蘭渝鐵路DK53處路塹邊坡綜合治理

王耀輝

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安　710043)

蘭渝鐵路DK53處路塹邊坡綜合治理

王耀輝

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安710043)

摘要：對路塹邊坡在開挖施工過程中出現(xiàn)邊坡滑塌的原因進(jìn)行分析，引起邊坡發(fā)生穩(wěn)定性破壞的因素是多樣的，主要?dú)w結(jié)為地質(zhì)因素、自然因素和工程因素，結(jié)合蘭渝鐵路工程實(shí)例，對蘭渝鐵路DK53處邊坡坍塌原因進(jìn)行分析研究，坡體內(nèi)存在不利于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，地下水滲出浸泡，加之路塹開挖牽引，導(dǎo)致邊坡整體穩(wěn)定性變差，形成滑塌，針對上述幾點(diǎn)提出了地基加固、邊坡加固排水、抗滑樁加固的綜合治理措施，取得較好效果。

關(guān)鍵詞：鐵路路塹；邊坡坍塌；邊坡排水；抗滑樁

1概述

蘭渝鐵路DK53+095～DK53+265工點(diǎn)位于榆中縣果園村附近，宛川河二級階地后緣，地勢起伏較大，線路在此以路塹挖方通過，中心最大挖方為8.0 m。中心地面最大高程1 924.0 m左右，路肩設(shè)計高程1 914.3～1 915.2 m，邊坡設(shè)拱形骨架護(hù)坡，坡率1∶1，最大邊坡高度14 m。

2010年5月該段路塹開工，12月開挖基本達(dá)到設(shè)計高程，施工單位發(fā)現(xiàn)坡腳土體滲水有坍塌現(xiàn)象。接到施工單位通知后，鐵一院蘭渝線配合施工指揮部相關(guān)專業(yè)立即進(jìn)行了現(xiàn)場踏勘。

2工程地質(zhì)條件

2.1地層巖性

砂質(zhì)黃土(Q3al3)：淺黃色，土質(zhì)不均，含礫石較多。表層2 m硬塑，σ0=120 kPa。下部軟塑，變形嚴(yán)重，σ0=100 kPa。底部夾較多礫石或塊石。○Ⅱ級普通土。

細(xì)圓礫土(Q2al6)：出露位置厚度不明顯，幾乎全被土體掩蓋，左側(cè)山坡高程1 940 m左右有泉出露，泉水沖破表層土體，微露，密實(shí)，膠結(jié)良好，○Ⅲ級硬土，σ0=400 kPa。

泥巖(NMs)：桔黃色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，呈土狀，在邊坡南端高程1 920 m左右出露。○Ⅲ級硬土，σ0=200 kPa。

2.2水文地質(zhì)

左側(cè)山坡地層上覆砂質(zhì)黃土和細(xì)圓礫土，下伏第三系泥巖；泥巖為隔水層，在泥巖頂面賦存有少量地下水，主要來自大氣降水補(bǔ)給；以泉的形式排泄或經(jīng)邊坡上黃土層流至線路右側(cè)低洼地帶；地下初見水位埋深2～10 m，分布在軟塑-飽和狀的砂質(zhì)黃土層上，涌水量很小，水位恢復(fù)非常慢。

泉水出露位置：(1)DK53+080左60 m，高程約1 940 m，泥巖與上覆黃土的接觸界面上；DK53+040附近路基基床下砂質(zhì)黃土長期被浸泡，呈軟塑或飽和狀，常年出水，涌水量很小，1～2 m3/d。(2)路塹開挖后，DK53+225處地下水沿坡腳出露，附近土體呈軟塑或飽和，涌水量很小，0.5 m3/d。

為了進(jìn)一步細(xì)化路塹邊坡滲水工程措施，對沿線路左側(cè)(靠山側(cè))滲水情況補(bǔ)充進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)繪：DK53+100～DK53+280段路塹邊坡工程已全部開挖，左側(cè)DK53+230～+240路肩以上1.5 m范圍內(nèi)有少量滲水，水量0.5～1.0 m3/d，路塹基底有積水，砂質(zhì)黃土軟化明顯，浸泡后呈軟塑或飽和狀態(tài)，其余段落路肩以上1.5 m范圍內(nèi)坡面底部見有滲水痕跡，砂質(zhì)黃土多呈潮濕狀態(tài)。

2.3氣候條件

最大凍結(jié)深度126 cm。年最大降雨量607.3 mm，年平均降雨量395.3 mm，月最大降雨量207 mm，日最大降雨量98.1 mm。

3坍塌原因

3.1影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素

引起邊坡發(fā)生穩(wěn)定性破壞的因素是多樣的[1]，相應(yīng)的邊坡加固方法也是多種多樣的，針對本地區(qū)工程地質(zhì)狀況，結(jié)合工程實(shí)踐，影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素概括起來主要有以下幾個方面。

(1)地質(zhì)因素：地形地貌，本區(qū)段主要分布在黃土山區(qū)，坡體內(nèi)存在巖土分界面、飽和黃土軟塑帶，由于下覆泥巖在地質(zhì)構(gòu)造的作用下形成的強(qiáng)風(fēng)化層容易在地下水的作用下具有流滑性，因此容易產(chǎn)生潛在的滑動面。

