铁路高边坡防护加固设计与施工技术方案.doc

铁路高边坡防护加固设计与施工技术方案魏芳艳中铁十八局集团一公司宜万指（河北涿州 072750）【摘 要】 为提高高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强高边坡的整体稳定性，防止高边坡水土流失，以及绿化美化高边坡环境，根据新建宜万铁路DK174+510DK178+272段高边坡采用的防护措施，介绍了设计方案、材料要求、施工方法、技术措施，以及现场质量管理和检测问题。【关键词】 铁路 高边坡防护 设计 施工 质量控制1 概述近年来我国铁路事业蓬勃发展，高等级铁路的建设，已从平原发展到山区。但是，在大规模铁路修建的同时，我们不得不重视一个现象的出现，那就是，由于对边坡破坏的机理认识不足，对边坡稳定性缺乏完善的、科学的评价及施工方法，伴随着大量的开山劈石，“黄土高坡”不仅影响美化绿化，一些边坡滑动、崩塌和冲刷，造成植皮破坏水土流失，形成众多岩土边坡裸露，破坏了植被，损害了生态景观，而且边坡不稳定极大地威胁着行车的安全。这势必与我国的可持续发展战略背道而驰，为此党和政府对铁路的生态防护非常重视。为了解决这一矛盾，建设生态环保铁路就摆上了重要的议事日程。本文针对新建宜万级铁路的高边坡防护方法作出如下介绍，以共同行商榷。2 铁路高边坡防护稳定处理技术过去我们在稳定边坡中常用的抗滑挡墙和抗滑桩，一般来说尚属有效，但是传统的抗滑桩和抗滑挡墙在使用几年之后，产生推移甚至被推倒的事例是常见的。因为岩土体有蠕动的物理现象，尤其是有临空面的岩土体，也有流变力学特性。因此，随着科技的发展进步，人们已从传统的被动支挡，发展到考虑加固岩土体自身，改善其力学特性，加强其整体性达到稳定边坡的目的。高边坡的常见病害是边坡坍塌、边坡冲沟、防护体滑落、防护剥蚀、急流槽悬空等，防治诸类病害防护措施有：(1)设计合理的道路横断面，做好排水工程，避免局部冲刷淘空路基边坡坡脚；(2)对路基边坡采取综合的防护措施，植草或植树，采用砌石或混凝土块对边坡进行防护；(3)施工中采用正确的填筑方法，避免边坡过陡，填筑中适当增加宽度并进行压实，提高边坡的压实度；(4)重视圬工砌筑，勾缝要密实，提高急流槽、护坡的施工质量。现就本工程新建宜万铁路的高边坡防护作以下介绍，以资共同探讨：2.1新建宜万铁路马水河大桥挖方段高边坡（DK174+610+644.77）设计方案及材料要求2.1.1 边坡设计方案及材料要求本段工程地质及水文地质情况为：溶蚀低山，自然坡度约20，植被较发育，地表多溶蚀、溶沟，线路右侧200m外地表塌陷，深达60m。表层为Qel+dl粉质黏土，褐黄色、硬塑，夹少量矿石，厚度02m，多类。下伏T1j灰岩、弱风化，V类，岩层产状：11517。地下水为岩溶裂隙水，埋藏较深，受降雨补给季节性变化大。下伏灰岩岩溶较发育，地下水埋深较浅，随季节变化特别是雨季，地下水上下波动急骤，在潜蚀、真空抽吸等作用下，上覆土层易形成土洞，发展成坍陷，危及路基稳定。因此，此段边坡设计成M5浆砌片石护面墙，采用清除塌陷物质源表层土后，回填干砌片石、浆砌片石封闭隔断地表水与地下水通道方式进行处理。边坡坡率设计为（1:1.751:2.0），在边坡上采用浆砌片石防护方法可达到稳定边坡的目的。材料要求：此段设M5浆砌片石护墙，墙脚坡率1:0.75，墙背坡率1:0.70，墙高6m。浆砌片石护坡采用坚硬、耐冻、未风化的片石砌筑，片石强度不应低于30MPa。