高陡不穩(wěn)定路塹邊坡加固技術(shù)探討

龔建輝

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

高陡邊坡巖土體的失穩(wěn)對鐵路安全運營影響極大，因此，隨著高速鐵路建設(shè)，人們越來越關(guān)注高陡不穩(wěn)定路塹邊坡的加固問題。

目前，針對高陡邊坡的穩(wěn)定性，多位專家學者開展了系列研究并取得了一定成果。如楊杰等人[1]從壩體領(lǐng)域歸納了高陡邊坡研究方向亟需解決的4個關(guān)鍵問題，即時變監(jiān)控方法、高精度數(shù)值仿真、智能優(yōu)化反分析和邊坡對壩體影響的理論計算方法，認為應(yīng)進一步開展高陡邊坡與壩體間相互影響機制及加固措施研究；羅光財?shù)热薣2]采取傳統(tǒng)極限平衡法與有限元強度折減相結(jié)合的手段評估了高陡邊坡穩(wěn)定性，認為降雨等因素對邊坡穩(wěn)定性影響顯著，極限平衡法與有限元強度折減相結(jié)合的手段適用于高陡邊坡的安全性評估；段旭等人[3]通過微型群樁支護高邊坡的物理模型試驗，研究了微型群樁在高陡邊坡支護中的受力變形狀態(tài)，認為鋼管微型群樁對高陡邊坡的支護效果較好，但處理深度不足，地形較陡時施工難度大。

在鐵路工程建設(shè)過程中，不可避免地鋪設(shè)大量路基[4]。鐵路路基工程應(yīng)同時滿足承載力、穩(wěn)定性及變形控制等要求[5]，上述三者中任一因素不能滿足要求均會危及鐵路運營安全，特別是高邊坡失穩(wěn)，對鐵路安全影響極大。如成昆鐵路2019年8月發(fā)生高位崩塌，造成重大安全事故，導致成昆鐵路長時間斷道，嚴重危及旅客安全和正常出行。因此，鐵路邊坡加固，尤其是高陡不穩(wěn)定路塹邊坡的有效加固事關(guān)重大。本文對川藏鐵路拉薩至林芝段DK 401+840～DK 402+036段高陡不穩(wěn)定路塹邊坡的加固問題進行探討，成果可為川藏鐵路雅安至林芝段建設(shè)提供參考。

1 工程概況

川藏鐵路拉薩至林芝段(以下簡稱“拉林鐵路”)位于青藏高原東南部，屬岡底斯山與念青唐古拉山、喜馬拉雅山之間的藏南谷地。拉林鐵路沿線受雅魯藏布江及其支流切割控制，山高谷深，峰巒疊嶂排列，溝谷縱橫狹窄，氣候極端惡劣，山脈呈東西向縱貫延展，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。

拉林鐵路DK 401+840～DK 402+036段路基緊臨S306省道，長196 m，線路以半填半挖路基形式通過。該段地貌屬高山寬谷區(qū)，路基工程從雅魯藏布江左岸陡峻山坡坡麓地帶通過。段內(nèi)自然邊坡為“陡-緩”單面坡地形結(jié)構(gòu)，坡度為35°～50°，局部可達65°，線路標高 2 942 m，坡頂標高 3 575 m，線路至坡頂最大高差達633 m，屬于典型的單面高陡邊坡。線路左側(cè)邊坡坡體淺表層巖體強烈風化，節(jié)理裂隙極其發(fā)育，巖體整體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，對工程施工已形成極大的安全隱患。

1.1 地質(zhì)巖性

該段路基左側(cè)自然坡面范圍內(nèi)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)坡殘積層粗角礫土，下伏基巖為雅魯藏布江縫合帶之郎縣混雜巖組砂質(zhì)板巖夾板巖。右側(cè)地表為第四系上更新統(tǒng)沖積層的粉、細砂。