(2)自然因素：自然因素主要包括地震和水造成的自然災(zāi)害，通常最容易誘發(fā)病害的原因是水的作用，民間有“十滑九水”的說法，水的作用包括降雨、地表水、地下水等3個方面[2]，土體的受力狀態(tài)最容易受水的影響，當(dāng)土體受雨水侵蝕作用時，自然張開裂隙的土體會因雨水的浸注而濕化、泥化[3]，進(jìn)而誘使原已穩(wěn)定或處于極限平衡狀態(tài)的土體在重力作用下沿一定的破裂面下滑，降雨在一定程度上加重了地下水的儲量和流量。

在對既有滑塌破壞現(xiàn)象的分析中發(fā)現(xiàn)，凡發(fā)生坍滑的地段多因地下水的出逸而至，通常這些部分在一定地層范圍內(nèi)存在水浸流滑面，這些滑面容易因水浸被激活，而在未施工時其自然坡度與周圍形態(tài)均是一致的。

(3)工程因素：路塹開挖會在處于平衡狀態(tài)的坡腳處形成臨空面，臨空面的形成使處于平衡狀態(tài)的坡體失去平衡，并在坡腳處首先釋放應(yīng)力造成一定應(yīng)變，依次拉裂坡體，發(fā)生滑裂破壞；大氣降水會沿裂隙首先滲入，加重斜坡下滑力，同時路塹開挖造成局部積水，加重對下覆地層的地下水補(bǔ)給，造成坡腳下游地下水位升高，也會導(dǎo)致下游坡體發(fā)生破壞。

3.2邊坡滑塌原因分析

根據(jù)坡體的地層結(jié)構(gòu)、密實(shí)程度以及地形地貌等定性分析原始斜坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。但是坡體內(nèi)存在巖土分界面、飽和黃土軟塑帶等不利于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，地下水滲出浸泡，大氣降水雨水沖刷坡面，軟化坡腳，加之路塹開挖牽引，邊坡下部土層軟塑易變形坍塌，基床地基處理后，在一定程度上阻止地下水滲流，形成壅堵，導(dǎo)致邊坡附近土體進(jìn)一步軟化，整體穩(wěn)定性變差，進(jìn)而發(fā)展為坍塌。

在一定的坡長情況下，地面坡度愈大，徑流速度愈大，坡面沖刷越強(qiáng)烈；雨水作用對砂質(zhì)黃土的邊坡穩(wěn)定性影響極大，當(dāng)雨水在坡腳處產(chǎn)生積水時，邊坡的穩(wěn)定性更差，坡腳處塑性應(yīng)變值比正常情況升高近20倍[4]。

4工程措施

4.1原設(shè)計情況

路基基底采用灰土擠密樁處理，消除黃土濕陷性，增加地基承載力，邊坡設(shè)拱形骨架護(hù)坡，坡率1∶1[5]。

4.2變更后設(shè)計情況

4.2.1地基加固措施

由于地下水滲出浸泡，地基軟弱，承載力不能滿足要求及消除地基黃土濕陷性，設(shè)置粉噴樁和灰土樁加固處理地基，增加復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度、地基承載力，加快地基固結(jié)速度，增強(qiáng)滑裂面上的抗滑能力。

DK53+080～DK53+282段路基采用粉噴樁處理，粉噴樁樁徑0.5 m，樁間距分別為1.2 m，樁長4.0～12.0 m，正三角形布設(shè)；DK53+282～DK53+500段為消除黃土濕陷性，路基基底采用灰土擠密樁處理，處理范圍路堤為坡腳外3 m[6]、路塹為坡腳范圍內(nèi)。樁徑0.4 m，樁間距0.9 m，按梅花形布設(shè)。

4.2.2加固排水措施

通過原因分析，可見邊坡開挖滑塌的產(chǎn)生與水有密切的關(guān)系，設(shè)置排水系統(tǒng)，消除水的危害，是整治滑坡的有效措施。

塹頂設(shè)置天溝，截排滑坡地段以外的地表水，防止流入滑坡區(qū)內(nèi)，引導(dǎo)地表水在滑坡區(qū)以外的穩(wěn)定山坡處排走；邊坡設(shè)計拱形骨架護(hù)坡，有流水槽、急流槽、平臺截水溝，分級截流，縱橫結(jié)合，使水快速排走，防止?jié)B入到邊坡內(nèi)部，造成邊坡軟弱滑塌；由于邊坡土層(巖體)中埋藏有地下水，由邊坡滲出，流至坡腳，對坡腳形成浸泡，邊坡設(shè)置滲溝，盡快排至盲溝進(jìn)而引至側(cè)溝排走，防止形成壅堵，破壞邊坡穩(wěn)定性。

