濕陷性黃土地區(qū)路基整體式鋼模拱形骨架施工技術(shù)

李小虎

（中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

濕陷性黃土地區(qū)路基邊坡在雨水作用下容易產(chǎn)生沖蝕、溜坍和其他病害，影響路基邊坡穩(wěn)定［1］。拱形骨架防護(hù)是邊坡防護(hù)主要采取的工程措施之一，但拱形骨架護(hù)坡傳統(tǒng)工藝存在施工效率低、結(jié)構(gòu)質(zhì)量和尺寸參數(shù)控制差等問題。在中蘭鐵路（中衛(wèi)—蘭州）采用整體式鋼模拱形骨架施工技術(shù)，可減少作業(yè)人員需求、提升骨架護(hù)坡施工質(zhì)量、提高黃土邊坡拱形骨架護(hù)坡工程的生產(chǎn)效率。

1 概述

1.1 工程概況

新建中蘭鐵路甘肅段ZLKZ-ZQSG3 標(biāo)段，施工起訖里程D2K138+194.995—D1K168+377.09，線路全長(zhǎng)33.310 km。路基長(zhǎng)16.87 km，多數(shù)路基以填方通過(guò)，路堤與路塹比例為4∶1，路基填土高度2.20～16.10 m，路堤邊坡最大高度16.10 m，路塹邊坡最大高度24.61 m［2］。

路堤采用臺(tái)階型邊坡，路堤邊坡分級(jí)高度8 m，分級(jí)處設(shè)置2.0 m 寬邊坡平臺(tái)，平臺(tái)以上路堤邊坡坡率1∶1.5，平臺(tái)以下兩側(cè)路堤邊坡采用C25混凝土拱形骨架內(nèi)鋪設(shè)C25預(yù)制空心磚填黃土植草防護(hù)，骨架凈間距3 m，主骨架厚0.45 m、寬0.60 m，頂面溝槽兩側(cè)和下部設(shè)置0.1 m 厚擋水沿。腳墻高1.0 m，底部寬0.8 m、頂部寬0.4 m。護(hù)腳長(zhǎng)1.0 m、厚0.45 m，路堤邊坡防護(hù)斷面見圖1［2］。

圖1 路堤邊坡防護(hù)斷面圖

圖2 路塹邊坡防護(hù)斷面圖

1.2 水文地質(zhì)條件

中蘭鐵路路基土壤最大凍土深度1.03 m，場(chǎng)地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具侵蝕性，氯鹽環(huán)境作用等級(jí)為L(zhǎng)2，鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境作用等級(jí)為Y2。

工點(diǎn)范圍內(nèi)對(duì)工程有影響的特殊巖土主要為濕陷性黃土，具自重濕陷性，濕陷性土層厚度27.8～36.0 m，屬于4級(jí)（很嚴(yán)重）自重濕陷性場(chǎng)地。

2 整體式鋼模拱形骨架施工技術(shù)

2.1 施工流程

場(chǎng)地平整→施工放樣→腳墻施工→護(hù)腳施工→拱圈布設(shè)→拱圈開槽→吊裝拱形骨架模板→安裝沉降縫模板→澆筑混凝土及養(yǎng)護(hù)。

2.2 場(chǎng)地平整

在拱形骨架施工前，先熟悉拱形骨架坡比、尺寸，并測(cè)量放線，由整體到局部，由控制到細(xì)部，確保邊坡防護(hù)的軸線位置、高程測(cè)量準(zhǔn)確［3-4］。

路堤填筑完成后，對(duì)路基邊坡進(jìn)行測(cè)量放線，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械刷坡，保證坡面坡比為1∶1.5，復(fù)核原地面排水方向及排水坡度，以整體地勢(shì)由高到低或以2個(gè)過(guò)水結(jié)構(gòu)物為1 個(gè)排水單元，對(duì)路基兩側(cè)原地面進(jìn)行平整。

