谈坑边路基和边坡防护施工治理

2012-03-10刘洪发

山西建筑 2012年26期

刘洪发

(中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司(施工管理部)，北京 100011)

0 引言

路基是铁道线路的重要组成部分，是轨道的基础设施。路基的稳定将直接影响到车辆运行的安全，在地质的变化和受到自然环境的破坏下，路基边坡会出现不稳定的状态，造成滑坡和塌陷，危及行车安全，造成事故的发生。为此，对于路基边坡的各种病害必须给以高度重视。本文以具体工程为例，谈谈神华煤直接液化项目厂外铁路在露天煤矿采空区处铁路路基边坡防护的施工治理。

1 工程概况

神华煤制油液化项目厂外铁路是神华煤直接液化厂专用线，与神华神东公司补连塔煤矿专用线并行等高设计。

厂外铁路位于神华神东公司补连塔煤矿专用线右侧露天采空区，煤坑用杂填土回填。采空区未填部分，经雨水沉积及地下水渗入形成水坑，即8号坑。坑大致呈四边形，南北向长约490 m，东西向长约368 m，水深平均10 m，水面距原地面高差2 m～11 m不等。厂外铁路联络线和预留线及一条进入厂内铁路装置公路从8号采矿坑西侧经过，西侧坑长约490 m。

由于8号坑西侧为建筑垃圾和煤矸石回填，回填质量不高、坡度较陡，形成不稳定的土质结构。在外力和自然条件的影响下，边坡均出现不同情况的塌陷和滑坡，并在坡顶出现拉裂裂纹。在厂外铁路的详细设计中，设计院实地勘察，做出了治理设计方案。但在厂外铁路未施工前，由于对厂内铁路装置区的地基进行强夯处理(在8号坑的北侧，距离约为50 m，地基采用了8 000 kN·m高夯击能强夯处理)，在强夯处理的动荷载作用下，导致西侧出现了更为严重的边坡塌陷及失稳，坡顶产生的裂缝局部有10 cm左右，随时都有坍塌的危险。已严重影响到了西侧规划的铁路线和公路的建设。局部塌陷距既有的铁路煤专线不到10 m，也严重的影响到了既有线的安全。针对该情况，西侧路基和边坡必须要进行换填和防护治理。

2 方案选择及施工

由于露天采空区8号坑西侧为建筑垃圾和煤矸石回填，采坑回填未经夯实，回填质量不高，结构较松散，且各种回填土透水性均较好，形成不稳定的土质结构。

针对露天采空区8号坑西侧边坡现场实际情况，设计院做出了路基和边坡治理的方案，即抛填片石压坡脚→土方开挖→旋喷桩止水帷幕→土方换填→浆砌片石护坡。

施工示意图见图1。

图1 路基和边坡治理施工示意图

2.1 抛填片石压坡脚

按设计方案要求进行抛填片挤压西侧坡脚，使坡脚稳定。抛填片石方向为由南北侧同时抛填，逐渐向中间合龙，填筑上部宽度为4 m。填筑高度为高于水面2 m，上部采用较小石块填塞垫平。片石填筑合龙并抛填到设计标高后，用压路机振动碾压3遍～5遍，直到密实。在抛填片石压坡脚工程施工完毕后，即进行打桩平台施工，打桩平台采用粗粒土回填。

2.2 土方开挖

根据开挖设计横断面，定出开挖边线。开挖采取自上而下作业，不得乱挖。路基开挖逐层施工，开挖弃方在指定的弃土场进行弃置。为保证施工中边坡的稳定，采用阶梯式进行开挖。开挖中要注意边坡台阶的整修，避免边坡不顺，其交接处分层留台阶。当发现土层性质变化时，及时修改开挖边坡。挖方标高应按照设计标高开挖避免超挖，基层压实度均不应小于85%进行换填土施工。

