高寒凍土區(qū)路基地下水暗溝排水技術研究

高寒凍土區(qū)路基地下水暗溝排水技術研究

1路基工程的破壞機理在寒冷和潮濕地區(qū)，主要因素是路由土層含水量的大小和外部溫度的季節(jié)變化，以及路肩的穩(wěn)定性。對于高寒凍土區(qū)的地下水路基,若長期被地下水浸泡,這些水會以不同方式,在不同程度上對路基工程的穩(wěn)定產生破壞。一方面地下水的浸蝕和滲透會軟化地基巖土,使地基強度降低,壓縮性加大,在外界荷載作用下使路基工程產生較大變形;另一方面,路基工程處于冰凍線以上,土壤富含地下水,凍結時不僅土中水變成冰體積增大,而且水分往往因凍結作用產生熱篩效應而遷移和重新分布,形成冰夾層或冰堆而使地基凍脹。凍脹時使路基不均勻抬起,融化時又不均勻地下沉,年復一年使路基工程產生變形,輕者出現(xiàn)裂縫,重者危及使用。因此,在高寒凍土區(qū)對地下水路基采取可靠的排水、截水措施,是保證高寒凍土區(qū)地下水路基穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。2地表、地下水概況青藏鐵路格爾木至拉薩DK1637+450～DK1671+150段,位于唐古拉山以南的丘陵地區(qū),全長33.7km,沿線地形起伏,溝梁相間,山嶺渾圓而坡度平緩,山體窄而溝谷寬,屬深季節(jié)凍土區(qū),最大凍結深度為350cm。全線無大的地表水系,只在溝谷地有濕地沼澤及小的溪流分布,地面水系主要由冰川融水和大氣降水補給,水溫較低,流量隨季節(jié)變化較大,地下水類型為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水,水量豐富。沿線地質復雜,地下水路塹、地基涌泉等不良地質現(xiàn)象相間出現(xiàn),累計達10多處,給寒區(qū)路基施工帶來不利。施工時為保證高寒凍土區(qū)地下水地段路基的穩(wěn)定,我們大膽采用保溫滲水暗溝技術,成功解決了高寒凍土區(qū)地下水路基的凍脹、融沉等工程地質問題。3合理設置滲溝,集中地下水保溫滲水暗溝是設置在地下水土層中,具有良好的透水性、過濾性、集水性和抗凍性,能降低、截排或引排地下水,疏干附近土體,提高地基承載力和穩(wěn)定性的一種地下排水設施。在處理地下水路基工程時,應先根據(jù)地下水類型,含水層埋藏深度、地層的滲透系數(shù)等條件,選定適宜的滲溝形式,然后按需要在路基的一側或兩側開挖溝槽,設置滲溝,利用滲溝的透水性、集水性將地下水匯集或攔截到滲溝中。在富水深路塹地段,在路塹開挖后,可在塹底換填洗凈的碎石作為滲水層,通過滲水層將地下水引入路基兩側縱向滲溝。當在路基兩側設有縱向滲溝時,縱向滲溝之間可設置橫向滲溝,通過橫向滲溝將水集中到一側,然后通過與滲溝相連的排水暗管將水排出路基以外,從而達到疏干路基范圍內的土體,提高地基強度和穩(wěn)定性的目的。3.1無紡透水混凝土制作采用保溫滲水暗溝處理深路塹地下水時,在路塹的一側或兩側的側溝下設置縱向排水滲溝,滲溝寬1.5m,內填洗凈碎石,外包一層450g/m2無紡透水土工布,土工布外設0.1m厚中粗砂墊層。滲溝內排水管采用?200mm雙壁波紋管,壁厚50mm,管壁上在240°范圍內設70×3mm2孔眼,縱向間距150mm,外包一層450g/m2無紡透水土工布,布間搭接長度不小于20cm。在路塹邊坡3.5m范圍內換填圓礫土(粉黏粒含量小于15%),邊坡與換填土間挖2.0m寬的臺階,自側溝及以上邊坡鋪單向經編高強滌綸土工格柵,并向上回裹2.5m。路基面下0.9～3.0m范圍內換填圓礫土(粉黏粒含量小于15%),3.0～3.5m范圍內換填洗凈碎石并向滲溝設4%的排水坡。圓礫土與洗凈碎石間鋪450g/m2無紡土工布反濾層。基床換填二八灰土,二八灰土與圓礫土之間鋪設XPS(厚0.08m)保溫板,如圖1所示。3.2基坑回填的設置采用保溫滲水暗溝處理淺路塹地下水時,在路塹的一側或兩側的側溝旁設置縱向排水滲溝,滲溝的結構與深路塹滲溝相同?；踊靥顣r,在滲溝兩側夯填黏性土至滲溝基礎頂面高程,其上回填圓礫土直至滲溝頂面。在滲溝頂面以上不小于開挖范圍內夯填不小于0.5m的黏性土層作為保溫層和保護層,并保證排水管頂面距離黏性土層頂面的高度不小于設計規(guī)定的保溫深度,并應在保護層的頂面設置2%～4%的排水橫坡。滲溝以外,可根據(jù)排水需要選擇是否設置天溝,如圖2所示。3.3基坑回填的設置采用滲水暗溝處理路堤地基地下水時,在路堤地基的一側或兩側的坡腳外設置縱向排水滲溝,滲溝的結構與深路塹滲溝相同?