地下水發(fā)育深路塹的勘察與設計

  隨著(zhù)鐵路建設的跨越式發(fā)展,鐵路工程建設中,“以人為本冶、“加強環(huán)境保護冶等設計理念越來(lái)越得到重視,也逐步地在工程建設中得到貫徹實(shí)施。結合工程實(shí)例,介紹鐵路穿越富含地下水深路塹的勘察及設計中貫徹實(shí)施上述理念的應用情況和取得的效果。

 

  1搖工程概況 新建鐵路寧啟線(xiàn)南京至海安段為國鐵玉級干線(xiàn),單線(xiàn)路基,是國家規劃“八縱八橫冶鐵路網(wǎng)東西通道的重要組成部分,該鐵路的建設,對于完善江蘇省交通運輸體系,促進(jìn)江蘇特別是江北地區社會(huì )經(jīng)濟持續發(fā)展具有重要意義。寧啟鐵路K53+352~K53+826段位于儀征市青山鎮邊上,最大地面高程60m左右,為全線(xiàn)分水嶺,俗稱(chēng)埡口,路基以挖方形式通過(guò),中心最大挖深約15m。地貌上為長(cháng)江高階地區,自然坡平緩,植被發(fā)育,部分辟為水田,有村莊及村民生產(chǎn)和生活。

 

  2搖地質(zhì)情況 路塹地層自上而下依次為淤第四系上更新統沖積 層Q3al黏土,褐黃色,硬塑,厚2~12m,無(wú)膨脹性;于第三系Nl 2圓礫土,充填物為黏土,灰黃色,密實(shí),潮濕,厚 0~8郾6m;盂礫砂,灰黃色—灰白色,密實(shí),飽和,厚0~5郾6m,分布不連續;下伏白堊系上統赤山組棕紅色粉砂巖,全風(fēng)化層厚1郾2~4郾2m,下為強—弱風(fēng)化帶。 該段地下水發(fā)育,水位埋深2郾5~10m,穩定水位高程48郾17~48郾43m,水位均位于黏土層中,具承壓性。抽水試驗表明,地層綜合滲透系數K=0郾92~6郾41m/d,單井水力影響半徑R=34~93m,單井涌水量為Q=0郾748SL/s(S為水位降深/m),如圖1所示。

 

  3搖主要環(huán)境工程問(wèn)題 線(xiàn)路中心最大挖深約15m,路肩位于地下水位以下的圓礫土及礫砂層中,該層為主要的地下水含水層。路塹開(kāi)挖時(shí),圓礫土特別是礫砂層邊坡將產(chǎn)生涌水、坍方,預計最大涌水量為Q=4383m3/d。地下水大量流失不僅影響邊坡穩定,對周?chē)h(huán)境破壞較大,將導致附近水塘、水井水位下降乃至干涸,嚴重影響到農田灌溉及居民日常生活。經(jīng)過(guò)調查統計,有水塘8處,水井 16處,村民人口約150人,耕地約15畝。水塘、水井水主要用于灌溉及日常清洗,少數作為飲用水源?？偟膩?lái)看路基地質(zhì)條件較差。

 

  4搖主要工程措施 4郾1搖加強工點(diǎn)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察 要查明工程實(shí)施對環(huán)境的不利影響,在保證工程 安全穩定的條件下選取經(jīng)濟合理的工程措施,必須要有詳實(shí)可靠的基礎資料。為此,勘察設計人員有針對性地加強了對工點(diǎn)周?chē)?a href="http://keyinmall.com/t/工程地質(zhì).html" >工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察。通過(guò)擴大地質(zhì)調查范圍,詳細查明了附近村民生產(chǎn)生活情況,水塘水井的分布及數量、用途等;在地質(zhì)調查及工程地質(zhì)鉆探的基礎上,進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的水文地質(zhì)勘察工作;通過(guò)水文地質(zhì)鉆探及孔內抽水試驗,詳細查明了地下水分層情況,水質(zhì)、水位變化情況,含水層的性質(zhì)、厚度,單井涌水量及水位降深,并依據試驗參數估算了地層滲透系數、路塹開(kāi)挖時(shí)地下水涌水量及其影響范圍,讓相關(guān)人員(包括設計者)對工程實(shí)施可能對環(huán)境造成的不利影響范圍、程度心中有數。 4郾2搖加強線(xiàn)路方案的比選工作 K53+352~K53+826段深路塹右側臨近寧通高等 級公路,左側距離南山水庫有一定的距離。受地形條件限制,平面上線(xiàn)路位置可選擇的范圍較小。該項目近50年來(lái)歷次勘察在該處的線(xiàn)路位置基本沒(méi)有大的變化,要從平面上避開(kāi)此處困難較大,因此應優(yōu)先從縱斷面上進(jìn)一步優(yōu)化。工程地質(zhì)平面如圖2所示。

