膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构及其施工方法与流程

本发明属于铁路路基工程技术领域，涉及膨胀土路堑边坡的支护结构及其施工方法，尤其涉及膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗柔性支护及其施工方法。

背景技术：

膨胀土的大气影响深度范围内的土体在水分、地温发生变化时，发生反复的涨缩现象，从而造成土体表层的破坏，并将这种破坏逐渐向深处蔓延。同时，形成的涨缩力对刚性防护结构的作用也是不容小觑。在铁路建设过程中，多采用缓坡、分级留置平台及刚性坡面防护等措施来保证膨胀土边坡的稳定性。膨胀土边坡必须在旱季进行开挖、防护工程的施工，而且下一级边坡的开挖必须在上一级边坡防护工程达到设计强度后进行。无疑，膨胀土边坡的开挖防护给整个工期带来了严峻的考验。尤其是位于隧道口时，膨胀土路堑边坡不开挖支护完，就无法进行隧道的施工，直接造成间接费的上涨。限于高陡膨胀土边坡开挖的工期长、危险性大，使得铁路建设过程频频受阻，也使得高陡膨胀土边坡的开挖和支护方式成为铁路路基工程领域的研究重点与难点。

鉴于此，国内外学者针对上述问题开展了大量的研究工作，多排桩和桩墙组合结构为最常用的手段，虽然解决了膨胀土边坡的稳定性问题，但不能满足工期要求。专利CN103572777A公开了一种土工格室挡土墙及其施工方法，能大大缩短建设工期，但其防护结构的刚性不能满足膨胀土的稳定性要求，而且其只适合于公路边坡的防护。柔性护坡能有效解决膨胀土边坡的坡面防护，例如专利CN102535485A公开了一种加筋土柔性防护路堑边坡的逆做工法，但其只适用于软土路堑边坡，且仍然不能满足工期要求。由此可见，既有的支挡防护措施亟待进一步改进。膨胀土本身力学特性并不差，主要是由于大气影响急剧层反复收缩膨胀而造成溜滩甚至边坡整体失稳，如何使膨胀土边坡不受大气影响急剧层影响，寻找有效的开挖支护方案成为当前铁路建设的重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术方案的不足，提供膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构及其施工方法，形式简单、防护结构柔性好、施工周期短，能够有效地解决膨胀土高边坡的稳定性和建设工期问题，是铁路工程领域高陡膨胀土路堑边坡开挖方案和支护技术的创新。

为实现上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现：

膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构，包括膨胀土路堑边坡，坡脚设置坡脚支挡结构，坡面设置土工膜防渗结构、加筋土坡面防护结构和锚杆体系，坡顶设置坡顶反压防渗结构。

优选的，所述坡面防护结构为现场开挖的膨胀土加筋体，加筋材料为土工格栅，反压于需防护的坡面之上。

优选的，所述的坡顶反压防渗结构由浆砌片石砌筑，浆砌片石顶部为不小于2%向边坡外的排水面，顶部用厚度不小于20mm的C25水泥砂浆抹面。

膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构的施工方法，包括如下步骤：

①场地平整：测量路堑堑顶范围，清除需开挖部分的表层土；

②施工机具进场：在旱季开挖膨胀土边坡，采用快速施工方法，集合施工机具集中开挖，保证边坡不受雨水冲刷；

③按设计边坡率逐级分台阶开挖膨胀土边坡至坡脚，开挖的膨胀土于影响边坡稳定的范围之外的场地就近临时堆放；

④整个膨胀土边坡开挖完成后，由坡脚向坡顶分级铺设土工膜，土工膜需紧贴开挖台阶面，搭接宽度0.5m，铺设土工膜的同时回填加筋膨胀土，加筋膨胀土回填宽度由开挖坡脚至坡脚外10米，由坡脚至桩顶设计高程的回填坡率为1:1.5，每隔0.6m水平铺设一层双向土工格栅，分层压实，压实系数不小于0.90，每级边坡按路基本体填筑要求进行压实检测，检测合格后方可进行上一级边坡填筑或下一道工序，回填至桩顶设计高程后，按设计坡面分级回填压实，同时进行坡脚支挡结构的开挖和桩的浇筑；