2.3 高压旋喷桩工艺及施工方法

本工程的地基治理中采用高压旋喷桩施工工艺。

旋喷桩的特点是：可提高地基的抗剪强度，适用于任何软弱地基，如湿陷性黄土、人工填土及碎石土等软弱土层的地基加固。设备较简单、轻便，机械化程度高，施工简便。高压旋喷防水帷幕适用于松散地层透水地基防渗的处理，有着造价低，工艺简单，工期短的优点。与常规的帷幕灌浆、固结灌浆等相比，又有着处理效果明显及彻底的优点。

2.3.1 施工工艺

本工程高压旋喷施工是增强边坡稳定性和防水防渗。按设计要求在坡脚处设两排旋喷桩，设计桩径为600 mm，间距为450 mm，桩长度为12 m，桩间搭接150 mm，呈梅花形布置。每排孔按跳孔施工并保证桩的连续搭接，发挥了帷幕止水的作用。旋喷桩采用GX-1型旋喷机进行旋喷施工。

1)施工工艺流程：钻机就位→插管至设计标高→喷射作业→边旋喷边提升→提升至桩顶标高→成桩完毕→清洗机具设备、移机到下一桩位。

2)旋喷材料及配比：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为1∶1。水泥浆搅拌时间不少于30 s，在施工中严格控制水泥浆液比重。水泥浆在喷射施工前1 h内配置，用滤网过滤去硬块、杂物等，以免在喷射作业中堵塞管路和喷嘴。

2.3.2 施工方法

1)测量放样：清理、平整场地，依据设计布设桩位，并进行标记。

2)确定旋喷桩的工艺参数：通过试桩确定成桩直径为600 mm的高压旋喷桩施工工艺参数如下：浆液：压力20 MPa，流量85 L/min～90 L/min;提升速度：15 cm/min;旋转速度：17 rad/min;水灰比：1∶1;浆液比重1.4 g/cm3～1.6 g/cm3。

3)钻机就位：将钻机安放在设计桩位上，对准桩点，纵横向偏差不得大于20 mm。控制钻机垂直度偏差在1%以内，作平台水平校正，固定好桩机。

4)钻孔插管：钻孔插管将喷管插入地层设计的深度，在钻孔插管施工过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水、边插管施工，要控制插孔速度。水压力不得大于1 MPa，若压力过高，容易将孔壁射塌。

5)喷射作业：旋喷管达到设计深度后，自下而上进行喷射作业。按试桩确定的参数，控制浆液比重、注浆流量、压力、旋转提升速度，并作好记录。要时刻注意检查浆液初凝时间(正常时水泥浆的初凝时间为2 h左右)，当浆液初凝时间超过2 h应及时停止使用该水泥浆液。

6)清洗、转移机具：喷射作业完成后，待注浆管和机具设备冲洗干净后，把钻机等机具设备移到新孔位就位。

2.3.3 施工中出现的问题及措施

1)在施工过程中旋喷桩插管遇到了阻力，采用上下窜动插管的方法作业，使插管达到设计深度位置。若不能做到，则跳过此桩，施工下一根桩，此桩位需要进行重新成孔。

2)在高压喷射注浆过程中出现了压力变化或冒浆等不正常的现象，要查明原因，并采取相应的措施。处理完故障后将停喷点下移1.0 m处再进行重新的喷射接桩作业。

3)在喷射过程中，出现了堵塞喷嘴现象，要及时的更换钻头。

4)在旋喷过程中，通常会有一定量的土粒，伴随着部分浆液并沿着注浆管壁冒出地面来。我们通过对冒浆的实际情况，可以判断出土层的实际状况、旋喷效果以及旋喷参数设置的是否合理。冒浆量小于注浆量的20%都视为是正常现象，超过20%或者完全不冒浆时，则需要查明原因，并采取以下相关措施：a.地层中存在较大的空隙，会引起不冒浆现象，这种情况可以在浆液中掺入少量的速凝剂，这样就能缩短固结时间，使得浆液能够在一定范围内进行凝固。此外，还可以在空隙处适当增加注浆量，空隙得到填充后再进行旋喷作业。b.造成冒浆量很大的主要原因就是喷射有效范围和注浆不相协调，注浆量往往超出了定喷固结所需要的浆量。能够减小冒浆的办法主要有三个：其一是提高喷射压力;其二是减小喷嘴的口径;其三就是有效控制好固结体的形状。