 

  初步設計時(shí),該段線(xiàn)路縱坡限坡為4譯,中心最大挖深約為18郾9m,深路塹長(cháng)度約1100m,路基面以上含水層厚度最大在6m左右。施工設計中,在充分收集基礎資料的基礎上對縱坡進(jìn)行了比選優(yōu)化,經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較,確定采用6譯限坡通過(guò),深路塹長(cháng)度減至約474m,路基面以上含水層厚度最大降至2m左右,且基本避開(kāi)了含水量最豐富的礫砂層,盡量減少了工程實(shí)施對環(huán)境破壞的范圍,增加了工程的安全性。

 

  4郾3搖精心選擇路基加固及防護方案 該深路塹設計考慮的重點(diǎn)是在保證施工和運營(yíng)中 路基安全的條件下,盡量減少工程對周?chē)h(huán)境的影響、破壞,減少外部環(huán)境對工程的干擾和影響,確保施工順利進(jìn)行。為此,在確定采用封閉式路塹的前提下,對排除地下水、注漿止水、旋噴止水等防治地下水方案進(jìn)行了比選。

 

  采取開(kāi)挖排水溝,順坡自然排水,降低地下水位后再進(jìn)行邊坡防護、修筑基床的方案,其直接工程費用低,施工簡(jiǎn)單,但施工具有較大的風(fēng)險性,對周?chē)h(huán)境尤其是水環(huán)境的影響較大,施工不可避免地要受到外部干擾,工期不能保證,還會(huì )有后期的巨額賠償等問(wèn)題,不符合大的社會(huì )環(huán)境要求,應首先不予采用。 經(jīng)過(guò)綜合比選,最終采用鋼筋混凝土U形封閉槽及止水的綜合措施,具體為含水層以上土體放坡開(kāi)挖,邊坡采用漿砌片石拱形截水骨架內噴播植草防護,下部設鋼筋混凝土U形封閉槽,高4~5m,U形槽頂設寬8~10m的邊坡平臺。U形封閉槽施工開(kāi)挖前,根據地層情況在U形槽背部和底部采用鉆孔注漿止水及旋噴樁止水,防止地下水泄漏,保證邊坡穩定;U形槽與巖土體接觸處鋪設單層復合防水卷材,U形槽節與節之間加強防滲設計,防滲材料由“625冶型塑料止水帶和瀝青麻筋、瀝青木絲板及瀝青砂膠組成,且節與節之間以穿銷(xiāo)連接。注漿采用鉆孔內套管注漿法注漿,間距1郾8m伊2郾0m,梅花形布置。注漿漿液為純水泥漿,水灰比為0郾6頤1,注漿效果通過(guò)壓水試驗及鉆孔取樣觀(guān)察進(jìn)行檢驗。 本著(zhù)“以人為本冶的設計理念,在U形槽頂平臺靠路基側邊緣增設1郾5m高鋼板防護網(wǎng),平臺上植草、種灌木,形成一條綠色景觀(guān)帶。設計中還對路塹開(kāi)挖、旋噴樁及鉆孔注漿止水、U形槽砌筑、止水效果檢驗等都提出了嚴格的工藝要求及施工流程,以保證施工順利進(jìn)行。

 

  5搖設計效果 施工過(guò)程中精心組織,嚴格按設計圖要求施工,通過(guò)現場(chǎng)試驗不斷改進(jìn)施工工藝,提高施工質(zhì)量,確保了注漿及旋噴止水效果。經(jīng)過(guò)檢驗,注漿體取芯觀(guān)察有粒狀、片狀及水泥塊分布,壓水試驗其滲透系數為 5郾6伊10-6cm/s,小于設計要求;旋噴樁幕墻雖然出現潮濕現象,但無(wú)滲漏水及塌方,樁體垂直傾斜度<1郾5%,開(kāi)挖前設置觀(guān)察樁,觀(guān)察無(wú)位移變化。開(kāi)挖 過(guò)程中沒(méi)有出現坍方、涌水現象,周?chē)迕竦乃?、水井水位無(wú)明顯變化,其日常生產(chǎn)和生活沒(méi)有受到影響,施工順利,工期按時(shí)完成。U形槽工程完工后路塹內無(wú)滲水,達到了保護環(huán)境,保證運營(yíng)安全的設計目的,證明了設計措施合理,效果明顯。該工程實(shí)施過(guò)程中多次得到鐵路建設方和地方政府的考察和贊揚,取得了良好的社會(huì )效果,為寧啟鐵路新建工程按時(shí)開(kāi)通并達到開(kāi)通時(shí)速100km打下了基礎。