2.3 施工放樣

（1）路堤拱形骨架施工時(shí)，測(cè)量放樣控制“三條線”，即路肩線、坡面線、腳墻線。路堤拱形骨架放樣以路肩線位置為基準(zhǔn)線，由上而下放樣坡面線、腳墻線。路肩線在直線段一般按每30～50 m或按設(shè)計(jì)斷面位置設(shè)置，在曲線段間隔18 m 設(shè)置放樣樁，坡面刷坡線與路肩樁位對(duì)應(yīng)掛設(shè)，腳墻線根據(jù)坡面線的坡腳位置確定。

（2）路塹拱形骨架施工時(shí)，測(cè)量放樣控制“兩條線”，即：坡腳線、坡面線。單級(jí)邊坡時(shí)，按設(shè)計(jì)偏距、高程放樣坡腳線，按設(shè)計(jì)坡比控制坡面線；多級(jí)邊坡時(shí)，按每級(jí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)偏距、高程放樣平臺(tái)坡腳線，按設(shè)計(jì)坡比控制坡面線。路塹拱形骨架放樣以坡腳線為基準(zhǔn)線，自下而上按設(shè)計(jì)坡比放樣路塹坡面線，開挖1 級(jí)刷坡1 級(jí)防護(hù)1 級(jí)，必須確保第1 級(jí)平臺(tái)坡腳線及高程線滿足設(shè)計(jì)要求。

利用直流數(shù)字電能表，可以測(cè)量太陽(yáng)能電池板對(duì)電動(dòng)車電池組的充電電壓、充電電流、充電功率和充電電能。2012年5月20日利用蘇州迅鵬儀器儀表有限公司生產(chǎn)的直流數(shù)字電能表對(duì)太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池的充電情況進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)從早晨7：00開始，每隔半小時(shí)測(cè)量一次，持續(xù)到下午18：00，測(cè)試數(shù)據(jù)見表4，當(dāng)天天氣晴，氣溫18～27℃。

2.4 腳墻施工

路堤腳墻位置線放樣完成后，拉通線微調(diào)腳墻線，保證腳墻線線性順直，調(diào)整過(guò)程中保證坡面坡率不陡于設(shè)計(jì)值。按照調(diào)整后的通線撒灰線，開挖腳墻基坑，腳墻采用支兩面模板，間隔18 m 預(yù)留1 條伸縮縫（預(yù)埋2 cm厚聚乙烯泡沫板），澆筑腳墻混凝土并養(yǎng)護(hù)。腳墻施工時(shí)要注意腳墻頂面高程和原地面的關(guān)系，確保施工后的腳墻高程大于兩側(cè)原地面，保證排水暢通，同時(shí)要注意沿線路方向路基排水方向。

2.5 護(hù)腳施工

路堤以腳墻頂面倒角位置沿坡面向上1 m 撒灰線，路塹以坡腳線沿坡面向上1 m 撒開挖線，開挖護(hù)腳基坑，人工修整基坑面，掛坡面線，垂直坡面立模板，混凝土澆筑前坡比，確保坡比準(zhǔn)確。在與腳墻伸縮縫對(duì)應(yīng)位置設(shè)置伸縮縫，澆筑護(hù)腳混凝土，收面養(yǎng)護(hù)。路塹段護(hù)腳施工時(shí)注意在拱柱處設(shè)置排水孔ф5 cmPVC管，保證排水暢通［5］。

2.6 拱圈布設(shè)

（1）路堤拱形骨架布置原則為自下而上布置拱圈，拱圈最小高度2 m，非標(biāo)準(zhǔn)拱圈布置在坡面下部，不足2 m 的采用不規(guī)則形狀截水骨架補(bǔ)充，具體布置形式見圖3［6］。

