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1、膨胀土路基设计及施工综述陈 雷摘 要 本文根据作者参加南昆铁路、内昆铁路、广大铁路设计及配合施工的体会及对膨胀土路基病害工点的调查访问，论述了膨胀土设计及施工中一些成功经验及失败教训。关键词 膨胀土 路基 设计 施工1 膨胀土路基设计基本要求线路通过膨胀土地区宜采用小填小挖通过，边坡较高（大于10m）时，应充分进行线路方案比选及与桥隧等建筑物作技术经济比较，并加强用横断面选线。在南昆铁路，对中强膨胀岩（土）地段分别采取了局部改善线路平纵断面条件、适当增加桥梁等措施，实践证明是成功之举。路基边坡应尽量减少扰动，注意防水保湿，膨胀岩（土）残余强度较峰值强度低得多，一旦出现病害，边坡岩（土）体强度将
2、降为残余强度。从南昆铁路、广大铁路等施工实践及施工后的影响看，不论边坡高矮，凡没有设置排水，加固防护工程地段，迟早都会发生病害，因此膨胀土路基设计应加大坡脚支挡结构力度，加强边坡排水及防护设施，使路基设计做到防患于未然。2 膨胀土路基设计2.1 基床膨胀土路基基床病害分布广，多发性强，治理困难且费用高，还会影响行车，因此设计时对基床处理应以加强。基床病害主要有路基下沉、翻浆冒泥、基床鼓起、侧沟被推倒等，基床处理应根据当地材料来源而定，保证既经济又稳妥可靠。主要措施有：2.1.1 换填砂性土一般路堤换填厚1.01.2m，两侧设干砌片石路肩，路堑换填厚0.60.8m，同时侧沟应加深至0.81.0m
3、，侧沟内侧沟帮加厚至0.4m，换填底部沿侧沟沟帮每隔1.0m左右设一个泄水孔排除基床积水，对于强膨胀性土换填还应适当加深。2.1.2 石灰（二灰）土改良膨胀土中加入生石灰不仅能显著降低膨胀土的胀缩性，还可以提高膨胀土的强度，增强基床土水稳定性。改良厚度一般为0.5m，但随着铁路的提速及规范对基床深度的增加，改良厚度应增加至0.60.8m，确保安全可靠。掺石灰量6%8%（生石灰与土的干重比）为最佳，在京九铁路及南昆铁路引入昆明枢纽等均获得成功，另外据试验研究1，石灰土中掺9%左右粉煤灰，改良土强度及水稳性均明显提高。2.1.3 砂性土与带膜土工布处理深度为0.4m0.5m，土工布底部设砂垫层厚0
4、.2m，顶部设砂垫层厚0.2m0.3m，区间路基铺设土工布宽4m，土工布应采用二布一膜型。因路堑基床采用换填处理需加深侧沟，工程量较大，最好采用带膜土工布处理。另外，对于降雨量较大地区，应尽量考虑采用带膜土工布处理。2.1.4 路堑边坡地下水发育或降雨量很大地区，根据膨胀土特性，还应在基床或路堑坡脚考虑设置纵、横向渗沟加强排水。2.2 路堤边坡边坡宜采用以下防护措施：2.2.1 土工格栅膨胀土路堤坍滑以浅层居多，路堤两侧边坡铺设土工格栅，每层竖直间距0.40.5m，宽22.5m，边坡植草防护，可以防止边坡溜坍及坍滑，并可有效地控制施工质量。在南昆铁路膨胀土边坡应用效果较好。2.2.2 骨架护坡
5、边坡清理平顺后挖槽设置骨架内植草护坡，若边坡较高，宜设成排水槽骨架护坡，并将主骨架加深0.1m0.3m，人字骨架（或拱骨架）加深0.10.2m。骨架间距不宜过大。2.2.3 支撑渗沟一般用于边坡较高一侧，每隔68m设一条，宽度不小于1.5m，深度不小于2m，渗沟间可设骨架护坡，坡脚设片石垛或挡土墙，作为支撑渗沟基础。若路堤基底潮湿或明显有水渗出，则应在基底设纵横向引水渗沟，在边坡较低一侧坡脚设置纵向截水渗沟，深度应设至集中含水层下0.5m。南昆铁路及广大铁路多处路堤边坡坍滑，用支撑渗沟处理均取得良好效果。2.2.4 对中强膨胀土边坡或边坡较高地段，宜根据实际情况采取综合措施处理。2.3 路堑边
6、坡2.3.1 坡脚挡护路堑坡脚受地表水冲刷严重，为地下水富集区，亦是应力集中区，边坡坡脚比其它部位更容易遭受破坏，从而引起边坡的整体破坏。另外膨胀土滑坡多具牵引式特点，层层牵引向上发展，会导致大规模滑坡，因此坡脚宜加强挡护。一般可设挡土墙加固，边坡较高或进行病害整治设计时，可设成桩板墙或桩间挡土墙。对中强膨胀土或边坡较高地段，先加桩然后开挖边坡，可防止施工过程中形成滑坡，如南昆铁路永乐车站强膨胀土高边坡桩施工完成后再分层开挖边坡，桩前分层挂挡土板，效果较好。挡土墙高度一般为36m，墙趾应埋入当地大气急剧影响层之下，一般不小于1.5m，泄水孔间距宜适当减小，墙背连续设置0.30.6m厚砂卵石反滤
