1、NORTHERN ARCHITECTURE收稿日期：2022-06-20作者简介：杨书军（1985），男，黑龙江省汤原县人，工程师，从事高铁建设方面的工作。0引言由于膨胀土的分布十分广泛，因此在很多铁路建设工程中都会遇到膨胀土。膨胀土的自身性质导致高速铁路膨胀土路堑边坡的滑动面下滑力较大，边坡土层的粘聚力和安全性降低。因此，研究高速铁路膨胀土路堑边坡的防护处理1，对于提高高速铁路膨胀土路堑边坡的稳定性和安全性，确保膨胀土地区高速铁路快速修建和安全运行都具有重要意义，同时可降低高速铁路运行成本与工程投资2。对于高速铁路膨胀土路堑边坡的框架梁防护处理，很多学者都进行了研究，并提出了多种处理方法和技
2、术，但这些处理方法和技术在实际应用过高速铁路膨胀土路堑边坡的框架梁防护处理杨书军（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨154007）摘要：为了提高高速铁路膨胀土路堑边坡防护处理的施工质量，保证边坡坡面平整稳定，提出高速铁路膨胀土路堑边坡的防护处理方法。通过Winkler模型计算框架梁力学特征，实施框架梁防护施工；在框架梁内设计立体植被垫护坡；分6步实施支撑渗沟的施工，实现高速铁路膨胀土路堑边坡的防护处理。测试结果表明，经本文方法处理后，锚杆安装施工质量、框架梁防护施工质量均符合施工标准，边坡坡面保持平整稳定，边坡点位置、边坡及侧沟平台位置、宽度位移均达到施工标准要求，证明该方法提高了
3、边坡防护处理的施工质量，增强了边坡安全性。关键词：膨胀土；路堑边坡；框架梁；防护处理中图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：2096-2118（2023）01-0019-04Protective Treatment of Frame Beams for High-Speed RailwayExpansive Soil Cutting SlopeYANG Shujun（China Railway 22th Bureau Group the First Engineering Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang154007，China）Abstract：In order t
4、o improve the construction quality of expansive soil cutting slope protection treatment ofhigh-speed railway and ensure the smooth and stable slope surface，the protective treatment method of expansivesoil cutting slope of high-speed railway is proposed.Winkler model is used to calculate the mechanic
5、al characteristics of frame beams and implement the protective construction of frame beams，and design three-dimensionalvegetation pad slope protection in the frame beam，and the construction of supporting seepage ditch is carried outin six steps to realize the protection treatment of expansive soil c
6、utting slope of high-speed railway.Test resultsshow that after treatment with this method，the bolt installation construction quality，frame beam protection construction quality are conform to the construction standard，the side slope surface remains flat and stable，andslope point position，slope and si
7、de ditch platform position，width displacement all meets the construction standard requirements，proved that the method improves the construction quality of slope protection treatment，enhancing the slope safety.Keywords：expansive soil；cutting slope；frame beams；protective treatment北方建筑工程科技第 8 卷第 1 期 20
8、23 年 2 月19NORTHERN ARCHITECTURE图 1框架梁防护施工流程图程中存在一定不足，无法完全使边坡坡面平整稳定。本文旨在综合以往取得的研究成果及经验，治理困扰膨胀土的排水问题，采取更有效的坡面防护措施，提高膨胀土路堑边坡防护处理的施工质量。1膨胀土的工程特性实验路段为新建铁力至伊春铁路先行工程，线路经过低山丘陵边缘及丘间冲积平原区，地势起伏较小，相对高差 10 m30 m，自然坡度 1030。路基范围内存在大量膨胀岩土。膨胀岩土主要为粉质黏土、全风化泥岩、全风化砾岩，遇水崩解，其中粉质黏土的自由膨胀率 Fs 为 30%，具有中等膨胀性；泥岩的自由膨胀率 Fs 为 20%2