浆砌片石护坡每隔23m上、下、左、右交错设置泄水孔，泄水孔采用PVC管，孔径0.1m，并在墙后设0.50.50.3m（厚）的卵砾石窝状反滤层。2.1.2 施工方法及技术措施浆砌片石施工：当路堑高度 H3m时，边坡采用30cm厚M7.5浆砌片石防护。在这种情况下，挖方边坡比较缓（坡率1:1.75）。浆砌片石施工图1当路堑高度为3mH5m时，坡脚设置浆砌片石护脚墙，护脚墙以上采用30厚M7.5浆砌片石防护。路堑高度H5m时，在5m处设变坡平台，大于5m以上部分的坡率为1:2。浆砌片石施工图2在浆砌片石护坡设计中应注意的事项如下：a路基面均应设置三角形路拱，由中心线向两侧设4%的横向排水坡，曲线加宽时仍保持4%的横向排水坡；b边坡开挖后，如有松动岩石，应先清除，护墙、墙背必须与路堑坡面密贴，局部超挖处应补砌与护墙、墙身相同之圬工；c浆砌片石护墙基础应埋置在路肩线以下不小于1m，并不应高于侧沟砌体底面；d为增进护墙的稳定性，凡高6m的，墙顶应设栓绳环，其间距为5m；e浆砌片石下铺设15cm厚砂砾垫层，在垫层下铺一层反滤土工布；f墙胸坡率1:0.75时于适当位置应设钢筋检查梯，缓于1:0.75时应在适当的位置设台阶或踏步，宽0.6m，台阶高0.2m；g为防止边沟内长时间滞水，边沟护砌下面设置排水盲沟；h护脚挡土墙采用M7.5浆砌片石砌筑，每隔1020m护墙应设伸缩缝一道，在不同地层分界处可设沉降缝一道，缝宽0.02m，沿其周边用沥青麻絮填塞，填塞深度为0.10.2m；i泄水孔采用方形尺寸为10cmX10cm，泄水孔间距为2m；j浆砌片石挡土墙应错缝砌筑，背墙面与挖方面紧贴，墙后不准留有空洞，泄水孔粘土层下空洞应用M2.5水泥砂浆填实，其上用碎石填实；k 挡土墙背后应使用非膨胀土填实，其宽度根据开挖情况而定。2.1.3 现场质量管理及检测问题(1)采用干砌、浆砌片石或混凝土护坡施工时，铺砌护坡应在坡体沉降已趋稳定后进行，铺砌前应整平、夯实坡面；(2)干砌、浆砌片石护坡应采用坚硬、耐冻、未风化的片石砌筑，片石强度不应低于30MPa；(3)浆砌片石护坡、护墙的施工应清除坡面松动岩石。局部超挖或凹陷处应挖成台阶，用与砌体相同的材料砌补，不得回填土、石或干砌片石；(4)基脚应设置在稳固的岩层上，地基软弱时，应采取加深基脚或加固地基的措施；(5)护坡、护墙表面及两端面应砌筑平顺，背面应与坡面密贴、面机与边坡间的缝隙必须封严；(6)封闭式的坡面必须在砌体上设置伸缩缝、泄水孔和反滤层；泄水孔必须畅通，坡面有地下水露头时应做引排处理。2.2 新建宜万铁路四方井、石桥湾大桥段（DK176+130+170、DK176+145+170）高边坡设计方案与材料要求2.2.1 设计方案及材料要求本段工程地质及水文地质情况为：低山区，自然坡度15，植被较发育，槽谷辟为农田，多发育溶蚀沟槽及石芽，地层为Qel+dl粉质黏土，褐黄色、硬塑，夹少量碎石，厚度02m，类；P2c含燧石角砾灰岩，弱风化，V类，多溶蚀沟槽。地下水为岩溶裂隙水，受季节性变化较大。下伏灰岩溶较发育，地下水埋深较浅，随季节变化特别是雨季，地下水上下波动急骤，在潜蚀、真空抽吸作用下，上覆土层形成土洞，并发展成坍陷，危及路基稳定。因此，此段设计成TGSG-25土工格栅与干砌片石护坡，采用清除塌陷物质源表层土后，回填干砌片石、浆砌片石封闭隔断地表水与地下水通道方式进行处理。边坡设计采用土工格栅加筋并且格栅包边护坡（也称为柔性护坡）土工格栅，宽3m，层间距0.6m，达到稳定边坡的目的。路肩两侧预留电缆槽，路堤与桥台连接处来用A级填料填筑。材料要求：采用TGSG-25规格的双向土工格栅，土工格栅的幅宽3m，抗拉强度不小于25KN/m，延伸率10%。