圖3 路堤拱形骨架布置形式

（2）路塹拱形骨架布置原則為自下而上布置拱圈，拱圈最小高度2 m，非標(biāo)準(zhǔn)拱圈布置在坡面上部，不足2 m 的采用不規(guī)則形狀截水骨架補(bǔ)充，具體布置形式見圖4。

圖4 路塹拱形骨架布置形式

從橋頭端頭預(yù)留3.1 m（1.6 m 過(guò)渡電纜井+1.5 m 踏步），開始拱形骨架排板，拱形骨架端頭排水槽設(shè)置寬度為40 cm，至涵洞位置，會(huì)出現(xiàn)以下2種情況：

情況1：有踏步時(shí)，涵洞翼墻端頭至最后1 個(gè)拱形骨架距離L<3.6 m（1 個(gè)骨架）時(shí)，緊挨骨架預(yù)留踏步，剩余部位全部采用實(shí)心六棱塊滿鋪，涵洞的另一側(cè)預(yù)留對(duì)稱長(zhǎng)度的實(shí)心六棱塊，然后依次排板拱圈，大于5.1 m時(shí)，緊挨骨架布置1個(gè)拱圈，1個(gè)踏步，剩余位置滿鋪實(shí)心六棱塊，涵洞另一側(cè)對(duì)稱長(zhǎng)度的實(shí)心六棱塊，一次排版拱圈，布置形式見圖5。

圖5 有踏步布置形式

情況2：無(wú)踏步時(shí)，涵洞翼墻端頭至最后1 個(gè)拱圈距離L<3.6 m（1 個(gè)拱圈）時(shí)，剩余部位全部采用實(shí)心六棱塊滿鋪。涵洞另一側(cè)預(yù)留對(duì)稱長(zhǎng)度的實(shí)心六棱塊距離，然后繼續(xù)排板拱圈，拱圈距離L>3.6 m（1 個(gè)拱圈）時(shí)，緊挨拱圈位置設(shè)置1個(gè)拱圈，剩余部位全部采用實(shí)心六棱塊滿鋪，涵洞另一側(cè)預(yù)留對(duì)稱長(zhǎng)度的實(shí)心六棱塊距離，然后繼續(xù)排板拱圈，布置形式見圖6。

圖6 無(wú)踏步布置形式

2.7 拱圈開槽

在路堤邊坡設(shè)置拱圈位置撒灰線，骨架的豎向支腿采用機(jī)械開挖，圓弧拱圈采用銑挖頭機(jī)械開挖，開挖過(guò)程見圖7，開挖過(guò)程中保留拱圈內(nèi)的核心土，在開槽時(shí)控制開槽深度，不得超挖，同時(shí)及時(shí)清理骨架內(nèi)邊坡虛土，使坡面大致平整，開槽效果見圖8。

圖7 銑挖機(jī)開槽

圖8 開槽效果

2.8 吊裝拱形骨架模板

拱形骨架模板采用4.5 mm厚鋼板和角鋼加工而成。單個(gè)拱形骨架模板包括3#內(nèi)側(cè)弧模4 塊、1#內(nèi)側(cè)平模2 塊、4#外側(cè)弧模4 塊、2#外側(cè)平板2 塊、5#底部弧模2塊、7#外側(cè)平板2塊、6#底部角模2塊、拱架角鋼組成若干。

在平整地面組裝單個(gè)拱形骨架鋼模板，先將3#模板組合在一起，形成拱形，然后將3#、1#、6#、5#組合在一起，在組合時(shí)保證左右側(cè)1#模板的間距為3.0 m，上下拱圈3#和5#的間距為3.0 m，若組裝過(guò)程中間距大于或者小于3.0 m，利用模板間隙墊1 mm 厚墊片微調(diào)，保證內(nèi)側(cè)拱圈間距符合設(shè)計(jì)尺寸，5#模板最后安裝，形成內(nèi)模，利用拱架角鋼，將2#、4#、7#攔水沿模板同內(nèi)模連接在一起，攔水沿模板和內(nèi)側(cè)拱圈的間距為10 cm，將攔水沿模板和內(nèi)側(cè)拱圈模板組合在一起，形成一個(gè)完整拱圈，拱圈組合形式見圖9，模板之間采用螺栓連接，板拼裝時(shí)，模板縫之間采用雙面膠密封，避免漏漿。