9、9%，具有弱-强膨胀性。全风化砾岩的自由膨胀率 Fs 为 20%60%，具有弱-中等膨胀性。膨胀土路堑边坡的破坏形式及机理为：膨胀土中含有较多强亲水性粘土矿物质。土体浸水引起土体膨胀，当土体失水引起土体缩小，反复干缩湿胀发育出裂隙，破坏土体的完整性，加速了土体的软化。膨胀土路堑边坡在地质结构面受到土体涨缩影响发生较大的变形幅度，对边坡稳定性存在较大破坏。本文实际工程属于弱-中等膨胀性类型。2边坡防护处理方法及施工工艺路堑开挖采用机械化逐层顺坡自上而下分级开挖和分级加固的办法施工。对膨胀土边坡采用锚杆框架梁进行护坡防护，并在框架梁内种植一些可保持水土不流失的植物。对地下水丰富、裂隙层理发育的地段
10、采用支撑渗沟防护。2.1框架梁防护施工设计一种用于高速铁路膨胀土路堑边坡防护的框架梁，通过 Winkler 假设对框架梁的力学特征进行计算，在框架梁的基础上进行边坡防护施工。Winkler 假设与边坡方向相垂直的位移或下沉距离与框架梁的实际反力成正比，具体计算公式为：P=KY2（1）式（1）中：P 为框架梁所受到的反力，kN；K 为框架梁基床系数，kN/m3；Y 为框架梁的实际挠度，m3。框架梁的轴向拉力设计值公式为：Q=F2（ZE）PC（2）式（2）中：Q 为框架梁的轴向拉力设计值，kN；F 为边坡粘聚力，kN；Z 为锚杆长度，m；E 为梁底面的摩擦阻力，kN；C 为框架自重力，kN。框架梁
11、抗拔设计强度公式为：M=（M0+Q0）2+y0（3）式（3）中：M 为框架梁的抗拔设计强度，kN/m2；M0为荷载最大时的静力平衡值，kN；Q0为荷载最大时的力矩平衡值，kN m；y0为荷载最大时的抗拔承载力，kN。依据上述公式，计算出锚杆轴向拉力设计值为178 kN，抗拔设计强度为 200 kN。锚杆框架梁的设计方案是：锚杆框架高 7 m,宽 8 m，锚杆水平间距为4 m，上、中、下锚杆间距均为 3 m。锚杆采用 1 根HRB40032 钢筋制作，杆身每隔 1.8 m 设 8 mm钢筋的对中支架 1 个，锚杆成孔孔体与水平面的夹角为 15。基于上述框架梁的力学设计数据和设计方案，进行边坡框架
12、梁防护施工。施工工艺流程如图 1 所示。图 1 所示流程具体说明如下。1）确定边坡位置并做好施工准备，通过放样对边坡准确位置进行确定。路堑边坡自上而下分层开挖，每一分层高度 2 m3 m。每一分层开挖完毕后，用全站仪设置固定桩，并立即进行坡面锚杆框架定位。2）对锚孔位置进行定位，孔位以固定桩为准，使用钢尺丈量，全段统一放样，孔位误差50 mm，锚杆的位置按等分坡面的长度进行放样。开始测量定位施工准备三通一平锚孔位置定位钻孔处理复查孔位倾角和方位合格是否锚杆安装灌注框架梁槽开挖绑扎钢筋框架浇筑洒水养护结束北方建筑第8卷20NORTHERN ARCHITECTURE3）以确定的孔位位置为依据，实施
13、钻孔处理。在钻孔时锚孔的孔斜率2，锚孔实际钻进深度比设计孔深30 cm。在钻孔结束后，使用高压风将孔内岩粉及水体全部清除。复查锚孔孔位、倾角和方位合格后，安装锚杆。锚杆顺直、居中、缓慢地放入孔内，定位支架在锚杆下部撑住孔壁，孔外钻杆与边坡保持垂直。验孔后，固定锚杆并实施压浆处理，从孔底压至孔口，将其捣实挤密，保证锚杆能够居中固定。4）完成锚杆灌注处理后，对框架梁槽进行挖掘4，在已修整好的边坡上采用风镐开挖，遇局部超挖地段纵梁、横梁基础采用 C35 混凝土找平，修整好边坡，凸出地方要削平，按框架纵梁、横梁尺寸及模板厚度精确挖出单根梁肋轮廓。在槽中对钢筋进行绑扎，使钢筋和锚杆连为一体。5）绑扎好每
14、条槽的钢筋后，开展框架浇筑工作。边浇筑边振捣连续作业，遵循由下到上的顺序在两侧与底部使用地模，在上部使用的是加工模板。6）完成混凝土浇筑工作后，对混凝土洒水养护，养护期为 14 d，并对其强度进行检验，保证混凝土的强度满足设计要求。另外，在压浆时选用中细砂，需要确保其粒径2.5 mm，在使用前实施过筛处理。2.2防护植物的种植为增加生态效果，在完成施工的框架梁内种植一些可保持水土不流失的植物，设计立体植被垫护坡。堑顶以下的坡面由 0.4 m 宽的 C35 混凝土浇筑。护坡起点、终点处采用 C35 混凝土镶边封闭。坡面从上至下每 10 m 设置 1 条宽 0.8 m 的 C35 混凝U 型排水槽
15、。护坡每 10 m 设置 1 道伸缩缝，缝宽0.02 m，深 0.2 m 缝内填塞沥青木板。绿色植被垫包括植被种子带和营养基质层。多元化植被种子带由玻纤格栅高强度防护层、棉纤维纸基、植被种子、无纺布粘合而成；营养基质层由微肥、保水剂，杀菌剂，杀虫剂、高强涤纶保水土工布组成。坡面自上而下铺设植被垫后采用聚碳固定钉将其固定在坡面上。为便于立体植被垫的养护，每隔 100 m 铺设宽1.5 m 的踏步。植被的选择既要考虑稳定方面的因素，也要考虑综合绿化效果方面的因素5。从多元化植被种类选择上，可以混合种植草本植物、灌木及藤木植物。其中草本植物可以选择豆科与禾本科，如百叶兰、百喜草、多年生黑麦草、高羊茅
16、、狗牙根等植物；灌木可以选择坡柳、红柳及紫穗槐等植物；藤木植物可以选择常春藤、蛇葡萄、五叶地锦及爬山虎等植物。回填土采用适宜植物生长的清表土、种植土等，厚度为 0.2 m。草籽选用根系发达茎矮叶茂且适于本地区成活的多年生草种，草籽埋入深度5 cm。为使草籽均匀分布，可将种子与砂、干土或锯末混合撒入立体植被垫护坡。草籽养生期内，需用透气农膜覆盖，避免雨水冲刷，及时进行洒水养生，对漏洒、草籽发芽成活过稀部位还应进行补撒。2.3支撑渗沟施工边坡支撑渗沟用于疏通潮湿边坡积水，能够起到支撑边坡的作用。边坡渗沟适用于加固潮湿的容易发生坍塌的土质路堤边坡。支撑渗沟通过自身重量为边坡提高抗滑能力，并有效降低坡体含水率，从而提高坡体稳定性。本文设计的支撑渗沟方案为采用人工配合机械开挖渗沟模式，反滤层与排水层同步进行施工。支撑渗沟的具体施工步骤分为 6 步。1）根据结构物的实际位置实施现场放样。2）通过机械与人工的配合开挖沟槽。首先，通过机械方式进行土层松动；然后，通过人工方式进行整形；最后，对开挖的沟槽进行验收。3）在不透水层的施工中，选用 M10 浆砌片石，搭建高 0.3 m，宽 1.2 m 的基础底