⑤回填至距坡顶0.5米时，改用M7.5浆砌片石砌筑至设计坡顶，浆砌片石顶部为不小于2%向边坡外的排水面，顶部用厚度不小于20mm的C25水泥砂浆抹面，同时，由坡脚至坡顶施工锚杆框架梁，由此完成路堑边坡的防护和支挡。

优选的，坡脚支挡结构采用重力式路堑挡土墙，锚固桩采用不低于C35的混凝土，重力式挡土墙采用不低于C35的片石混凝土。

优选的，所述锚杆框架梁中锚杆按正方形布置，长度为12m，锚固段长4m。

优选的，步骤③根据不同的边坡率采用不同大小的台阶开挖，边坡率为1:2.0时，台阶宽4.0米，高2.0米，边坡率为1:1.75时，台阶宽3.5米，高2.0米，边坡率为1:1.5时，台阶宽3.0米，高2.0米。

优选的，步骤③中假设膨胀土的大气影响急剧层深度为h米，边坡面及平台面超挖h米。

本发明膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构及其施工方法，其特点是：坡脚采用桩间重力式路堑挡土墙，保证边坡整体稳定性。坡面铺设土工膜防渗并采用加筋膨胀土反压，使膨胀土土体置于大气影响急剧层深度以下，避免膨胀土发生反复地膨胀、收缩。坡顶采用浆砌片石反压防渗，也是将边坡的膨胀土土体封闭于防护结构之下。形成刚性坡脚、坡顶与柔性坡面相结合的整体支挡防护结构。

本发明的有益效果是，利用路堑边坡开挖的膨胀土，减少材料的运输成本。同时，刚性防护和柔性防护相结合，减少了抗滑稳定的支护措施，节省了工程造价，柔性加筋土防护让膨胀土土体置于大气影响急剧层深度以下，避免路堑边坡土体反复涨缩。膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护的施工方法，可在边坡整体开挖之后，同时施工坡脚支挡结构、坡面防护结构，在很大程度上缩短了工期，很适合于工期紧的膨胀土高边坡的开挖支护。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为膨胀土边坡开挖示意图；

图3为沿开挖面铺设复合土工膜示意图；

图4为回填加筋膨胀土示意图；

图5为同时施工坡脚锚固桩、回填坡面加筋土、锚杆体系、坡顶反压防渗结构示意图；

图6为施工坡脚重力式挡土墙示意图；

图中标号：1 坡脚支挡结构；2 土工格栅加筋材料；3 回填加筋土；4 膨胀土边坡；5坡顶反压防渗结构；6土工膜；7 锚杆；8 膨胀土。

具体实施方式

下面结合附图1-6及具体实施例对本发明作进一步说明。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用设备均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

膨胀土路堑高边坡加筋土反压防渗柔性护坡结构，包括：膨胀土路堑边坡4和坡脚支挡结构1，坡脚支挡结构1可以为重力式路堑挡土墙、桩间挡土墙和桩板墙。坡面开挖完成后沿开挖面铺一层土工膜材料，摊铺平整后回填加筋土体，加筋材料为土工格栅。回填至距坡顶0.5m时改用浆砌片石砌筑坡顶反压防渗结构5，同时施作坡面防护结构。