；踊靥顣r,在滲溝兩側夯填黏性土至滲溝基礎頂面高程,其上在滲溝的來水一側回填粗粒土,在路堤一側采用原土回填。在滲溝上部與路堤邊坡之間滿填黏性土,填土厚度應能保證排水管頂面距離黏性土層頂面的高度不小于設計規(guī)定的保溫深度,并應在保護層的頂面設置不小于4%的排水橫坡。保護層坡腳以外,可根據(jù)排水需要選擇是否設置排水溝,如圖3所示。4暗溝處理工藝流程(1)保溫滲水暗溝處理深路塹地下水施工工藝流程(圖4)(2)保溫滲水暗溝處理淺路塹地下水施工工藝流程(圖5)(3)保溫滲水暗溝處理路堤地基地下水施工工藝流程(圖6)5施工材料質量控制(1)溝槽窄而深,施工時注意安全;同時注意加強現(xiàn)場指揮調控,保護好各種地下管線。(2)盡量避開雨季施工,施工前應做好永久排水溝、天溝等排水設施。施工時不得將基坑內的水排入滲溝,以防污染碎石,堵塞排水管。(3)路塹開挖時,避免采用大型爆破方法。滲溝施工時自下坡向上坡分段進行,開挖一段應盡快完成,然后再進行下一段施工。(4)所有進入施工現(xiàn)場的工程材料必須嚴格按照有關技術標準的要求進行抽樣試驗和復試,對不符合設計和規(guī)范要求的材料不得使用。入場后的材料應加強管理,防止材料的污染、老化和失效。(5)路塹和滲溝開挖前,應先做好塹頂天溝或排水溝,防止雨水流入路塹或滲溝內。路塹開挖要正確標出邊樁連接線,經常檢查邊坡開挖坡度,及時糾正偏差,防止超欠挖現(xiàn)象。需防護的邊坡,當防護不能緊跟開挖施工時,應暫時留置一定厚度的保護層,待作護坡時再刷坡挖夠。(6)排水溝應與橋涵、線路及外部排水系統(tǒng)相銜接。溝水排泄不得對路基、農田、草場及其他建筑物產生危害。確保自出水口流出的水向下游順暢排泄,地面不得有堆積土和凹坑。(7)認真做好滲溝、排水暗管和出水口的保溫防凍措施,確保其埋設深度和保溫措施滿足設計和規(guī)范要求。(8)滲溝和檢查井的基礎必須置于穩(wěn)定地層上,對不穩(wěn)定地層應采取相應工程措施進行加固處理,保證基礎的穩(wěn)定性。(9)對較深基坑或基坑為不穩(wěn)定的含水土壤,放坡開挖無法保持邊坡穩(wěn)定者,應采用臨時支撐加固坑壁。(10)做好管道的連接埋置工作,保證管道接口和過渡連接處連接牢固,管內無阻塞,排水坡度平順,流水順暢。6路壘底地下水條件在青藏鐵路格爾木至拉薩段22標施工過程中,我們采用上述施工技術和施工工藝處理了深路塹、淺路塹、路堤地基等多種不同類型的路基地下水工程,均取得了良好的防水、降水效果,地基承載力明顯提高,路基的穩(wěn)定性顯著加強,效果顯著。22標DK1653+125～DK1653+300段,全長175m,以路塹方式穿越地形起伏較大的高寒丘陵地區(qū),路塹最大深度9m以上,屬深路塹。我們按深路塹地下水的處理方法對路塹邊坡和基底進行了換填,并設置了基底滲溝,處理后邊坡穩(wěn)定,基床填土干燥路基承載力和穩(wěn)定性均滿足設計及規(guī)范要求。DK1669+480～DK1669+730段,全長250m,為淺路塹,出露地層為第四系全新統(tǒng)洪積粉質黏土及侏羅系頁巖夾砂巖。最大凍結深度為281cm,路基開挖后有多處地下水出露,穩(wěn)定水位與路肩基本持平,其滲水量為0.5m3/h。變更設計后,在線路右側路塹外設縱向排水滲溝截排地下水,在滲溝終點設引水暗管將地下水排出路基以外,基底土層未進行換填處理。在滲溝施工約一個月后,基底承載力明顯上升,上層土壤基本固結,基底強度滿足基床強度要求。標DK1656+300～DK1656+460段,全長160m,為路堤底部滲水處理工程。由于該路堤施工時正值干季,基底無地下水出露,施工后,雨季地下水出露,大量地下水滲泡路基本體,導致大面積路基底部填料呈潮濕狀態(tài),部分地段路基坡腳形成40cm左右的坍塌。變更設計后,在線路滲流上游一側設縱向滲溝截排地下水。滲溝施工后,路堤本體底部填料逐步干燥,路堤坡腳補填后不再坍塌。7提高路基工程穩(wěn)定性(1)在高原鐵路建設中,路基地下水是影響高寒凍土區(qū)路基工程穩(wěn)定的一個重要因素。采用保溫滲水暗溝技術對路基地下水進行排、截處理是處治高寒凍土區(qū)路基工程地下水的有效措施,它對保證地下水地段路基工程的穩(wěn)定具有十分重要的作用。(2)采用保溫滲水暗溝處理高寒地區(qū)路基工程地下水,不僅能提高地基的承載力和穩(wěn)定性,避免地下水對路基的凍脹、融沉破壞,而且還可降低線路工程路堤的填筑高