圖9 單個(gè)拱圈安裝示意圖

將組裝完成的單個(gè)拱圈吊裝至開挖槽內(nèi)，拱形骨架模板吊裝前先在已開挖好的坡面上掛線，吊裝時(shí)根據(jù)坡面線微調(diào)模板位置，使拱圈在一個(gè)平面上，吊裝過(guò)程中注意模板吊點(diǎn)設(shè)置，一般設(shè)置3個(gè)吊點(diǎn)，在吊裝時(shí)平穩(wěn)起吊，輕拿輕放，不得撞擊坡面，避免模板變形。

利用角鋼連接桿將擋水沿模板與拱架模板、拱架與拱架模板連成整體，拱圈和拱圈連接時(shí)，要調(diào)整拱圈之間的距離，保證間距為60 cm，形成拱架單元，再次坡面掛線，復(fù)核拱形骨架模板的位置和坡比，微調(diào)骨架模板，確保坡比位置正確，模板橫平豎直，和坡面緊密相貼，然后采用鋼管加固固定。每個(gè)整體式拱形骨架單元由5排骨架組成，整體式拱形骨架鋼模效果見圖10，在拱形骨架施工時(shí)循環(huán)利用，依次推進(jìn)［7-8］。

圖10 整體式拱形骨架鋼模效果

2.9 安裝沉降縫模板

整體式拱形骨架鋼模調(diào)整加固完成后，在骨架端頭設(shè)置沉降縫模板，沉降縫材料采用聚乙烯泡沫板（2 cm），伸縮縫一般設(shè)置在施工縫位置，每18 m一道，確保沉降縫在拱形骨架單元中間且與腳墻護(hù)腳同一條線上，上下貫通。

2.10 澆筑混凝土及養(yǎng)護(hù)

混凝土由輸送車運(yùn)輸，在路堤段，拱形骨架混凝土澆筑采用溜槽入模；在路塹段，澆筑時(shí)采用吊車料斗入模。澆筑混凝土?xí)r，混凝土塌落度控制在110～120 mm，控制澆筑速度，不得讓混凝土直接沖擊模板，避免造成模板變形，收面時(shí)采用粗抹子提漿，光抹子收面，如提漿困難時(shí)，待混凝土初凝后，采用少量水泥砂漿收面，保證施工質(zhì)量。

3 整體式鋼模拱形骨架施工優(yōu)點(diǎn)

（1）機(jī)械開槽尺寸精準(zhǔn)，對(duì)路基擾動(dòng)破壞小，一次成型。

（2）采用鋼模板不易變形，有效保證了骨架的結(jié)構(gòu)尺寸。

（3）擋水沿和骨架主體一次澆筑完成，整體性好。

（4）拱架和拱架模板連接成整體，確保了骨架坡面線形順直。

4 結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路路基邊坡防護(hù)經(jīng)常采用拱形骨架，濕陷性黃土地區(qū)路基邊坡拱形骨架護(hù)坡采用專用銑挖機(jī)機(jī)械開槽，安裝整體式鋼模分單元流水施工，利用角鋼連接桿將擋水沿模板與拱架模板、拱架與拱架模板連接整體，一次性澆筑成型，良好的整體式鋼模拱形骨架施工質(zhì)量對(duì)于保障高速鐵路路基穩(wěn)定和安全具有重要意義。在今后的拱形骨架施工過(guò)程中采用整體式鋼模吊裝，可縮短工序作業(yè)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約施工成本，在實(shí)踐中可不斷完善，具有一定推廣價(jià)值。