2.2.2 施工方法及技术措施2.2.2.1 土工格栅施工土工格栅加筋护坡用非膨胀土（如粘性土）镇筑，每层填土上加铺1层土工格栅，填土厚度由下往上逐渐增加，最底层出土厚度为30。采用土工格栅包边，边坡坡率一般为1:1，土工格栅加筋的宽度为5m。边坡高度H8时不设平台，8 mH12 m时设1级平台，H12 m时设2级平台、平台宽度为0.5 m。土工格栅图土工格栅加筋护坡应注意的事项如下：a、回填土采用工程性质较好的土，采用压路机进行碾压，碾压按相关规定执行；b、土工格栅滑坡面的反包部分用“U”形钉将它与上一层压实好的土和土工格栅在距外边经20cm处固定，上、下层土工格栅用“U”形钉固定连成一体，每幅土工格栅用“U”形钉与压好的士体固定，间距为1m，纵向叠加长度为20；c、顶面采用10cm厚的回填土覆盖；d、PVC管纵向间距为5。2.2.2.2 格栅包边护坡的施工技术施工工艺流程图按设计要求超挖边坡整平开挖的边坡面，碾压超挖部分的地面铺第一层土工格栅回填第一层填土碾压后进行自检填报工序报验单及自检资料 ，申请检查，经签认后继续填土根据土工格栅的铺筑间距铺筑土工格栅填筑下一层填土(1)边坡的超挖在边坡开挖前，应先开挖截水沟，截水沟纵坡不小于0.5，并及时进行现浇水泥混凝土加固，水泥混凝土厚8cm截水沟伸缩缝间距为812m，缝宽2cm，采用沥青麻絮填缝。边坡开挖过程中，每50 cm应预留 1个台阶，台阶宽度为0.75 m，以保证填挖交界部分能碾压密实。(2)边坡超挖完毕后，先修整坡面台阶，然后用压路机对超挖的地面进行压实，压实度要求达到85。按设计图进行盲沟施工。盲沟施工完毕后，铺设碎石透水层，用压路机静压碎石层3遍碎石透水层静压后厚度控制为20。(3)土工格栅按设计长度裁剪土工格栅并铺设第一层土工格栅。具体操作方法为：将土工格栅一端紧靠超挖边坡台阶的内侧，自内侧向外侧沿横断面方向水平摊铺展开，用“U”形热镀锌钢钎将土工格栅尾部固定于土中。土工格栅包边时须拉紧，预留的包边长度沿修后的边坡反包上来，再用“U”形热镀锌钢钉将它与上一层压实好的土和上一层的土工格栅在外边缘向内20 cm处固定。沿路线纵方向相邻2块土工格栅的搭接长度为IO cm，用热镀锌铁丝捆扎。铺设土工格栅时应注意以下几点：a、施工前应将塌坍、剥落、冲刷等清除或回填夯实；b、边坡采用土工格栅加固，格栅层间距0.6m，横向铺设宽为3m；c、铺设土工格栅时，土层表面应平整，不容许有褶皱，应尽量拉紧，并用竹钉固定，不得有坚硬凸出物，严禁碾压机械直接在土工格栅表面上进行碾压；d、土工格栅铺设要平顺，严禁暴晒，应随铺随盖砂，以免降低土工格栅的强度；e、土工格栅的纵向应沿线路方向铺设，连接长度不小于0.5m或采用可靠措施，连接强度不低于设计容许抗拉强度；f、土工格栅强度高的方向（主方向）应垂直于墙面，线放平整，应保证其不因填土而发生位移；g、土工格栅的位移大多垂直于墙面方向，对于土工织物包裹挡墙，建议沿墙长度方向的搭接长度至少为0.15m；h、坡面干砌片石护坡，厚0.3m，下设卵砾石垫层，厚0.15m；i、坡率及边坡平台用M5浆砌片石防护，坡面喷播植草；j、路堤时，路堤坡脚下设M5浆砌片石脚墙，顶宽0.2m，深0.8m，全埋入地下；路堑时，基础与侧沟相联基础应用M5浆砌片石与侧沟连成一体；k、砌筑石块的施工顺序应自下而上进行，石块应立砌，缝要错开，石块之间应镶紧，缝隙向用小石块填满塞紧；l、如果地基沉降量大，土工格栅的搭接部分可能会被拉开，因此，在该方向应妥当连接。