關于鐵路工程路基邊坡變形防護施工方案的研究

摘要 變形是鐵路工程路基邊坡的常見病害，對路基邊坡穩(wěn)定性具有顯著的負面影響。因此，文章論述了鐵路工程路基邊坡變形的表現，從鉆孔注漿、預應力錨桿、土釘加固等幾個方面，分析了鐵路工程路基邊坡變形防護的施工技術類型與技術應用要點。結合實際工程，對比了鉆孔注漿、預應力錨桿、土釘加固技術的應用效果，以期為鐵路工程路基邊坡變形防護施工提供一些參考。

關鍵詞 鐵路工程；路基；邊坡變形；防護施工技術

中圖分類號 U216.417 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0064-03

0 引言

新時期，鐵路建設范圍持續(xù)延伸，鐵路路基邊坡性質呈現出日益復雜化的趨勢。在工程建設過程中，復雜邊坡潛在滑體存在下滑力，一旦沿著剪切面的下滑力超出抗滑力，就會導致邊坡變形，直接影響鐵路工程的順利推進。現行工程路基邊坡變形防護的施工技術類型眾多，相關技術的應用要點、應用效果具有顯著差異。因此，對比分析多種技術在鐵路工程路基邊坡變形防護施工中的應用具有非常重要的意義。

1 鐵路工程路基邊坡變形的表現

鐵路工程路基邊坡變形主要表現為：邊坡在自身重力以及地震、降雨、工程活動等外力的干擾下，內部整體出現沿軟弱結構面變動趨勢[1]。在變形力超出邊坡體本身抗變形力的情況下，鐵路工程路基邊坡將出現顯著形狀異變。表現為邊坡內部水平或垂直位移、外部水平或垂直位移。其中工程路基開挖活動是造成邊坡變形失穩(wěn)的主要誘因。

2 鐵路工程路基邊坡變形防護施工技術類型

2.1 鉆孔注漿技術

鉆孔注漿技術是一種特殊的路基處理工藝。鉆孔注漿技術需借助高壓水，將水泥漿或水泥砂漿注入深層地下結構，為鐵路工程深層路基提供支撐力，以改善鐵路工程路基邊坡的穩(wěn)定性以及抗震性能。從鉆孔注漿技術的應用過程來看，主要包括前期準備（含技術、工具、人員等）、鉆孔準備、鉆孔作業(yè)、注漿作業(yè)等幾個環(huán)節(jié)。

鉆孔注漿技術具有設備輕巧、工藝簡單、操作容易、對復雜環(huán)境適應性強的優(yōu)良特點，但其僅可用于軟土路基，單體承載力不高。根據具體的工程地質情況，可以選擇不同的注漿方式，比如對于碎石、淤泥、人工填土等地質，可以分別選擇單管、雙管、多管的注漿方式。

2.2 預應力錨桿技術

預應力錨桿技術是巖土錨固技術的一種。預應力錨桿技術需要借助錨桿周邊地層巖土的抗剪強度，完成結構物拉力的傳遞，從而保持鐵路工程路基開挖面的穩(wěn)定性。同時，預應力錨桿結構可與地層連鎖，促使錨固地層產生壓應力區(qū)，對地層產生加筋作用，增強地層力學強度，阻止邊坡變形滑移。作為一種將拉力傳遞至穩(wěn)定巖土層的結構體，預應力錨桿的結構如圖1所示：

圖1中的1為承壓板；2為臺座；3為錨具；4為支擋結構；5為鉆孔；6為自由隔離層；7為鋼筋，預應力錨桿的鋼筋采用（φ25～φ32）精軋螺紋鋼筋；8為自由段；9為注漿體。在實際應用中，預應力錨桿可與鋼筋混凝土樁、鋼筋混凝土板肋、鋼筋混凝土面板等聯合使用。

2.3 土釘加固技術

土釘加固是鐵路工程路基邊坡變形防護的永久性工程技術，其因經濟、簡便、可靠等優(yōu)勢而被廣泛運用于工程。土釘加固技術適用于物理力學性質差的邊坡，技術可單獨使用，也可與其他邊坡變形防護技術進行聯合應用。

