[12-11 16:59:19] 来源：http://www.tmgc8.com 铁路工程 阅读：3886次
摘 要 通过总结梅坎铁路配合施工过程中的质量信息情况,结合困难复杂的典型工程实例,着重分析了软质岩和粗粒花岗岩风化物路基高边坡工程的问题及原因。从山区铁路的选线、地质勘测(探)及路基高边坡设计技术的合理性、先进性、可靠性、投资控制及施工、监理等多方面提出了质量改进的对策意见。
关键词 软质岩,粗粒花岗岩,高边坡,设计,施工
0 引言
梅坎铁路自既有的龙(岩)坎(市)线坎市站接轨,在闽西高丘陵区顺汀江支流永定河而下,经闽粤两省交界的多宝坑隧道越岑,进入粤东低山及丘陵区顺汀江而行,于三河坝跨梅江后逆梅江而上至梅州盆地与广梅汕铁路在梅州接通。梅坎铁路系典型的山区沿河线,山坡陡峭,公路河流干扰严重,地形困难,地质条件较复杂。沿线路基高填深挖地段较多,工程困难艰巨。全风化粗粒花岗岩高边坡及软质岩深路堑受地形地质条件变化、施工方法及阴雨天气等因素的影响较突出,是该线路基高边坡工程的主要问题。下面结合具体实例对这类路基高填深挖高边坡工程作一简要的分析,从勘测、设计、施工、监理等方面谈谈自己的认识和对策意见,以供探讨和借鉴。
1 软弱破碎岩系路堑高边坡
梅坎线软质岩地层分布广泛,岩性主要为元古界变论文代写质砂岩、变质粉砂岩、千枚岩、板岩,二迭三迭系泥质粉砂岩、炭质页岩,侏罗系凝灰质砂岩、凝灰岩等,岩层全风化及强风化层普遍较厚。在这类软质岩尤其是古老的变质软弱破碎岩系地层中,岩层顺层、松散堆积体、坍塌体及滑坡等不良地质较发育,工程地质条件较差,对深挖方高边坡工程影响较大。在施工过程中,路堑墙背开挖高陡临时边坡的稳定性差,特别是由于机械化施工大拉槽开挖时,支护工程未及时跟上或施工方法不当,加之受雨水渗透软化等因素的影响,暴露过久,极易变形失稳,产生堑坡坍塌、坍滑乃至滑坡等工程病害,整治措施困难复杂,是路基高边坡工程的主要问题之一。
1•1 工程病害实例
1•1•1 DK45堑坡坍塌及整治
梅坎线DK45+860~DK46+070段路堑右侧边坡高达30~40 m,原设计为高3~15 m的重力式路堑挡墙,墙顶以上边坡设二级变截面护墙加固。设计墙背地层为侏罗系凝灰质砂岩中等风化带(W2),挡墙设计指标为:Φ=50°,r=22 kN/m3,f=0•5,[σ]=500 kPa。路堑施工拉槽开挖至路基面后,堑坡发生局部坍塌,现场勘查实际地质情况为:路堑墙顶以上边坡为残坡积砂粘土夹碎石,厚度约6~10 m,墙顶以下为侏罗系凝灰质砂岩夹泥质砂岩,全风化~强风化,呈碎石土状;由于实际地层与原设计有较大出入及施工实施不理想,且受连续降雨,表水渗透软化岩土影响,高陡边坡暴露过久而失稳,最终演变为工程滑坡,设计院先后进行了三次变更设计。从采取降低挡墙设计指标,墙顶背后设边坡平台,减载刷坡到变更设计为桩板墙支挡及其桩板墙变形处理,历时近两年。
1•1•2 DK133锚杆挡墙垮塌及整治
梅坎线丙村车站DK133+150~+430段线路位于丘陵区,傍丘坡而行,自然山坡坡度约40°~50°,植被较发育,线路左侧为梅江,为半填半挖的陡坡路基。陡坡路基右侧为深路堑,为避免剥皮刷坡形成高边坡,原设计采用1~3级锚杆挡墙,墙高8~21 m。该工点地层岩性为古老的前震旦系变质砂岩和千枚岩互层,软硬不均和岩层风化程度不一,加之受附近区域地质构造的影响,岩层节理裂隙发育,局部岩层褶皱、扭曲存在,致使岩层十分破碎和忽软忽硬,但山坡整体稳定,不存在岩层顺层及滑坡。实际地层依次为①表层el+dlQ砂粘土,棕黄色,硬塑~半干硬,含碎石、砂砾石约10%~30%,厚0•5~5•50 m,②下伏Pt变质砂岩,夹千枚岩,褐黄色夹铁锈色、黄绿色,强风化层厚3~24 m,下为中风化层。