滬寧城際鐵路下蜀黏土路塹邊坡設(shè)計(jì)研究

朱一康

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

滬寧城際鐵路下蜀黏土路塹邊坡設(shè)計(jì)研究

朱一康

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

在系統(tǒng)總結(jié)寧鎮(zhèn)丘陵地區(qū)長(zhǎng)江高階地下蜀黏土的野外分布特征、物理力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，分析評(píng)價(jià)下蜀黏土具有弱膨脹性、水理性差等不良工程特性。以滬寧城際鐵路路基工點(diǎn)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹下蜀黏土路塹邊坡需根據(jù)工點(diǎn)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、邊坡高度，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，采用綠色植物防護(hù)和工程防護(hù)相結(jié)合的原則進(jìn)行處理，以及重點(diǎn)地段采取特殊支擋防護(hù)的設(shè)計(jì)方案，提出下蜀黏土路塹邊坡勘察設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

滬寧城際鐵路；下蜀黏土；路塹邊坡； 加固防護(hù)；水穩(wěn)性

1 概述

高速鐵路的基礎(chǔ)設(shè)施須滿足列車高速、安全和舒適運(yùn)行的要求。路基作為高速鐵路工程的重要組成部分，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性及工程性狀直接關(guān)系到高速列車的正常運(yùn)營(yíng)。因此，路基工程設(shè)計(jì)要根據(jù)具體條件采取針對(duì)性措施，保證其在各種工況下的長(zhǎng)期正常工作性能。我國(guó)地域遼闊，地質(zhì)條件千變?nèi)f化，在工程建設(shè)中不可避免地要遇到一些具有特殊物理、力學(xué)、化學(xué)特性的巖土。在路基工程勘察設(shè)計(jì)中，對(duì)此類工點(diǎn)需慎重對(duì)待，特別處理。

廣泛分布于寧鎮(zhèn)丘陵邊緣長(zhǎng)江高階地區(qū)的下蜀黏土就屬于高液限弱膨脹性特殊巖土，在滬寧城際鐵路路基工點(diǎn)設(shè)計(jì)中，根據(jù)下蜀黏土的工程性質(zhì)和路塹邊坡高度，采用綠色防護(hù)和工程防護(hù)相結(jié)合的邊坡處理方案[1]，工程建成運(yùn)營(yíng)4年來(lái)，經(jīng)歷了4個(gè)雨季的考驗(yàn)，各路基工點(diǎn)工程性狀良好，保證了線路正常運(yùn)營(yíng)。

2 下蜀黏土的工程特性

滬寧城際鐵路始于上海西站，經(jīng)由蘇州、無(wú)錫、常州、丹陽(yáng)、鎮(zhèn)江，終至南京站，正線長(zhǎng)度300.3 km，設(shè)計(jì)速度300 km/h，全線鋪設(shè)CRTSⅠ型無(wú)砟軌道，正線路基工程104.8 km。滬寧城際鐵路在南京至丹陽(yáng)段穿行于長(zhǎng)江高階地下蜀黏土區(qū)。在勘察階段，通過(guò)詳細(xì)的野外調(diào)查、勘探、測(cè)試，以及大量的土工試驗(yàn)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，詳細(xì)查明了下蜀黏土的工程特性。

下蜀黏土形成于中、晚更新世[2]，沖、洪積成因，廣泛分布于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，在江蘇省寧鎮(zhèn)地區(qū)最為發(fā)育，因在鎮(zhèn)江市下蜀鎮(zhèn)一帶最為典型而得名，野外多呈圓緩狀壟崗地貌，坡度平緩，無(wú)自然陡坎，坡面上小型溝槽發(fā)育。地質(zhì)剖面多發(fā)育菱形節(jié)理，節(jié)理面光滑。

下蜀黏土結(jié)構(gòu)較為致密堅(jiān)硬，富含鐵錳質(zhì)結(jié)核，并有鈣質(zhì)結(jié)核，局部鐵錳質(zhì)結(jié)核富集成層。該土層顆粒組成以粉粒、黏粒為主，液限接近40%，塑限約為17%，塑性指數(shù)約為21.5%，自由膨脹率平均值約26%。下蜀黏土主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 下蜀黏土主要物理力學(xué)試驗(yàn)指標(biāo)

由表1可知，下蜀黏土屬高液限黏土，塑性狀態(tài)多為硬塑，原狀土力學(xué)強(qiáng)度較高，壓縮性低，擾動(dòng)后經(jīng)重型擊實(shí)，強(qiáng)度衰減明顯，衰減率約為50%；浸水飽和后強(qiáng)度急劇衰減，衰減率達(dá)90%。濕化試驗(yàn)表明：原狀土樣浸水2.5 h，崩解量85%左右。表明該土雖然在天然狀態(tài)下具有較高的力學(xué)強(qiáng)度、較低的壓縮性，但是其水穩(wěn)性差，遇水后強(qiáng)度衰減幅度大，失水后干縮開裂，表現(xiàn)出部分膨脹土的特征。局部地段因土層中蒙脫石含量高，膨脹土的特性更為明顯。

