沿海臺(tái)風(fēng)區(qū)既有線路基邊坡水害治理加固技術(shù)

奚 成

(中鐵二十三局集團(tuán)有限公司,四川成都 610072)

滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，它經(jīng)常中斷交通，堵塞河道，摧毀廠礦，破壞村莊和農(nóng)田，從而造成生命、財(cái)產(chǎn)的重大損失，因此，有關(guān)滑坡的防治工程一直為世人所關(guān)注[1-3]。對(duì)滑坡治理研究比較成熟且進(jìn)行了大量工程實(shí)踐的方法有：抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索地梁等，但是采用這些方法治理滑坡時(shí)資金投入巨大[4]。近年來，隨著材料、機(jī)械等領(lǐng)域的快速發(fā)展以及科技進(jìn)步，對(duì)滑坡體加固措施逐漸趨向于復(fù)合化、小型化、輕型化以及機(jī)械化，加筋土、土錨釘、微型樁、格構(gòu)錨固等措施大量應(yīng)用于滑坡治理，效果較為明顯[5-6]。

在各種邊坡問題中，病害邊坡雨季搶險(xiǎn)和滑坡變形引發(fā)的路基路面問題，因?yàn)楣て诰o、施工場(chǎng)地受限，經(jīng)常成為治理難點(diǎn)，如何綜合采用各種技術(shù)措施，快速高效地對(duì)滑坡體進(jìn)行治理加固，成為解決問題的關(guān)鍵。

1 工程概況

向莆鐵路永莆線K512+411～K512+642段路基位于莆田市莊邊鎮(zhèn)，地貌為低山區(qū)，線路以路塹形式通過。本段路塹邊坡土體以殘坡積黏性土、凝灰?guī)r全風(fēng)化層為主，均無膨脹性，土層和全風(fēng)化層厚度10～30 m，基巖面較深。本段路塹左側(cè)塹坡高0～6 m，漿砌片石骨架內(nèi)噴播植草防護(hù)。右側(cè)塹坡高5～27 m，坡腳設(shè)重力式混凝土擋墻，墻高3～5 m，坡比1∶0.25；墻頂以上邊坡坡率1∶1.25，每8 m高設(shè)一處邊坡平臺(tái)、平臺(tái)寬2.5～4.0 m，其中K512+449～+491段二級(jí)邊坡平臺(tái)設(shè)9根抗滑樁加固，抗滑樁前坡面采用漿砌片石截水骨架內(nèi)噴播植草防護(hù)，其余地段邊坡采用錨桿框架梁內(nèi)噴播植草防護(hù)。二級(jí)邊坡采用錨桿框架梁內(nèi)噴播植草防護(hù)，三級(jí)邊坡為漿砌片石截水骨架內(nèi)噴播植草防護(hù)。

2 環(huán)境氣候特點(diǎn)及水害情況

2.1 環(huán)境氣候特點(diǎn)

福建省莆田市屬亞熱帶海洋性氣候，面臨東海。流域多年平均氣溫20.0 ℃，年降雨量1 100～1 800 mm(自沿海向上游山區(qū)遞增)。極端最高氣溫39.4 ℃，極端最低氣溫-2.3 ℃，無霜期約360 d。木蘭溪流域風(fēng)向以東北，東北偏北為主，臺(tái)風(fēng)多出現(xiàn)在7～9月，風(fēng)力10～12級(jí)，最大風(fēng)速40 m/s。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本流域多年平均最大風(fēng)速為18.1 m/s。本地區(qū)大范圍暴雨有梅雨和臺(tái)風(fēng)雨兩種類型，其中臺(tái)風(fēng)雨危害較大。臺(tái)風(fēng)雨一般歷時(shí)2～3 d，時(shí)間短，強(qiáng)度大，多在7～9月，常造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

2.2 水害情況

2016年9月莆田地區(qū)連續(xù)迎來“莫蘭蒂”、“鲇魚”兩次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)帶來的持續(xù)強(qiáng)降雨，造成K512+411～K512+642段右側(cè)黏性土路塹邊坡土體飽水，強(qiáng)度急劇降低。

9月15日在廈門登陸的“莫蘭蒂”超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)給莆田地區(qū)帶來了持續(xù)強(qiáng)降雨(臺(tái)風(fēng)影響4 d累計(jì)降雨量124.3 mm，單日最大降雨量達(dá)70.1 mm)，右側(cè)邊坡土體飽水，強(qiáng)度急劇降低，邊坡骨架、平臺(tái)漿砌片石陸續(xù)出現(xiàn)裂縫，K512+425～+455段擋墻出現(xiàn)外傾。9月27日，受“鲇魚”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨的進(jìn)一步影響(臺(tái)風(fēng)影響四天累計(jì)降雨量201.6 mm，單日最大降雨量達(dá)157.6 mm)，邊坡變形加速、變形范圍擴(kuò)大。