(4)回填土时要求每一层回填土要用同一种粘性土，回填土的松铺厚度不大于30cm，在合适的含水量范国进行碾压，压实后的厚度不大于25cm，其压实度要求为85。如果履带式推土机碾压后能达到85的压实度要求，可不使用振动压路机进行碾压，允许使用履带式推土机碾压。对每层回填上回填压实后都要进行抽检，当连续压实好2层或者达到规定的厚度后，进行土工格栅反包。回填土应注意的事项如下：a、回填土铺在土工格栅上，每层要进行压实，压实后，厚度一般约为0.20.25 m，或由施工试验或工程师决定，填土压实应不低于设计要求，回填土含水量等于或小于最优含水量，铺土与压实时，勿使筋材卷曲或位移；b、在任何时候，碾压机械轮胎距土工格栅的上厚均不得小于0.15 m。2.2.3 现场质量管理及检测问题(1)坡面干砌片石护坡为保证工程质量及外观整齐，施工时应按设计坡率及厚度准确挂线砌筑；(2)铺设土工格栅前应对每批产品的性能经国家授权的有资质的产品质量监督检验中心进行检测（不少于3组），产品合格方可铺设；(3)施工质量应符合中华人民共和国行业标准铁路路基土工合成材料应用技术规范（TB10118-99）之表6.4.2要求；(4)坡面防护宜在适宜植物生长的季节施工；(5)采用土工网格、土工网挂喷播植草防护时，应与坡面密贴，上、下边埋入土中不宜小于0.4m；喷播草籽后应及时覆盖表土，洒水养护；(6)采用挂网防护施工前应清除坡面浮土、松石，并将较大裂缝、凹坑嵌补牢实、平整，挂网应与坡面保持规定的间距；(7)土工格栅不得外露，并应做好周边与未防护坡面的衔接封闭处理，防止水从缝隙浸入；(8)干砌片石护坡基础埋置深度除应符合设计要求外，当其外侧有取土坑时还应采取必要的措施保护基脚；(9)干砌片石护坡应自下而上逐排筑砌，厚度均匀，砌体片石应互相搭叠，错缝、间隙塞满，表面平整；(10)设有垫层的护坡，应按垫层设计厚度随垫随砌；(11)护坡色缝应在路堤沉降已稳定后进行，勾缝前应先将松动和变形处修整完好；(12)采用卵石砌筑护坡时，同层卵石块径应大体一致，卵石长轴应垂直坡面，裁砌挤紧。3 高边坡的绿化美化随着人们环保意识的增强和生活质量的提高，在工程施工的同时，人们力求保护生态平衡，美化环境，于是边坡的绿化美化工程也是不容忽视的问题。以下对边坡的绿化美化问题作如下简单介绍：3.1边坡坡面绿化美化防护及防护适用条件边坡绿化美化防护主要是保护路基边坡表面，免受雨水冲刷，减缓温差及温度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化，碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可美化路容，协调自然环境。可分为两种：(1)植物防护包括：种草、铺草坡、植树、喷播植草等。种草防护适用于边坡稳定，坡面冲刷轻微的路堤与路堑边坡；铺草皮适用于需要迅速绿化的土质边坡；(2)工程防护（矿料防护）包括框格防护、封面、护面墙、干砌片石护坡、浆砌片石护坡、浆砌预制块护坡、锚杆铁丝网喷浆、喷射混凝土护坡。例如植草皮施工：为防止土工格栅外露遇阳光老化，要及时用土层封闭土工格栅表面。坡面采用方格式草皮，即在边坡上铺筑预制块，组成1.5m1.5 m的方格形，在方格内种草。在坡脚部分用2条水平的带状草皮铺设。方格骨架图4 结束语地球只有一个，高边坡防护不仅仅是稳定问题，防止水土流失与绿化美化也是不容忽视的问题，浆砌片石边坡和土工格栅都可以有效地防止边坡的坍塌和滑坡等病害问题，并且可以起到美化、排水等作用。