7、层，既起排水作用，也起到膨胀土往复胀缩变形时对挡土墙的缓冲作用。据张颖等人通过大量试验，在砂垫层降低膨胀力研究一文中认为在墙后设置0.3m0.6m的反滤层可以降低膨胀力25%30%。南昆铁路长坡岭抗滑挡墙后反滤层加厚至0.3m0.6m，效果较好。挡土墙断面设计应考虑膨胀力。2.3.2 边坡防护挡土墙顶或侧沟外侧宜留不小于2m宽平台，对平台以上边坡进行防护。主要防护措施有浆砌（全封闭）护坡及骨架内植草护坡。这两种防护类型均要求先将边坡刷至稳定坡度。而不同地区不同岩性膨胀土稳定坡率相差较大，且与膨胀性强弱、边坡高度及地下水发育情况等有关。南昆铁路那百段中强膨胀岩稳定坡率为1416，有的甚至刷至18
8、才稳定。全封闭护坡底部应设0.10.15m厚砂垫层，并加密泄水孔，护坡顶部设1.52.0m宽浆砌片石封闭，防止地表水渗入护坡背部。南昆铁路部分浆砌护坡未按以上要求施工导致护坡开裂、变形。当边坡较高时，骨架内植草护坡应带排水槽，并根据不同膨胀土类型及边坡坡度将骨架加深0.2m0.3m。骨架间距不宜太大。以上两种边坡防护在南昆铁路均有成功的经验及失败的教训。关键要做到：骨架护坡要求挖槽将骨架完成嵌入边坡，骨架内要及时植草，为保证草籽成活率，襄石铁路采用三维植被网内种草籽取得较好效果。浆砌护坡不能设在坍滑体或松散土上，另外潮湿渗水边坡不宜用浆砌护坡防护，浆砌护坡防止地表水渗入的同时，也阻碍地下水排出
9、。2.3.3 支撑渗沟膨胀土边坡排水至关重要，设置支撑渗沟不仅可以排水，而且能增强边坡稳定性。边坡潮湿以及堑顶外为水田或水塘地段，设置支撑渗沟效果明显。从南昆铁路、广大铁路等既有边坡看，设置支撑渗沟地段边坡稳定性较好，用其处理边坡坍滑也是成功的。支撑渗沟间距一般为610m，渗沟间设骨架内植草护坡或全封闭护坡。2.3.4 土钉墙用其加固弱膨胀性泥、页岩及铝土岩是可行的，均有成功范例，但用其加固南昆铁路中强膨胀岩则是失败的，究其原因，南昆铁路膨胀岩具有高膨胀性、碎裂性、低强度性，膨胀岩已被密集的结构面切割成碎块状，岩体含水量超过塑限，剪切强度和无侧限抗压强度很低，锚杆抗拔力较小，锚杆和土体不能形成
10、整体。2.3.5 加强堑顶排水凡是堑顶外可能有水流向边坡地段，无论水量大小，均应设置天沟。如南昆铁路DK211+760+895右侧膨胀土路堑边坡外种猪场废水未完全排走，堑顶又未设天沟，地表水下渗导致边坡坍滑，后来在堑顶外设天沟，边坡中下部设抗滑桩整治。2.4 膨胀性土边坡对于达不到膨胀土指标，但具膨胀性的粘土边坡，仍应比照弱膨胀土进行处理，特别是边坡较高或有地下水出露以及堑顶外为水田或水塘地段。如广大铁路DK24+175+370左侧膨胀性粘土路堑边坡堑顶外10m为水塘，坡脚仅按一般路基设挡墙，1999年雨季边坡发生坍滑，将挡墙推倒；南昆铁路DK615+045+125路堤基底有少量地下水渗出，填
11、料为泥岩，具膨胀性，1995年雨季边坡发生坍滑，后来边坡设支撑渗沟及骨架内种草籽护坡，坡脚设片石垛进行整治；南昆铁路长坡岭DK639+300DK644+400部分地段泥岩未达到膨胀土指标，但边坡普遍发生坍滑，后来按膨胀土进行整治。3 施工要求膨胀土由于施工不当造成病害比例不小，应加强施工管理，由于膨胀土的特殊性，要求避开雨季施工，并且路堑边坡应快速开挖，快速施工挡护工程（包括骨架内植草护坡），若不能立即实施挡护工程，应预留保护层厚0.5m左右。路堑边坡防护施工应先喷（护）后挡，充分利用岩土的天然强度。膨胀土地段挡护工程泄水孔及反滤层设置尤为重要，应认真做好。如广大铁路DK138+975DK13
12、9+061左侧墙顶设置全封闭护坡，但未做好泄水孔及反滤层，排水不畅导致挡墙被推倒，护坡开裂、变形。作好地面防、排水设施，注意施工用水的排泄，尤其是低洼易汇水、积水地带，防止基坑和路堑内积水。土石方施工前先做好天沟及排水沟，并应保证水沟质量，南昆铁路及广大铁路多处地段因为天沟漏水导致边坡坍滑。按规范做好路拱对基床排水极为重要。由于路拱不规范或路肩有弃土，路堑基床超挖后回填不密实，路堤压实度不足导致通车后路基面呈锅底形是造成基床病害的重要因素。膨胀土填筑应采用重型机械碾压，使填土达到最佳密实度的90%以上，并且特别注意路肩部分碾压质量。4 小结膨胀土路基设计应高度重视基床处理，路基边坡处理应立足于坡面排水，加强坡脚支挡并进行坡面防护的原则。设置支撑渗沟为边坡加固防护行之有效的方法。支撑渗沟深度应在滑动面或可能的滑动面以下的稳定地层下不小于0.5m。膨胀性土边坡亦应加强支挡防护。膨胀土路基应严格按设计图及有关规范施工,在施工中引起高度重视，把它列为重要工点来施工。只有设计施工密切配合，才能将膨胀土路基病害降到最小程度。参考文献1 韩会增等：铁路基床化学加固措施研究，路基工程1995.52 路基特殊土路基设计规则TBJ35-92