强、中等风化岩层内的变质砂岩、千枚岩,由于受地质构造运动等影响,层位相互穿插或突变。地下水主要为基岩裂隙水,由大气降水和地表水补给。在DK133+304~+308右侧山谷边坡下级锚杆挡墙处有地下水渗出。该工程于1999年4~5月临近竣工时,先后发生3次较大坍塌。通过对其垮塌调查,发现锚杆施工存在诸多质量问题。为安全计,经多方认真研究和论证,确定整段已基本建成的锚杆挡墙全部废弃。最终变更边坡以预应力锚索加固为主,坡脚设锚固桩及重力式片石砼挡墙,效果良好。
1•2 原因分析及体会
1•2•1 勘测设计及工程投资因素
通过对上述两个工点的原设计方案、施工过程及边坡垮塌情况、补充地质勘测成果,并结合当时客观气候条件的综合分析表明,深路堑拉槽开挖至路基面后由堑坡局部坍塌演变成工程滑坡,设计桩板墙支挡整治是合理的、可行的;原锚杆挡墙设计具有较大的安全储备。但由于深路堑深厚的残坡积及全风化~强风化层未准确地勘查出来,而定为中风化岩层出露,造成挡墙设计措施与实际地层岩性不符,给工程留下了隐患。另一方面,由于传统的投资控制观念的制约,在机械化施工程度高的新形势下,对软质岩深挖高边坡地段,设计的浆砌片石重力式高挡墙支护工程,由于难以及时砌筑而不能达到预期的支护效果,自稳性差的墙背临时高陡边坡也就容易失稳而产生工程病害;如考虑现今路基机械化施工程度高的特点,对软质岩深路堑,设计坡脚锚固桩加固或边坡分层开挖,分层锚固稳定的工程措施,就上述两个工点而言,虽比跳槽开挖施工且存在施工困难和隐患的重力式挡墙加护墙、护坡方案增加工程投资约0•5~1•0万元/延米,与隧道(明洞)方案比较接近,而比在施工中进行病害整治可节约投资约0•5~1•0万元/延米。由此可见,软质岩深挖路基高边坡工程,要做到施工方便可行、不留安全隐患,并不一定比相应的桥隧工程便宜,必须提高对软质岩路基高边坡工程重要性的认识,切实转变投资控制观念。www.tmgc8.com
1•2•2 施工工艺和施工组织方面
从上述深路堑的施工及整治过程分析,应该说除地质资料不准及投资控制因素外,产生边坡垮塌病害主要是由于施工工艺及方法不当、不规范所致。前述的桩板墙工点,因施工组织措施不力,导致抗滑桩施工周期过长,延误了桩板墙支挡效果的最佳时机,是桩板墙施工完毕后产生较大前倾变形的原因之一。与桩板墙紧邻的高达12 m的重力式挡墙施工及时,状态良好,也进一步说明了施工组织和工序管理的重要性。从锚杆挡墙垮塌的现场调查情况来看,在锚杆入孔安装和注浆两个关键施工工序上存在如下主要质量问题。
1•2•2•1 锚固注浆工艺不当
锚固注浆应采用专用注浆设备以孔底返浆法注浆。而上述锚杆挡墙施工采用喷浆设备,将水泥拌砂与水分开喷注入孔,由于水泥砂浆不能充分搅拌,浆液水灰比难以控制,容易引起水泥砂浆离析,严重降低了砂浆的密实度和强度,导致砂浆不能提供有效的砂浆与锚杆的握裹力及砂浆与锚孔壁的粘结力。
1•2•2•2 锚杆入孔安装不居中
由于锚杆对中支架间距过大或高度、角度不能满足设计要求,造成锚杆钢筋不居中,降低了水泥砂浆与锚杆的握裹力和孔壁的粘结力,而且没有起到对锚杆的防锈作用。从锚杆挡墙垮塌现场亦发现,暴露的锚杆周围极少附着有水泥砂浆,从而使锚杆不能提供足够的抗拔力,其作用失效,高陡边坡变形失稳而垮塌。这是锚杆挡墙垮塌最为直接的原因之一。
1•2•3 施工工程地质监控薄弱
深路堑施工开挖大面积揭露地下地质体,是认识和核对工程地质环境、设计文件并加以完善的重要时机。当前施工工程地质工作极为薄弱,不能及时根据施工揭露的地质情况预测堑坡失稳及后果,并采取相应对策,导致软质岩或土质深路堑,待到拉槽开挖至设计路基面时,临时高陡边坡相继发生坍塌和坍滑,整治变得愈来愈困难。如能在拉槽开挖过程中,及时反应与设计不符的实际地质情况,则可避免错过采取变更设计和施工方法(跳槽施工、分层稳定、及时加固等)的合理时机。