有的资源只能使用一次，一条铁路设计不当，不仅给铁路部门带来麻烦，而且破坏了环境，这是难以挽回的损失。人类历史发展到今天，铁路工程不再仅仅是一门技术，也应是一门艺术。参 考 文 献1 岩土工程标准规范实施手册中国建筑工业出版社 2 铁路工程设计技术手册中国铁道出版社 3 崩塌与防治西南交通大学出版社 4 铁路路基工程施工规范与质量验收标准中国铁道出版社集团公司科技进步奖申报项目简表成果名称铁路高边坡防护加固稳定与施工技术申报单位中铁十八局集团一公司申报等级鉴定（评审）时间起止时间2005年1月2005年11月 一、研究内容和意义通过对新建宜万铁路DK174+510DK178+272段高边坡所采用的防护措施的研究与运用，其中包括设计方案、材料要求、施工方法、技术措施以及现场质量管理和检测问题。这项技术的运用，极大地提高了高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强了高边坡的整体稳定性，防止了高边坡的水土流失，以及绿化美化了高边坡环境，产生了很好的经济效益和社会效益。二、关键技术及创新点本项技术成果是针对新建宜万铁路所在地区，岩溶发育，地下水埋深较浅且随季节变化大等一些独特的区域地质特征，所提出的设计及施工技术方案。尤其是针对本合同段高路堑、高填方工程，从设计方案、材料要求、施工方法、技术措施以及现场质量管理和检测等各方面，都进行了详细的阐叙，使这项技术易于使用和推广。三、取得的成效通过这项技术成果在该工程中的运用，极大地提高了高边坡工程的工程质量。无论是在工程设计方面，还是在施工组织、质量控制方面，都使高边坡工程的施工产生了很好的经济效益和社会效益。申请奖励成果的详细技术内容及理由浆砌片石施工时当路堑高度 H3m时，边坡采用30cm厚M7.5浆砌片石防护。在这种情况下，挖方边坡比较缓（坡率1:1.75）；当路堑高度为3mH5m时，坡脚设置浆砌片石护脚墙，护脚墙以上采用30厚M7.5浆砌片石防护。路堑高度H5m时，在5m处设变坡平台，大于5m以上部分的坡率为1:2；路基面均设置三角形路拱，由中心线向两侧设4%的横向排水坡；边坡开挖后，局部超挖处补砌与护墙、墙身相同之圬工；浆砌片石护墙基础埋置在路肩线以下不小于1m，并不高于侧沟砌体底面；为增进护墙的稳定性，凡高6m的，墙顶设栓绳环，其间距为5m；浆砌片石下铺设15cm厚砂砾垫层，在垫层下铺1层反滤土工布；墙胸坡率1:0.75时于适当位置设钢筋检查梯，缓于1:0.75时在适当的位置设台阶或踏步，宽0.6m，台阶高0.2m；为防止边沟内长时间滞水，边沟护砌下面设置排水盲沟；护脚挡土墙采用M7.5浆砌片石砌筑，每隔1020m护墙设伸缩缝一道，在不同地层分界处设沉降缝一道，缝宽0.02m，沿其周边用沥青麻絮填塞，填塞深度为0.10.2m；泄水孔采用方形尺寸为10cmX10cm，泄水孔间距为2m；浆砌片石挡土墙错缝砌筑，背墙面与挖方面紧贴，墙后不留有空洞，泄水孔粘土层下空洞用M2.5水泥砂浆填实，其上用碎石填实；挡土墙背后应使用非膨胀土填实。土工格栅加筋护坡用非膨胀土（如粘性土）镇筑，每层填土上加铺1层土工格栅，填土厚度由下往上逐渐增加，最底层出土厚度为30。采用土工格栅包边，边坡坡率一般为1:1，土工格栅加筋的宽度为5m。边坡高度H8时不设平台，8 mH12 m时设1级平台，H12 m时设2级平台、平台宽度为0.5 m，不设平台边坡的。