3 下蜀黏土路塹邊坡設(shè)計(jì)

路塹邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，基于下蜀黏土的特殊工程性質(zhì)，路塹邊坡設(shè)計(jì)方案需主要考慮坡面易受水流沖蝕，或受地下水影響引起土體頻繁濕脹干縮而形成淺層坍滑，或因土體受水影響強(qiáng)度衰減而引起土體沿深層軟弱面(如土石界面等)滑動(dòng)[4]，引起邊坡失穩(wěn)等工程病害問(wèn)題，以及考慮工程與自然環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

3.1 一般地段下蜀黏土路塹邊坡設(shè)計(jì)

一般路塹邊坡設(shè)計(jì)遵循“緩邊坡，寬平臺(tái)，矮擋墻，綠色防護(hù)為主，工程防護(hù)為輔，加強(qiáng)坡面排水[5]”的原則。一般地段邊坡坡率1∶1.5，兩側(cè)均設(shè)置不小于1 m寬的側(cè)溝平臺(tái)[6-7]。路塹根據(jù)其邊坡高度，結(jié)合地形地貌、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，采取不同的加固防護(hù)措施。

路塹邊坡高度小于3 m時(shí)，一般采用撒播草籽、種植灌木對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)；路塹邊坡高度大于3 m時(shí)，采用截水骨架內(nèi)撒播草籽、種植灌木進(jìn)行防護(hù)，骨架間距3 m，主骨架厚度適當(dāng)加厚，一般采用0.8 m；路塹邊坡高度大于5 m時(shí)，坡腳設(shè)置高度不大于5 m的矮擋墻進(jìn)行加固擋護(hù)，防止坡腳處產(chǎn)生較大應(yīng)力、坡面受水流沖蝕而發(fā)生局部破壞，同時(shí)，上部邊坡骨架內(nèi)每拱設(shè)置一根自鉆式錨桿，防止坡面淺層坍滑；地下水發(fā)育地段，路塹邊坡結(jié)合護(hù)坡骨架設(shè)置支撐滲溝，加強(qiáng)排水及支護(hù)，并根據(jù)地下水發(fā)育情況，必要時(shí)采用埋設(shè)仰斜排水孔等措施進(jìn)行深層排水處理。側(cè)溝平臺(tái)、路塹邊坡平臺(tái)均采用漿砌片石或混凝土進(jìn)行封閉防護(hù)[8-9]。典型下蜀黏土路塹邊坡加固防護(hù)斷面見圖1。

圖1 典型下蜀黏土路塹邊坡加固防護(hù)橫斷面示意

3.2 特殊地段下蜀黏土路塹邊坡設(shè)計(jì)

滬寧城際鐵路有2處下蜀黏土路塹邊坡工點(diǎn)由于受微地貌控制，沉積環(huán)境差異使其物質(zhì)組成中黏土礦物含量較高，蒙脫石含量達(dá)到13.5%，陽(yáng)離子交換量CEC(NH+)256.1 mmol/kg，自由膨脹率45%，膨脹潛勢(shì)分級(jí)的三項(xiàng)指標(biāo)均判定為弱膨脹土[10]，且地下水較發(fā)育，邊坡穩(wěn)定性差，須采取特殊加固措施。

DK33+900～DK34+015工點(diǎn)地表自然坡度5°～15°，上部為下蜀黏土，層厚7～11 m，下部為花崗巖全風(fēng)化層，呈土狀。工點(diǎn)右側(cè)路塹邊坡高約13 m，經(jīng)檢算，土體沿土石分界面滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)接近1.0，屬欠穩(wěn)定邊坡[11]。設(shè)計(jì)時(shí)，路塹邊坡坡率放緩至1∶3.0，坡面采用截水骨架內(nèi)撒播草籽、種植灌木進(jìn)行防護(hù)，并結(jié)合護(hù)坡主骨架設(shè)置支撐滲溝，坡腳處設(shè)置干砌片石垛進(jìn)行支擋。干砌片石垛高3.0 m，頂寬2.0 m，胸坡坡率1∶1.0，(俯斜式)背坡坡率1∶0.5，基礎(chǔ)采用漿砌片石砌筑，埋入深度1.0 m[8]。該工點(diǎn)典型斷面見圖2。

圖2 干砌片石垛加固路塹邊坡典型橫斷面示意(單位：m)

