中铁二十二局集团有限公司北京
摘要:膨胀土因其特殊的特性,在工程施工中具有极大的危害,以吉图珲客专膨胀土深路堑路段施工为例,通过分析研究实验,提出防水+坡面防护+支挡加固相结合的治理措施,较好地解决了施工过程中的难题,为类似工程提供借鉴。
关键词:膨胀土;滑坡;防排水;支挡;治理
1工程概况
新建吉林至珲春铁路,西起吉林,东至珲春。正线长度360.602km,其中,全线设置9个车站,设计标准为时速250km/h,有砟轨道,铁路等级为客运专线。
其中GDK275+437.60-GDK276+466.46段路基工程,全段为中-强膨胀岩(土)深路堑。路堑边坡最大挖深为26.3m,路堑边坡坡率1:2.0~1:2.5两种,边坡分五级,一、二、三、四级边坡平台分级高度5m,分级平台宽3m,两侧坡脚均设置单排桩板墙。边坡防护主要采用框架锚杆和拱型截水骨架防护。一级边坡采用框架锚杆支护,其余边坡采用拱型截水骨架内铺六棱砖与草灌结合防护。
2滑坡的形成原因及概况
2.1滑坡原因
膨胀土主要由亲水性矿物蒙脱石组成是一种高塑性黏土,它具有吸水后膨胀鼓起和失水后收缩开裂的性质。该段路堑施工时,受延吉地区持续降雨影响,土体内白垩系泥岩胶结性差,抗风化能力弱,遇水易崩解软化,泥岩及风化物具有中~强膨胀性,形成延吉盆地膨胀土特有的“蠕滑拉裂,梯级牵引,大雨大动,无雨微动”的独特病害特征。致使坡面及坡脚稳定性急剧下降,出现坍塌变形,向后方牵引;同时进一步增大下滑力,滑坡变形更加严重。
2.2滑坡概况
该段路堑施工时,受延吉地区持续降雨及复杂地质条件的影响,该段路堑左侧边坡出现工程滑坡,路堑左侧工程滑坡侧缘裂缝发育、已贯通,左侧裂缝自某处坡口向后呈弧状延伸,施工便道、水沟均拉裂变形,变形最大处下错约1.0m,拉裂约50cm。堑顶可见三条平行线路方向的裂缝,形成滑坡的前、中、后三级后缘。
3滑坡灾害分析
3.1防水
水是造成边坡失稳(滑坡)发生和发展的重要影响因素,尤其对于膨胀土边坡,膨胀土表层基本为非饱和土,在降雨雨水入渗边坡过程中,土中基质吸力减小,膨胀土同时吸水膨胀,造成边坡稳定性减小,所以在滑坡的防治中首先要做好防水和排水工作,水在膨胀土滑坡中具有双重危害作用。因此,在有膨胀土的工程路段,首先要防止土体表面的水渗入边坡土体,其次是要即时疏导地下水。
3.2防反复胀缩循环
胀缩循环一般发生在地表浅层,该层在雨水的反复作用下,致使该层土体的结构发生破坏,进而使得强度降低,易导致滑坡的产生。
3.3防风化
膨胀土的表层,在大气环境的作用下很容易形成软弱层,这常常是产生滑坡的危险面。
3.4防强度衰减
土体抗剪强度的降低,是造成边坡失稳,产生滑坡的直接原因。
因此对膨胀土路堑边坡的防治需要将治水、边坡支挡措施和防护加固措施联合起来综合治理,才能到达一次根治,不留后患,保证边坡的永久性稳定。
4治理措施
4.1排水工程
4.1.1地表排水工程
地表排水工程主要是把大气降水及地表水截排,不使其流入边坡区,滑坡段内在滑坡周界外设浆砌片石截水沟,减少降雨时大量雨水渗入坡体形成的孔隙水,拦截地面径流,减少其对边坡稳定性的影响。
4.1.2地下排水工程
在地下水发育地区,地下排水工程是防治边坡失稳(滑坡)的主要工程之一,它能截断补给水带的水源,降低地下水位,减少滑坡区域土的空隙水压力,提高其抗剪强度,从而增大边坡的稳定性。