土工格栅滑坡面的反包部分用“U”形钉将它与上一层压实好的土和土工格栅在距外边经20cm处固定，上、下层土工格栅用“U”形钉固定连成一体，每幅土工格栅用“U”形钉与压好的士体固定，间距为1m，纵向叠加长度为20；顶面采用10cm厚的回填土覆盖；PVC管纵向间距为5。边坡的超挖在边坡开挖前，应先开挖截水沟，截水沟纵坡不小于0.5，并及时进行现浇水泥混凝土加固，水泥混凝土厚8cm截水沟伸缩缝间距为812m，缝宽2cm，采用沥青麻絮填缝。边坡开挖过程中，每50cm应预留 1个台阶，台阶宽度为0.75 m，以保证填挖交界部分能碾压密实。边坡超挖完毕后，先修整坡面台阶，然后用压路机对超挖的地面进行压实，压实度要求达到85。按设计图进行盲沟施工。盲沟施工完毕后，铺设碎石透水层，用压路机静压碎石层3遍碎石透水层静压后厚度控制为20。土工格栅按设计长度裁剪土工格栅并铺设第一层土工格栅。具体操作方法为：将土工格栅一端紧靠超挖边坡台阶的内侧，自内侧向外侧沿横断面方向水平摊铺展开，用“U”形热镀锌钢钎将土工格栅尾部固定于土中。土工格栅包边时须拉紧，预留的包边长度沿修后的边坡反包上来，再用“U”形热镀锌钢钉将它与上一层压实好的土和上一层的土工格栅在外边缘向内20 cm处固定。沿路线纵方向相邻2块土工格栅的搭接长度为1Ocm，用热镀锌铁丝捆扎。成果应用于生产（实践）的时间和应用情况的证明成果名称铁路高边坡防护加固设计与施工技术方案成果应用起止时间2005.5-2005.11应用情况通过对新建宜万铁路DK174+510DK178+272段高边坡所采用的防护措施的研究与运用，其中包括设计方案、材料要求、施工方法、技术措施以及现场质量管理和检测问题。这项技术的运用，极大地提高了高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强了高边坡的整体稳定性，防止了高边坡的水土流失，以及绿化美化了高边坡环境，产生了很好的经济效益和社会效益。本项技术成果针对所在地区，岩溶发育，地下水埋深较浅且随季节变化大等一些独特的区域地质特征，所提出的设计及施工技术方案。尤其是针对本合同段高路堑、高填方工程，从设计方案、材料要求、施工方法、技术措施以及现场质量管理和检测等各方面，都进行了详细的阐叙，使这项技术易于使用和推广，应用情况良好。应用单位（章）：年月日成果在应用部门产生的经济（社会）效益证明成果名称铁路高边坡防护加固设计与施工技术方案通过对新建宜万铁路DK174+510DK178+272段高边坡所采用的防护措施的研究与运用，其中包括设计方案、材料要求、施工方法、技术措施以及现场质量管理和检测问题。这项技术的运用，极大地提高了高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强了高边坡的整体稳定性，防止了高边坡的水土流失，以及绿化美化了高边坡环境，产生了很好的经济效益和社会效益。本项技术成果针对所在地区，岩溶发育，地下水埋深较浅且随季节变化大等一些独特的区域地质特征，所提出的设计及施工技术方案。尤其是针对本合同段高路堑、高填方工程，从设计方案、材料要求、施工方法、技术措施以及现场质量管理和检测等各方面，都进行了详细的阐叙，使这项技术易于使用和推广，应用情况良好，经济（社会）效益显著。应用单位财务部门（章）：2005年月日主要完成人员情况表序号姓名性别年龄技术职称职务主要贡献参加研制起止时间工作单位邮编号码1魏芳艳女26助工方案研究与设计2005.1-2005.110727502徐 辉男25助工方案组织实施2005.5-2005.1107275034567891011121314151617181920