护，框架内采用灌草护坡防护，路堑坡脚设锚固桩，桩间设桩间挡土墙。采用由上而下逐层分台阶一次超挖成型直至路肩设计高程，然后自上向下分层施作锚杆框架梁，比传统的逐层开挖、逐层施工作坡面防护节约约2.5个月；新方案通过反压边坡后，坡面地层膨胀力得到平衡，减少了第二排锚固搞滑桩，又节约了3个月，总工期减少了5.5个月，提前保障了隧道进洞时间。

4.1.1 膨胀土路基段高路堑开挖施工工艺流程图（图3）

图3 膨胀土高路堑路基施工流程图

4.1.2 膨胀土高路堑开挖前防护（截水沟）施工技术

膨胀土边坡路堑正式开挖前，及时完善排水系统，做好路堑顶截、排水设施，路堑顶为土质或有软弱夹层时，及时铺砌天沟并采取其他防渗措施。路堑施工前开挖区保持排水系统通畅，临时排水设施与永久性排水设施相结合，并与原有排水系统相适配。

截水沟设在边坡开挖边缘线以外5～8m距离。为防止泥沙淤积，截水沟沟底纵坡不小于3%。坡土质大于200‰，石质大于400‰的位置，设置基座，以保证纵坡稳定。截水天沟根据地形向线路两侧排水，引入自然沟渠、路堑天沟中，根据天沟排水流量调整下游侧沟尺寸。（图4）

图4 截水天沟布置示意图

4.1.3 膨胀土高路堑开挖施工技术

路堑边坡设置“加筋土反压路堤坡面”防护，段内左侧路堑边坡预留足够保护厚度，在施作边坡防护时清刷到原施工图设计边坡线，水平超挖不小于6m，同时开挖大台阶高2m、宽3～4m。右侧路堑逐层分台阶进行开挖，台阶高度2m，大台阶宽度4m，由上而下分层开挖至路肩设计高程。

路堑错台分层开挖，从上到下分层依次进行开挖。待上台阶开挖到一定程度，不影响下台阶工作安全时，即可同时进行下台阶开挖作业，挖除下台阶可挖的数量。

膨胀土路堑施工开挖面始终保持不小于4%的排水坡，防止积水，对黏性较大，含水量较高的黏性土，适当晾干后再行开挖。

4.2 加筋土反压路基坡面施工技术

要点：采用“路堤式加筋土反压回填路堑坡面”技术，可保证对整个路堑坡面采用加筋土分层反压填筑，坡面暴露时间短，增加坡面稳定性，对后期运营安全效果显著。

4.2.1 反压回填第一级边坡加筋土

加筋土反压回填由下向上分层进行反压回填，坡面采用土工格栅分层加筋，层间距0.6m，格栅宽度通铺至台阶边缘。首先平整台阶顶面，清除表面坚硬突出物，并进行压实，水平铺设土工格栅，土工格栅采用双向经编纶土工格栅，幅宽4m，格栅内孔尺寸15～30mm，土工格栅沿线路方向接长采用搭接法，搭接宽度不小于30cm。土工格栅铺设时应拉紧展平插钉固定，不褶皱扭曲，并与基面密贴。

铺设完土工格栅采用细粒土（非膨胀土）或风化软质岩等非硬质岩块填筑路堑边坡，分层进行压实，压实系数不小于0.9，压实后按要求进行压实检测，每次检测合格后方可进行下一层填筑。

4.2.2 反压回填第二、第三级边坡加筋土

4.3 膨胀土高路堑防护施工技术

要点：采用“路堑一次超挖成型、加筋土反压回填”技术，对原设计方案两道锚固桩进行优化，只留下坡脚的锚固桩，利用本地土源和减少建筑材料圬工的使用，实现了节能环保的作用。具体的施工要点如下：

4.3.1 锚杆框架梁施工流程

4.3.2 锚杆框架梁施工要点

钻孔机具选择：根据锚固地层的类别、锚杆孔径、锚杆深度及施工场地条件等来选择钻孔设备。本项目采用潜孔钻机进行钻孔，满足现场12m钻孔深度要求。钻进方式：钻孔要求干钻，禁止采用水钻，确保孔壁的粘接性能。框架梁施工：框架梁自下而上布置，框架梁混凝土采用C35钢筋混凝土进行浇筑。

4.4 路基边坡沉降监测控制技术

膨胀土路基采用加筋土反压坡面防护措施后能否达到预期的效果，需要通过现场测试和跟踪监测。

图5 路堑边坡一次开挖成型

图6 反压回填分层压实

图7 分层铺设土工格栅

图8 施作锚杆框架梁防护坡面

图9 成型后的路堑边坡

4.4.1 监测测点布置

新建玉溪至磨憨铁路DK347+840～DK348+044段用于稳定性监测的位移边桩设置纵向每隔50m设置一个观测断面，位移监控测量桩位设四个，路堤段两侧距坡脚5-10m处各设一个桩位，坡腰左右两侧各设一个，监测断面的布置情况见表1及图10和图11所示。

图10 双路堑边坡监测点布置图

图11 单路堑边坡监测点布置图

表1 路基监测断面位置表

4.4.2 监测技术要求及监测频次

边坡测点的沉降主要是通过光学测量获得的，测量仪器必须选用精度不低于DS1级的精密水准仪，水准尺采用与精密水准仪相配套的铟瓦尺，三脚架采用固定式脚架。各测点的初值进行三次平行监测；护坡完成后的15天内，每三天监测一次；护坡完成后15天～1个月期间，每周监测一次；护坡完成后1个月～6个月期间，每月监测一次；护坡完成6个月以后，每3个月监测一次；如遇天气突然变化，在变化后监测一次，以后按上述原则进行。

5 结论

①该项技术通过一次性开挖成型、优化防护结构、简化施工工序等措施，较原设计方案加快了施工进度，保障了工期，解决了特定困难条件下的隧道施工。②通过“加筋土反压回填技术”，实现了快速开挖快速封闭、隔绝外界降水浸扰膨胀地层、反压荷载平衡土体膨胀力等几个膨胀地层关键外因，解决了边坡稳定问题，保障了铁路边坡的运营安全。③采用“路基一次超挖成型、加筋土反压回填”的方法对原设计方案需要自上向下逐排施工两道锚固桩进行优化，利用本地土源替代部分锚固桩，减少了建筑材料圬工的使用，实现了节能环保的作用。④膨胀土在我国分布较为广泛，在进行基础设施建设中，路堤与路堑较为常见，本文以新建玉溪至磨憨铁路工程为背景，较为详细地介绍了膨胀土高路堑施工工艺及相关要求。本文从具体实践出发，总结出“分台阶开挖+加筋土反压回填”的一次成型施工方法，有效地缩短了路堑开挖时间，提高了施工效率。本文还介绍了高边坡防护及监测施工过程，全方位地对膨胀土路堑施工进行了说明，不仅为本项目隧道进洞施工创造了条件，还为类似工程再施工提供借鉴。