土釘防銹程度、耐久性是土釘加固技術質量的主要影響因素。為保證技術質量，多采取加大土釘鋼筋界面、增設水泥砂漿保護層、鋼筋表面涂鋅（或環(huán)氧）等手段。其中加大土釘鋼筋截面需要根據現場環(huán)境中的鋼筋銹蝕率，結合規(guī)定使用年限內的最大銹蝕深度要求，進行土釘鋼筋直徑的調整；增設水泥砂漿保護層需要考慮銹蝕率，設置厚度超出35 mm±5 mm的保護層；鋼筋表面涂鋅需要在考慮銹蝕率的情況下加大截面。在有條件的情況下，可以在鋼筋外側增設塑料波紋管，波紋管、鋼筋之間注入水泥漿，打造封套防銹體系（見圖2所示）。

圖2中的1為雙層鋼筋網；2為土釘鋼筋；3為塑料波紋管；4為塑料外定位架；5為鉆孔；6為注漿管；7為內定位架。

3 鐵路工程路基邊坡變形防護施工技術的應用要點

3.1 鉆孔注漿技術要點

在鉆孔注漿前，沿邊坡周邊鉆設注漿孔，鉆孔深度處于邊坡底部標高以下。一般選擇地質鉆探用潛孔鉆。鉆孔期間，采用泥沙護壁，避免流沙、塌孔。

在鉆孔完畢的第一時間，需插入注漿管，注漿管上端與注漿泵的注漿嘴緊密連接，避免泥漿沉淀。同時，將一根鋼筋插入孔內，打造具有抗剪力的完整結構。

在水泥漿攪拌機內，拌和漿液。借助注漿泵將漿液壓入孔內，邊鉆孔邊注漿，嚴格控制空孔的放置時間。若孔深較大，可適當提高注漿管，持續(xù)注漿至孔口冒出濃漿。完成注漿后，拔出注漿管。

3.2 預應力錨桿技術要點

在預應力錨桿技術應用前，調查鐵路工程路基邊坡變形防護施工條件、地質環(huán)境，判定現行技術方案與工程實際情況的適宜性。根據判定結果，及時調整方案。

在確定技術方案與工程實際情況相符后，放出各錨桿孔的位置，沿著錨桿孔位置，搭設腳手架。同時，借助傾角測量儀器，以鉆機導向架與水平面的夾角、鉆孔端斜坡尺寸與錨桿長度的關系為控制依據，穩(wěn)固潛孔鉆機。一般鐵路工程預應力錨桿選擇“無水干鉆+回轉鉆進+泥漿循環(huán)”的護孔方式，定向定位。在無水干鉆期間，若遇塌孔，技術人員應立即停止作業(yè)，進行壓力注漿固壁操作。確定邊壁固定后，重新掃孔鉆進。鉆孔至設計深度，繼續(xù)超鉆一段距離，并利用高壓風清除錨孔內的殘留物。

完成鉆孔后，進行鋼筋校直、除銹操作。初步處理后，根據設計長度要求進行鋼筋切割，在鋼筋外露端加工螺紋，安放螺母。同時，沿著桿體，每間隔一段距離進行隔離件的安裝，確保桿體處于鉆孔中心位置。

完成錨桿制作后，全面檢查孔道。確定孔道內無堵塞、無雜質后，將錨桿連同注漿管放入鉆孔，錨桿放入角度應與鉆孔角度相同，避免自由長度段出現損傷。

放入錨桿后，檢查進場水泥力學性能。確認無誤后，利用高質水泥、砂料、水、水玻璃拌和漿料。注漿管伸入漿液液面下，從孔底開始，連續(xù)開展一次常壓注漿，一次注漿至孔口溢出。一次注漿形成的水泥結石體強度達標后，分段開展二次高壓注漿。在二次注漿水泥結石體強度達標后，進行錨桿張拉操作。