为了有效的疏干地下水及坡体内地下水,该工点路基两侧设1.2m宽、2.4m深渗水盲沟,坡面每隔一定距离设置支撑渗沟,支撑渗沟的深度应比该地区冻结深度要深,底部采用阶梯式,阶梯底平面为浆砌片石流水面,阶梯立面为混凝土板,内部充填干砌片石,两侧铺设无砂混凝土板,板后设一层透水土工布,上部用浆砌片石封顶。支撑渗沟与盲沟相连通,通过盲沟将水引出。
该滑坡段堑顶设置若干集水井,集水井采用钢筋砼浇筑,井与井间设置导流管,最两端的集水井导流管与盲沟相连接。为加大集水井疏排地下水的范围及能力,在井壁设置放射状仰斜排水孔。仰斜排水孔疏排滑坡体中的地下水,将地下水引至集水井内,然后通过井间导流管将水引至下一个集水井,最后通过两侧的集水井将地下水排入盲沟内。
4.2边坡支挡工程
4.2.1锚管桩
锚管桩采用钻孔成孔、花管注水泥浆成桩,锚管桩打入边坡中,能使整个断面承受边坡荷载,同时由于钢材屈服强度高,因此锚管桩具有抗横向力强的特点,能增加边坡整体的稳定性。
锚管桩主要采用侧壁带孔钢管。钢管的一端做成圆锥状。锚管桩的注浆终止压力不小于0.5MPa。注浆过程中,压力逐渐上升,流量逐渐减少,当压力达到注浆终压,注浆量达到设计注浆量的80%以上,可结束该孔注浆。
该段边坡坡面、平台、路堑顶部均设置锚管桩,长度为6~10m,锚管桩布置分为正方形,或矩形。路堑边坡刷坡整形前,预先对边坡打入锚管桩,当浆体强度达到70%以后,开挖边坡1.5m,然后再打入一排锚管桩,路堑边坡自上而下分层开挖,打一排挖一排,交替进行,然后进行边坡防护。
4.2.2抗滑桩
抗滑桩是将桩插入滑动面(带)以下的稳定地层中,利用稳定底层岩土的锚固作用以平衡滑坡推力,稳定滑坡的一种结构物。抗滑桩具有抗滑能力强,支挡效果好,对边坡稳定性扰动小,施工方便、安全。
根据地质钻探结果,该段工程滑坡的滑动面自地面以下13.7m处。根据滑动面的深度,本次工程采用在边坡各级平台设置不同类型搞滑桩,分别设计不同数量以及不同截面尺寸和长度,设置适合的桩间距,按各级平台不同受力特性,起到相应的支挡效果。
抗滑桩采用隔一跳一的方法开挖,先施工二级平台抗滑桩,然后在施工一级边坡平台抗滑桩,抗滑桩挖孔采用人工挖孔。挖孔时如有水渗入,应及时支护孔壁,防止水在孔壁浸泡流淌造成坍孔。桩孔挖掘及支撑护壁必须连续作业,不宜中途停顿,尽量缩短成桩时间,以防坍孔。
4.3边坡监测
为了保证运营安全及检验边坡治理情况,该段边坡设置了GPS远程位移监控预警系统对边坡地表位移进行监测。左侧一级平台设置5个位移监控系统,左侧二级平台设置6个位移监控系统。系统观测频率为每天观测24小时,每个监测点间隔2小时读取数据一次。根据治理后5个月的观测数据,各级平台位移量大约均在2mm左右。
5总结
本工程滑坡段采用了集水井、锚管桩、抗滑桩、支撑渗沟、盲沟、骨架防护等工程措施,以排水工程与支挡工程相结合的综合治理方案,通过对GPS远程位移监控预警系统的数据分析,边坡变形较小,膨胀土路堑边坡已经处于稳定状态,达到预计效果,一次根治,不留后患,保证边坡的永久性稳定,保证铁路运行安全,目前该线路已经通车,其边坡综合防治治理技术对以后类似工程具有指导意义。
参考文献
[1]徐健.《膨胀土边坡综合防治技术研究》铁道建筑技术,2017(1).
[2]殷宗泽.《论裂隙对膨胀土边坡稳定的影响》岩土工程学报,2012,34(12).