DK29+633.5～DK29+662.5工點(diǎn)地面自然坡度10°～15°，上部為下蜀黏土，層厚6～11 m，下部為粉砂巖全風(fēng)化～弱風(fēng)化層。工點(diǎn)右側(cè)路塹邊坡高約25 m。經(jīng)檢算，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0，屬不穩(wěn)定邊坡[11]。設(shè)計(jì)時(shí)，路塹邊坡坡率1∶3.0，坡腳設(shè)置高5 m的重力式擋土墻進(jìn)行加固[12]，墻頂設(shè)置寬5 m的平臺(tái)；平臺(tái)以上坡腳采用干砌片石垛支擋，干砌片石垛高2.0 m，頂寬2.0 m，胸坡坡率1∶1.0，(俯斜式)背坡坡率1∶0.5；上部邊坡每6～8 m設(shè)置一級(jí)邊坡平臺(tái)，平臺(tái)處設(shè)置抗滑樁進(jìn)行支擋加固[12]；坡面采用框架錨桿防護(hù)，框架梁縱、橫向間距均為3 m，錨桿長(zhǎng)8 m，框架內(nèi)植草、種灌木進(jìn)行防護(hù)；邊坡平臺(tái)采用漿砌片石封閉[8]。該工點(diǎn)典型斷面見圖3。

圖3 干砌片石垛+抗滑樁加固路塹邊坡典型橫斷面示意(單位：m)

3.3 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

各路基工點(diǎn)均設(shè)置了完整的排水系統(tǒng)，天溝攔截塹頂以外的地表水不進(jìn)入邊坡范圍；分級(jí)邊坡平臺(tái)設(shè)置截水溝，路肩外設(shè)置側(cè)溝，并適當(dāng)加深，使坡面、路基范圍的水能及時(shí)引排出路基以外，避免沖蝕坡面、浸泡坡腳。排水系統(tǒng)完整暢通，確保路基及邊坡不受集中水流侵蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

滬寧城際鐵路全線共有下蜀黏土路塹邊坡加固及防護(hù)工點(diǎn)67處-13.57 km，路塹最大邊坡達(dá)25 m。該線已建成通車4年多，運(yùn)營(yíng)速度300 km/h，路基邊坡經(jīng)歷了多次連續(xù)強(qiáng)降雨考驗(yàn)，路塹邊坡完好，滿足了高速鐵路高速度、高密度、高安全行車要求。

(1)下蜀黏土天然狀態(tài)下具有低含水率、高液限、高強(qiáng)度、中等～中等偏低壓縮性和強(qiáng)結(jié)構(gòu)性等特點(diǎn)，表現(xiàn)出良好的工程特性；因其成因、礦物成分及顆粒組成等原因，下蜀黏土又表現(xiàn)出弱膨脹性、易濕化、水穩(wěn)性差等特點(diǎn)。天然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性較好，遇水濕化后易形成沖蝕、淺層溜坍及深部沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)等病害。

(2)下蜀黏土總體上分布較為穩(wěn)定，地層結(jié)構(gòu)單一，其組成成分、物理力學(xué)指標(biāo)也較為均一。局部地段受微地貌控制，沉積環(huán)境差異使其礦物成分、物理力學(xué)性質(zhì)存在較大的變異性。工程地質(zhì)勘察時(shí)，應(yīng)注重微地貌調(diào)繪，采用綜合勘探手段查明其空間分布形態(tài)和物理力學(xué)參數(shù)。

(3)路塹邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循“緩邊坡，寬平臺(tái)，矮擋墻，綠色防護(hù)為主，工程防護(hù)為輔，加強(qiáng)坡面排水[5]”的總體原則，對(duì)于局部地段由于地下水發(fā)育、巖土性質(zhì)較差的工點(diǎn)，需采取較強(qiáng)的支擋防護(hù)措施進(jìn)行重點(diǎn)處理，確保工程安全。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10001—2005鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

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[4] 曾凡穩(wěn).南京地區(qū)下蜀土滑坡穩(wěn)定性影響因素分析[J].路基工程，2010(2)：132-134．

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[10]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10038—2012鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012

[11]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[12]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10025—2006鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006．

Research on the Design of Xiashu Cohesive Soil Cutting Slope in Shanghai-Nanjing High Speed Railway

ZHU Yi-kang

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

On the basis of a systematic summary of the physical and mechanical properties of Xiashu distributed cohesive soil in the hilly areas of Nanjing-Zhenjiang of Yangtze TERRACE， this paper analyses and evaluates such poor engineering properties as weak expansibility and bad hydrolytic weakening properties of Xiashu cohesive soil. With reference to the subgrade design of Shanghai-Nanjing high speed railway， this paper addresses the protective design scheme in perspective of the engineering geological and hydrogeological conditions of the site， the height of the cutting slope， and the local climate characteristics and proposes a combination of greenery protection and engineering phase protection measures in general sections and special retaining protection measures in key sections. Special focuses during the survey and design of Xiashu cohesive soil cutting slope are also put forward．

Shanghai-Nanjing High Speed Railway; Xiashu cohesive soil; Cutting slope; Reinforcement protection; Water stability

2015-02-26；

2015-03-05

朱一康(1972—)，男，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：tsyzyk@126.com。

1004-2954(2015)10-0061-03

U238； U213.1+2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.014