錨桿張拉操作工具主要為千斤頂（已標定）。張拉前，對準錨具且整齊套入錨墊板、限位板，保證張拉方向與錨索軸向垂直。張拉期間，依據設計程序、速度，先后進行預張拉、正式分級張拉，最終施加到鎖定荷載。

3.3 土釘加固技術要點

在土釘加固技術應用前，選擇極限、使用兩種狀態(tài)，逐一分析技術的整體穩(wěn)定性、主要構件受力、開挖面加固強度、滲流穩(wěn)定性等。確定土釘支護加固土體外部無失穩(wěn)破壞面、土釘截面與長度滿足局部強度要求、土釘拉力可承受水土壓力（含動水壓力）的情況下，清除鐵路工程路基邊坡頂部的松散土石方，設置天溝排水設施，并在土釘中間交錯布置排水管。同時，修整地表，封閉地表水下滲渠道。

邊坡頂部地表封閉后，從路基頂部出發(fā)，向下開挖至邊坡坡面線內。同時，根據設計坡率，人工修整坡面，確保開挖面平整。若遇孤立巖石，采用小爆破方式進行處理。爆破期間，貫徹多打眼、少裝藥的原則，盡可能減少對坡面的擾動；若遇邊坡坍塌凹坑，應及時嵌補，控制開挖的平整度。

形成邊坡后，噴施一層混凝土，控制邊坡的暴露時間。以混凝土面層凝固為節(jié)點，鉆設孔洞，設置土釘。設置土釘前，應進行制作土釘用鋼筋的除銹、校正操作。

根據設計孔深、孔位、孔徑、傾斜度，干鉆成孔，并借助空壓機清除孔內粉塵，居中插入土釘。同時，設置土釘居中的定位托架，托架下設置固定鐵皮，便于穩(wěn)固土釘。

固定居中放置后，清除孔內松動的殘留雜土，從孔底出發(fā)，均勻不間斷地注漿，注漿壓力恒定。一般土釘加固技術采用二次注漿工藝，首次注入水泥砂漿，二次注入純水泥漿。其中二次注漿總量受土釘長度的直接影響，常規(guī)注漿中的水泥用量則由鐵路工程路基邊坡區(qū)的地層決定。注入水泥砂漿時，技術人員應先清除孔內泥水，邊注漿邊拔管，確保注漿口始終位于漿液面下。首次注入的水泥砂漿初步凝結后，進行二次壓力注漿。

在二次壓力注漿強度達到設計要求后，以相鄰兩鋼筋接頭錯開的方式綁扎（或點焊）鋼筋網片。在鋼筋網緊密毗鄰坡面的情況下，懸掛鋼筋網，鋼筋網與土釘端頭應牢固連接，避免出現晃動。鋼筋網懸掛完畢后，借助高壓風吹洗，再次噴射混凝土，持續(xù)濕潤養(yǎng)護數日。

4 鐵路工程路基邊坡變形防護施工技術的應用效果對比

4.1 技術應用背景

某鐵路工程DK620+252～DK620+456段路基區(qū)為剝蝕丘陵地貌，地勢起伏較大，沖溝發(fā)育。邊坡高度為22～33 m，自然坡度為38 °。高路塹邊坡開挖段超10處，邊坡巖石多裂隙、存在土石夾層。邊坡表層植被發(fā)育，覆蓋的巖土體如表1所示：

由表1可知，工程下伏基巖風化嚴重，透水性較佳，堆積體與基巖表面形成潤滑面，路基開挖極易破壞邊坡體抗滑段與下滑段的平衡狀態(tài)，導致坡體變形。

4.2 技術應用方案

鉆孔注漿的邊坡防護方案為沿邊坡周邊鉆設2排注漿孔，注漿孔為梅花形布置方式，孔徑為11 cm。注漿孔深度為邊坡底部標高以下30 cm，注漿管為φ25鋼管，注漿管下端插入孔內距注漿孔底部15 cm（埋入水泥漿深度超出3 m）。注漿體為C40水泥漿摻和10%膨潤土、1%高效減水劑。