左側(cè)自然邊坡范圍內(nèi)粗角礫土為稍密狀，呈灰色、稍濕，粒徑20～60 mm，顆粒約占總質(zhì)量50%～60%。巖質(zhì)成份以弱風化片麻巖為主，呈棱角狀～次棱角狀，空隙以粉土充填，其厚度為2～6 m，局部厚度較大。板巖呈灰黑色，殘余變晶結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，礦物成分多為黏土礦物，巖質(zhì)軟，巖芯呈短柱狀、碎塊狀。右側(cè)粉、細砂呈黃褐色，潮濕～飽和，粉細砂約占80%，夾粗圓礫10%，余為中砂等。巖(土)體基本工程力學指標如表1所示。

表1 巖(土)體基本工程力學指標表

1.2 水文特征及地震動參數(shù)

DK 401+840～DK 402+036段地表水主要為溝水，溝中雨季有流水，枯水季節(jié)溝中無水，由降雨、融雪補給，主要通過地表徑流排泄至雅江。地下水按賦存條件分為第三系及第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，第三系、第四系孔隙水主要賦存于第三系更新統(tǒng)沖積及第四系全新統(tǒng)沖積砂層、粗角礫土層中，透水性強、滲透系數(shù)大，孔隙水主要來源為大氣降水及地表水補給，通過地下孔隙徑流排至雅魯藏布江?；鶐r孔裂隙水主要分布于砂質(zhì)板巖夾板巖中，其水量大小受主要巖層分布面積及裂隙率大小控制。總體來看，由于受到雅魯藏布江河谷深切作用，地下水埋深大，基巖裂隙水賦存屬于中等至強富水性，主要接受大氣降水及雅魯藏布江河流入滲補給。

根據(jù)文獻[6]可判定，區(qū)域地震動峰值加速度為0.30 g，地震動反應(yīng)譜特征周期值為0.6 s，場地范圍內(nèi)覆蓋土類型為中軟土及中硬土，綜合判別場地類別為Ⅲ類。

1.3 不良地質(zhì)

受區(qū)域構(gòu)造及淺表生改造作用影響，左側(cè)邊坡坡體淺表層巖體風化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體整體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)。在標高 3 200 m附近，裸露巖體危巖落石現(xiàn)象明顯，受降雨影響，邊坡山體多處已發(fā)生小規(guī)模的掉塊、坍塌現(xiàn)象。基于地形地貌、坡體淺表層巖體結(jié)構(gòu)特征和線路工程的實際情況，該段路基工程左側(cè)邊坡高差大，淺表層巖體結(jié)構(gòu)破碎，為確保施工和運營期間的安全，應(yīng)對其左側(cè)邊坡危巖落石采取一定的防護措施。

2 加固設(shè)計

2.1 方案比選

針對DK 401+840～DK 402+036段的路基加固比選了3種方案。(1)左側(cè)設(shè)置路塹樁板墻，右側(cè)設(shè)置路肩樁板墻，塹頂設(shè)置被動網(wǎng)(方案Ⅰ)；(2)采用明洞通過，明洞靠山側(cè)設(shè)置抗滑樁,外側(cè)設(shè)置路肩樁板墻,洞頂覆土(方案Ⅱ)；(3)采用棚洞,左側(cè)設(shè)置路塹樁板墻，右側(cè)設(shè)置路肩樁板墻，樁頂設(shè)置橫縱梁并覆土(方案Ⅲ)。3種方案代表性斷面(DK 401+860斷面)如圖1～圖3所示，優(yōu)缺點對照如表2所示。

圖1 方案Ⅰ代表性斷面圖(m)

圖2 方案Ⅱ代表性斷面(m)

圖3 方案Ⅲ代表性斷面(m)

經(jīng)綜合對比，本次設(shè)計采用方案Ⅲ對DK 401+840～DK 402+036段路基進行加固。

2.2 線路左側(cè)工程措施

線路左側(cè)靠山側(cè)設(shè)置路塹樁板墻，防止左側(cè)自然邊坡覆蓋層溜滑。樁間距6～6.12 m，樁截面采用1.75 m×2.5 m～2 m×3 m的矩形截面，樁長15～24 m，樁頂設(shè)置預埋件。