5)在喷射工艺中，为了防止缩径和断桩等相关现象的发生，要严格控制好喷浆的压力和提升速度。

2.3.4 土方回填施工

施工工艺流程：测量放样→土质试验→分层摊铺→分层碾压密实→密实度检验。

施工方法：1)采取横断面全宽、纵向分层填筑方法施工。回填用料采用挖掘机配合自卸汽车运输，推土机、装载机进行摊铺，20 t压路机碾压。2)每层松铺厚度不超过50 cm，每层填料铺设的宽度，超出路基的设计宽度0.3 m，以保证修整路基边坡后的路基边缘有足够的压实度。3)路基填料进场前先测定其含水量，压实时的含水量应控制在最佳含水量的±3%范围内。碾压速度控制在3 km/h～5 km/h，轮迹重叠30 cm～40 cm，碾压遍数5遍～6遍，第一遍和最后一遍是静压，其余为振压。密实度达到设计要求，再进行下道工序的施工。4)回填施工按设计标高填筑完成后，进行平整、测量，每20 m设一桩，并用压路机碾压使路面光洁无浮土。边坡依据所放的边线桩，按设计坡率挂线清除超填部分的土方，使坡面达到顺、平、直。

2.3.5 浆砌片石护坡施工

施工工艺流程：施工前准备→测量放线→坡面修整→砂砾垫层→坡面浆砌→勾缝。

1)进行施工放样，并应挂线施工，以保证线形和表面平整度。坡面的松散土层、浮土进行夯实处理，直到土体稳定。2)砂砾垫层铺设;清除护坡坡面的松散结构，并进行洒水，在基底平整、密实后即可进行砂砾垫层的铺设。砂垫层铺设厚度为10 cm，铺设平整，密实。3)边坡自底向顶依次砌筑，施工时须挂线砌筑，并经常对其复核，以保证线型平顺、砌体平整。4)砌石采用挤浆法砌筑，砌体表面必须平顺、圆滑、砂浆要饱满，无通缝、角缝和瞎缝。按设计图纸要求预留泄水孔，确保排水顺畅。5)护坡勾缝勾成凹缝，勾出的缝面平整光滑、密实，严格控制勾缝时间，不在低温下进行，勾缝后加强养护，防局部脱落。

2.3.6 旋喷桩、路基、边坡治理施工质量控制

旋喷桩施工：1)施工前先打一组试桩(3根)，从而确定施工的各项参数。开工前召开质量专题会，进行技术交底。不得使用不合格的或失效的水泥。2)为保证旋喷桩的施工质量，使旋喷桩之间能有效的搭接在一起，钻孔和旋喷桩的垂直度控制在1%范围以内。3)在施工中严格按试桩确定的各项参数进行作业，随时检查水泥用量，确保桩基的喷浆饱满。4)在施工过程中要及时检查验收孔深及斜率，确保技术指标达到设计要求。对不合格的桩，要采取补救措施。

土方回填施工：1)回填施工时应严格控制填料的含水量，含水量控制在最佳含水量±3%时进行碾压。由于本地区气候干燥、少雨，土质的保水性差，在静置一定时间或随着车辆上料的过程中的碾压，表面易形成浮土层。所以在上土前，在前一土层适量洒水，并用压路机碾压密实，防止表层产生弹性体，影响下一层施工质量。2)土方回填要严格控制每层的厚度不得大于50 cm，每层压实后，应按规范规定进行压实度(灌砂法)试验，达到规范设计要求后，再进行上一层的土方回填。

浆砌片石护坡施工：1)砌石采用挤浆法砌筑。砌体石料的抗压强度应符合规范要求;石料坚硬，不易风化，无裂纹，表面干净;片石大小合适，用于面层的片石厚度不得小于20 cm，且棱角明显，线条整齐，表面平整，一般片石的厚度不得小于15 cm。2)砌筑砂浆的强度及所用原材料质量，均应符合设计要求和规范规定，砂浆拌合应有良好的和易性并随拌随用。