实施例2

膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构施工方法，具体步骤为：①场地平整。测量路堑堑顶范围，清除需开挖部分的表层土；②施工机具进场，膨胀土边坡必须在旱季开挖，为保证边坡不受雨水冲刷，避免长时间暴露，必须采用快速施工方法，集合施工机具集中开挖；③按设计边坡率逐级分台阶开挖边坡至坡脚，根据不同的边坡率采用不同大小的台阶开挖，边坡率位1:2.0，台阶宽4.0米，高2.0米，边坡率位1:1.75，台阶宽3.5米，高2.0米，边坡率位1:1.5，台阶宽3.0米，高2.0米。假设膨胀土的大气影响急剧层深度为h米，边坡面及平台面超挖h米。开挖的膨胀土于影响边坡稳定的范围之外的场地就近临时堆放；④整个边坡开挖完成后，由坡脚向坡顶分级铺设土工膜，土工膜需紧贴开挖台阶面，搭接宽度0.5m，铺设土工膜的同时回填加筋膨胀土。加筋土回填宽度由开挖坡脚至坡脚外10米，由坡脚至桩顶（墙顶）设计高程的回填坡率为1:1.5。每隔0.6m水平铺设一层双向土工格栅，分层压实，压实系数不小于0.90，每级边坡按路基本体填筑要求进行压实检测，检测合格后方可进行上一级边坡填筑或下一道工序。回填至桩顶（墙顶）设计高程后，按设计坡面分级回填压实，坡脚设锚固桩的，同时进行锚固桩的开挖和桩体浇筑；⑤回填至距坡顶0.5米时，改用M7.5浆砌片石砌筑至设计坡顶，浆砌片石顶部为不小于2%向边坡外的排水面，顶部用厚度不小于20mm的C25水泥砂浆抹面。同时，由坡脚至坡顶施工锚杆框架梁，框架梁间距3m，矩形布置，锚杆深12m，由此完成路堑边坡的防护和支挡。

实施例3

如图1所示的加筋土反压防渗支护结构，在边坡一次开挖成形后，同时施作坡脚支挡结构1和坡面防护结构（土工格栅加筋材料2、回填加筋土3、土工膜6、锚杆7），从而大大缩短了工期，避免了膨胀土长时间暴露。其中，土工格栅加筋材料2每隔0.6m水平铺设一层，复合土工膜6沿开挖面铺设并摊铺平整，保证有0.5m的搭接。开挖台阶的宽度和高度根据设计边坡率确定，超挖深度根据膨胀土的大气影响急剧层深度确定。坡顶设置浆砌片石反压防渗结构5，防止地表水的下渗，使边坡的膨胀土土体处于封闭状态。

某铁路线的隧道洞口为深挖路堑膨胀土边坡，长219m，边坡最大高度29m，共3级边坡。膨胀土边坡要求在旱季施工，如果采用传统的边坡支护方式，开挖一级防护一级，需要2年时间才能完成边坡的开挖支护，也就是说，2年之后才能进行隧道的施工，严重影响工期。采用本发明膨胀土路堑边坡加筋土反压防渗支护结构及其工法进行处治，具体步骤如下：

（1）场地平整。测量路堑堑顶范围，清除需开挖部分的表层土。

（2）选择旱季施工，按每50m两台挖机配置，共8台挖机分左右侧边坡同时开挖边坡。

（3）设计边坡率为1:2.0，膨胀土大气影响急剧层深度为1.8m，按台阶宽4.0米，高2.0米，超挖1.8m分级开挖。开挖的膨胀土临时堆放于距开挖点200m处的临时堆土场。边坡整体开挖耗时57天。

（4）两侧边坡开挖完成后，隧道开始施工。也就是说，传统施工方法需要2年才能进行隧道施工现采用本发明只需2个月就能实现。由坡脚沿着开挖的台阶面铺设一层复合土工膜，摊铺平整后开始回填加筋土。加筋土回填宽度由开挖坡脚至坡脚外10米，由坡脚至桩顶（墙顶）设计高程的回填坡率为1:1.5。每隔0.6m水平铺设一层双向土工格栅，分层压实，压实系数不小于0.90，每级边坡按路基本体填筑要求进行压实检测，检测合格后再进行上一级边坡填筑或下一道工序。回填至桩顶设计高程后，按设计坡面分级回填压实，同时进行锚固桩的开挖。

（5）回填至距坡顶0.5米时，改用M7.5浆砌片石砌筑至设计坡顶，浆砌片石顶部为不小于2%向边坡外的排水面，顶部用厚度不小于20mm的C25水泥砂浆抹面。同时，由坡脚至坡顶施工锚杆框架梁，框架梁间距3m，矩形布置，锚杆深12m。

（6）待坡面防护的锚杆框架梁和坡脚的锚固桩达到设计强度后，按桩间挡土墙设计要求开挖坡脚土体，由此完成路堑边坡的防护和支挡。