預應力錨桿防護方案為：面向單級垂直邊坡，選擇φ100 mm鉆機鉆孔，錨孔入口點水平方向誤差小于5 mm，垂直方向誤差小于100 mm。利用四級精軋螺紋鋼筋制作錨桿，錨桿鋼筋經定型套筒搭接焊，焊接長度低于8倍的鋼筋直徑。錨桿實際長度超出計算長度的0.4 m±0.1 m，總體長度誤差小于50 mm。錨桿插入孔內深度超出錨桿長度的95%。錨桿注漿選擇標號425#的普通硅酸鹽水泥，含泥量小于總重量的3%、有害物質（云母、硫化物等）含量低于1.5%±0.5%的粒徑0.4 mm±0.1 mm中砂，摻加5%的膨潤土、0.5%～3%的水玻璃和0.02%～0.05%的三聚醇胺活性劑，注漿充盈次數超出1.0。注漿后，錨桿張拉控制力為525.2 kN，超張拉10%，張拉速度為40 kN/min。

土釘加固防護方案為：坡頂布置PVC（Polyvinyl chloride，聚氯乙烯）排水管，排水傾角為5 °，相鄰排水管之間距離為50 cm，排水管壁2/3開10 mm孔，外包裹土工布。挖土為“機械+人工”分層開挖的方式，每層厚2.5 m±0.5 m，開挖至邊坡坡面線2.0 m內，邊坡平整度偏差控制在±20 mm以內。坡面形成后，噴射第一層混凝土的厚度為5 cm，土釘插入深度超出設計要求的90%，土釘定位托架之間距離為2.5 m±3.0 m，土釘定位偏差為150 mm、傾角偏差極限為3 °。注漿管位于孔底250～300 mm的位置，第一次注漿壓力為0.6～0.8 MPa，第二次注漿壓力為1.0～1.2 MPa，注漿流量為5 L/min。注漿水泥用量為25～45 kg/m。鋼筋網定位誤差小于20 mm，接頭錯開500 mm，掛網后從上到下噴射C20混凝土，噴頭與受噴面保持垂直且兩者相距0.6～1.0 m，噴射厚度為5 cm。噴射混凝土2 h后，進行噴水養(yǎng)護。養(yǎng)護至混凝土強度達到設計強度的50%，表面噴射M20水泥砂漿，水泥砂漿厚度為1 cm，最終濕潤養(yǎng)護14 d以上。

4.3 技術應用效果對比

根據《鐵路路基設計規(guī)范》（TB 10001）、《高速鐵路工程測量規(guī)范》（TB 10601）的相關規(guī)定，在鐵路工程路基邊坡變形防護施工期間，忽略地下水，每個工點布置3～5個觀測點。利用拉線式位移計、固定式測斜儀，連續(xù)觀測24 h及以上，分別測定不同技術應用期間的邊坡表面變形、內部變形。整理觀測結果，得出不同技術的應用效果見表2所示：

由表2可知，在預應力錨桿防護技術應用的情況下，鐵路工程路基邊坡的水平位移和垂直位移最小，鉆孔注漿的邊坡水平位移、垂直位移最大。以上表明，預應力錨桿加固技術可有效防控鐵路工程路基邊坡在水平、垂直方向的變形，后續(xù)工程中可優(yōu)先選用預應力錨桿加固邊坡變形防護技術。

5 結束語

綜上所述，鐵路工程路基邊坡變形對工程穩(wěn)定性具有較大危害，超出規(guī)定的邊坡變形會直接影響鐵路施工安全。常見的鐵路工程路基邊坡變形防護技術包括鉆孔注漿技術、預應力錨桿技術、土釘加固技術等，不同技術的應用效果具有顯著區(qū)別。根據工程實際情況，技術人員應選擇適宜的路基邊坡變形防控技術，確保邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

參考文獻

[1]楊學林. 黃土地區(qū)高速鐵路高邊坡路基幫寬沉降分析[J]. 鐵道勘察， 2020（2）： 15-21.

收稿日期：2024-02-19

作者簡介：崔庸（1972—），男，本科，高級工程師，研究方向：鐵路計劃管理。