表2 方案優(yōu)缺點對照表

2.3 線路右側(cè)工程措施

線路右側(cè)設(shè)置路肩樁板墻，對路堤進行支擋的同時，也可作為上部結(jié)構(gòu)的支撐。路肩樁板墻樁樁長16～36 m。路肩以下部分采用鉆機成孔，鉆孔直徑1.5 m，路肩以上立模澆注為截面1.5 m×1.5 m的方樁。鉆孔樁施工過程中，遇松散-稍密砂層時，采用鋼護筒跟進。樁頂設(shè)置預埋件。

2.4 線路上方棚洞措施

于路塹左右兩側(cè)樁板墻樁頂設(shè)置縱梁，縱梁高2.0 m，寬1.2 m，縱梁連接路基左右兩側(cè)樁頂預埋件?？v梁頂設(shè)置橫梁，橫梁長14.7 m，寬1.2 m，高 4.55 m，橫縱梁及路基兩側(cè)樁板墻形成棚洞，頂部鋪設(shè)EVA防水板和洞頂回填粘土隔水層進行防水處理。棚洞洞頂中心回填土厚1.5 m(含0.5 m粘土隔水層)，靠山側(cè)設(shè)計回填土坡度1∶5?？v梁、橫梁均采用C35鋼筋混凝土灌注。

3 結(jié)論

雅魯藏布江沿岸山高谷深，山體受地質(zhì)構(gòu)造及晝夜溫差等內(nèi)外動力作用，巖體極易風化剝落形成落石；且山體側(cè)面往往上體呈“高陡”特征，自然坡面表面覆蓋層的內(nèi)摩擦角常小于山體坡度，穩(wěn)定性差。因此，該地區(qū)的工程一方面可能面臨側(cè)邊坡覆蓋層穩(wěn)定性控制問題，同時也極易遭受高陡危巖落石的砸打威脅。

鑒于該地區(qū)地表主要為砂土，人工挖孔樁容易塌空變形，本文通過創(chuàng)新設(shè)計，提出了一種綜合運用矩形樁、鉆孔樁(圓樁)、縱梁及橫梁的框架結(jié)構(gòu)，以解決上述兩大難題，該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：

(1)通過縱梁及橫梁將前后樁體連接成整體，形成框架結(jié)構(gòu)，大幅度提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度，縱梁及橫梁可將上部荷載傳遞至前后樁基，實現(xiàn)荷載的有效分散。

(2)該結(jié)構(gòu)與隧道或明洞方案相比在經(jīng)濟、采光及通風等方面均具有一定的優(yōu)勢。明洞本身不能抵抗滑坡體的下滑力，仍需在明洞靠山側(cè)設(shè)置多排抗滑樁作為支護措施。本文提出的框架結(jié)構(gòu)兼有明洞和抗滑功能，采光效果好，更為經(jīng)濟合理。因此，無論是在結(jié)構(gòu)受力方面，還是在工程造價方面，框架結(jié)構(gòu)都是較佳的處理方案。

(3)解決了傳統(tǒng)危巖落石處理難題。新型框架結(jié)構(gòu)通過在結(jié)構(gòu)頂部鋪設(shè)EVA防水板和洞頂回填粘土隔水層，棚洞洞頂回填土層并在靠山側(cè)設(shè)計坡度1∶5的回填土，使頂部結(jié)構(gòu)不僅起到防水的作用，還可避免靠山側(cè)危巖落石直接擊中線路，快速將危巖落石引至低洼處。

本文結(jié)合川藏鐵路拉薩至林芝段建設(shè)，以實際工程案例驗證了新型框架結(jié)構(gòu)的可行性，結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)能有效加固高陡邊坡路基，成果可為川藏鐵路雅安至林芝高陡邊坡加固設(shè)計提供參考。