在DK53+080～+282段路塹左側(cè)邊坡設(shè)置拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)穴植容器苗，增加坡面穩(wěn)定，減少沖刷；一級邊坡下回填滲水土，厚度1.4 m，滲水土下部沿線路縱向每12 m設(shè)1道邊坡滲溝(加固樁中間)，高0.4 m，寬0.3 m，內(nèi)采用φ10 cm雙壁波紋管，將水引排至縱向滲溝；DK53+031～DK53+282段左側(cè)側(cè)溝及排水溝下設(shè)高0.5 m、寬0.6 m的縱向滲溝，并將水分別引排至DK53+031涵洞和DK53+282涵洞；縱向滲溝內(nèi)采用φ20 cm雙壁波紋管以降低地下水位并排出路基本體。滲溝內(nèi)填洗凈卵礫石，滲溝外側(cè)及雙壁波紋管包裹450 g/m2無紡?fù)凉げ挤礊V層。滲溝斷面見圖1。

圖1　滲溝斷面(單位：m)

4.2.3抗滑樁加固措施

由于邊坡出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、測繪及計算，邊坡存在潛在滑動的可能性，為了保證邊坡穩(wěn)定性，設(shè)置抗滑樁加固邊坡。

DK53+093～+265左側(cè)路塹邊坡外側(cè)設(shè)置抗滑樁處理。設(shè)計采用的主要技術(shù)指標(biāo)：γ=18 kN/m3，Φ=17.5°，c=10.2 kPa，地震基本烈度按八度考慮[7]。樁的設(shè)計荷載為滑坡推力，滑坡推力附加安全系數(shù)1.2，荷載分項系數(shù)K=1.35[8]，滑坡推力采用值918～1 398 kN/m[9]，樁設(shè)計采用極限狀態(tài)理論，樁錨固段地層多為泥巖，內(nèi)力計算采用“k”[10]法，下滑力按矩形分布，樁底支撐采用自由端，地基系數(shù)為90 000 kPa/m，經(jīng)計算樁頂位移2～2.6 cm。設(shè)計樁長25～30 m，樁間距6.0 m，樁截面尺寸2.0 m×3.0 m、 2.5 m×3.5 m兩種，采用C40鋼筋混凝土澆筑[11]。開挖過程中，采用C25級鋼筋混凝土護(hù)壁，厚度0.2 m。路塹邊坡綜合治理平面見圖2，代表性設(shè)計斷面見圖3。

圖2　路塹邊坡綜合治理平面

5結(jié)語

本工點(diǎn)施工已完畢，通過對塹頂設(shè)置觀測樁的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，目前路塹邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，采取的加固治理措施達(dá)到了設(shè)計效果。

圖3　代表性設(shè)計斷面(單位：m)

在施工時應(yīng)做好截、排、防水工程，以防止雨水沖刷坡面和滲入到邊坡內(nèi)部，邊坡內(nèi)部的地下水應(yīng)采用相宜的措施進(jìn)行排除，邊坡開挖面裸露時間不宜太長，盡量避開雨季施工。坍塌的產(chǎn)生是由各種內(nèi)、外因素相互作用促成的，形成的主要因素包括地形地貌、地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、氣候條件、水的作用及人為活動的作用等，因此，應(yīng)根據(jù)具體條件提出相應(yīng)的治理措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘岱輝，王新平.抗滑樁加固斜坡軟土穩(wěn)定性事故原因分析及處理措施[J].四川建筑科學(xué)研究，2005，31(1)：75-78.

[2]李惠青.金斗山滑坡治理施工方案[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009(12)：20-22.

[3]尤昌龍，趙成剛，張煥城，等.高原斜坡軟土路基施工試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報，2002，24(4)：503-508.

[4]王振文.黃土深路塹邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡坡型的合理設(shè)計[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(4)：17-20 .

[5]鐵道第一勘察設(shè)計院.TB10001—2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[6]中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.TB10106—2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[7]中華人民共和國建設(shè)部.GB50111—2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[8]鐵道第二勘察設(shè)計院.TB10025—2006鐵路路基支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[9]鐵道第四勘察設(shè)計院.TB10035—2006鐵路特殊路基設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[10]鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊(路基)[M].北京:中國鐵道出版社，1992.

[11]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

The Comprehensive Treatment of DK53 Lanzhou-Chongqing Railway Cutting Slope

WANG Yao-hui

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：This paper analyzes the causes of cutting slope collapse in the excavation process. Factors causing the side slope stability failure are many and mainly geological， natural and engineering factors. With reference to the engineering practices of Lanzhou-Chongqing railway， the collapse at DK53 is analyzed with the conclusion that it is the internal unstable structure plane， the ground water seepage and the extraction of excavation that lead to the overall deterioration of stability of the slope and the collapse. In view of the above， comprehensive measures are put forward for foundation reinforcement， slope consolidation with drainage and anti-slide pile， which are proved very effective.

Key words：Railway cutting， Slope collapse; Slope drainage; Anti-slide pile

中圖分類號：U213.1+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.004

文章編號：1004-2954(2015)06-0015-03

作者簡介：王耀輝(1981—)，男，工程師，2005年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)土木工程專業(yè)， 工學(xué)學(xué)士，E-mail：76394665@qq.com。

收稿日期：2015-01-18； 修回日期：2015-01-28