1•2•4 路基防排水工程问题
水是恶化路基边坡稳定性并诱发和加剧工程滑坡的主要原因之一。对软质岩路堑高边坡而言,由于截水天沟及墙背反滤层未按设计要求施工,导致地表水集中大量渗入岩体不能及时排出,势必软化松散破碎的软质岩体,降低其强度,增大高挡墙的土压力。对工程滑坡来说,由于边坡岩体排水不畅,雨水持续下渗,土石分界面(坍滑面)土体进一步软化,强度急剧降低,造成滑坡推力急剧增大,并产生了静水压力。这样山体变形持续增大不可避免,且是一个恶性循环的发展过程。前述桩板墙背因雨水下渗导致静水位高出路肩面达3~4 m,桩体上部边坡减载至桩前反压后,变形渐趋稳定也证明了这一点。
2 全风化粗粒花岗岩高边坡
燕山期黑云母粗粒花岗岩高边坡是梅坎线另一类重要的路基工程。本线黑云母粗粒花岗岩地段累计长达40 km,在DK26~DK42及DK46~DK63两段集中分布,而在DK68~DK73及DK93~DK96等段零星出露。该线黑云母粗粒花岗岩全风化层普遍较厚,一般在10 m以上,而DK26~DK42段厚达30 m以上,风化层呈棕红、棕黄色砂土状,结构松散。在地貌上反映为山坡冲沟发育,植被稀疏;从路堑开挖及垮塌情况分析,全风化层内存在不利的软弱层面,其云母与长石矿物呈定向集中排列,且高岭土化,强度低,边坡自稳性差。其路基工程主要问题包括,深路堑施工开挖过程中墙背高陡临时边坡失稳而引起大面积坍塌、高边坡坍滑及高路堤边坡冲蚀、塌肩等病害。
2•1 深路堑
本线花岗岩丘陵区路基深路堑工点多、边坡高,为降低边坡高度,减少土石方工程,设计采用重力式路堑挡墙收坡,墙高3~12 m,地形困难时达15 m,并要求土质深路堑地段实施跳槽开挖,及时砌筑墙身。实际施工过程中,采用机械化大拉槽开挖,挡墙跳槽施工难以实现。因此,本线DK26~DK42段全风化层厚达30 m以上,呈砂土状的土质路堑,墙背边坡(1:0•25~1:0•3)开挖高达6~10 m及以上时,均有不同程度的坍塌或沿软弱节理面坍滑,严重时形成工程滑坡,造成墙背大量的超挖及干砌片石回填处理工程,或需采取抗滑支挡、大刷坡减载或改为明洞方案等,增大了工程投资和处理难度。对于墙背塌方处理,由于回填片石量大,重心上提,使挡墙受力头重脚轻,于其稳定性不利;而若为减少回填量,则需将挡墙外移或降低挡墙高度,势必造成在墙背坍体坡脚进一步挖基或堑破扩大刷方。前者极易引起更大坍塌或坍滑,形成恶性循环,是不可行的方案;后者在地形较平缓并具有弃方条件时,是可选择的处理方法,否则亦是不可取的。值得一提的是其中的DK36+690~+785工点,堑坡高近40 m,设计采用挡墙加二级骨架护坡,墙高12 m。施工拉槽开挖至墙顶以下5~6 m高时,墙背堑坡即沿软弱节理面发生局部坍滑,为避免大塌方或产生工程滑坡,吸取DK40、DK31等类似工点不得不采用明洞或墙背大量回填干砌片石处理的教训,及时停止土方开挖,直接改为桩板墙方案,先就地开挖施工桩,后开挖土石方及挂板,效果很好,虽比原设计增加约100万元,但与同类型的DK31工点采用墙背大量回填干砌片石处理方案相近,比同类型的DK40工点采用明洞方案略为便宜。www.tmgc8.com
2•2 高路堤
梅坎线以花岗岩全风化物作填料的路堤,由于机械化施工时,坡面夯压密实较困难,达不到规范要求,且由于其水稳性差,草皮成活率较低,生长较慢,因此坡面受雨水冲刷严重,防护效果差。特别是边坡高度大于8 m的路堤,坡面虽然设有拱型骨架护坡,但仍然产生局部塌肩及边坡溜坍等病害。
3 质量改进对策
3•1 勘测设计控制