截止9月29日晚上9點(diǎn)，K512+411～+517段右側(cè)擋墻均有外傾現(xiàn)象，墻頂最大水平位移24 cm、變形速率達(dá)到10 mm/h；側(cè)溝外側(cè)溝壁進(jìn)一步內(nèi)擠，一級(jí)邊坡平臺(tái)下挫0～0.5 m，二級(jí)邊坡平臺(tái)下挫0～1.5 m、下挫速率達(dá)到15～120 mm/h；K512+507處擋墻出現(xiàn)剪切斜裂縫，縫寬5～20 mm；邊坡多處外鼓或產(chǎn)生裂縫，塹頂柵欄外側(cè)1～2 m處發(fā)現(xiàn)一條斷續(xù)貫通水平裂縫、寬0.15～0.25 m，柵欄外可見多條長1～3 m、寬1～2 cm的細(xì)微裂縫，見圖1、圖2。

3 原因分析及地質(zhì)勘察情況

3.1 原因分析

本段路塹邊坡土體以殘坡積粘性土、凝灰?guī)r全風(fēng)化層為主，厚度較大、厚8～29 m。2016年9月莆田地區(qū)連續(xù)迎來“莫蘭蒂”、“鲇魚”兩次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)帶來的持續(xù)強(qiáng)降雨，造成路塹邊坡土體飽水，強(qiáng)度急劇降低，是本次路塹邊坡水害產(chǎn)生的根本原因。

圖1 擋墻外傾

圖2 防護(hù)柵欄外裂縫

3.2 地質(zhì)勘察情況

3.2.1 地質(zhì)情況

水害發(fā)生以后，相關(guān)單位及時(shí)進(jìn)行了進(jìn)一步地質(zhì)勘察，地質(zhì)鉆機(jī)完成16孔/423.6 m。鉆孔揭示的地質(zhì)情況：土層和全風(fēng)化層厚度10～30 m，基巖面較深，和原設(shè)計(jì)地質(zhì)資料基本一致。通過土、水、巖的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果綜合分析：土及全風(fēng)化層均無膨脹性，K512+490以前土樣鑒定為粉質(zhì)黏土-黏土，軟塑-硬塑，飽和度94 %～98 %，抗剪強(qiáng)度低；地下水樣具有酸性弱侵蝕、二氧化碳弱侵蝕，化學(xué)環(huán)境作用等級(jí)為H1；凝灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化層的飽和抗壓強(qiáng)度10～20 MPa(點(diǎn)荷載強(qiáng)度換算)，弱風(fēng)化層的飽和抗壓強(qiáng)度80～120 MPa。K512+464五級(jí)平臺(tái)鉆孔芯樣見圖3，二級(jí)平臺(tái)鉆孔芯樣見圖4。

圖3 五級(jí)平臺(tái)鉆孔芯樣

圖4 二級(jí)平臺(tái)鉆孔芯樣

3.2.2 推測(cè)滑動(dòng)面位置

根據(jù)鉆探資料和地質(zhì)調(diào)查等綜合分析，查明了該水害工點(diǎn)的工程地質(zhì)條件，該變形體存在2個(gè)可能的滑動(dòng)面，其中淺層滑動(dòng)面分析從既有抗滑樁頂滑出，該滑面目前處在蠕動(dòng)變形階段，各種跡象明顯，滑面正處在加速形成階段，但尚未貫通；深層滑動(dòng)面分析從既有擋墻底通過，該滑面目前尚處在蠕動(dòng)變形初始階段。

4 綜合搶險(xiǎn)加固技術(shù)措施

4.1 邊坡快速減載泄壓

(1)第一階段： 9月30日～10月9日開展搶險(xiǎn),對(duì)K512+411～+530段右側(cè)路塹邊坡進(jìn)行挖方卸載，卸載從+530開始向小里程方向推進(jìn)，采用多臺(tái)挖掘機(jī)一字排開，卸載倒運(yùn)土方，然后采用推土機(jī)推至山下，再通過挖掘機(jī)裝運(yùn)自卸車運(yùn)輸至棄土場(chǎng)。

(2)減載泄壓要求：在三級(jí)邊坡平臺(tái)向內(nèi)開挖卸載平臺(tái)寬度不小于12 m、開挖坡率1∶1.5,二級(jí)邊坡平臺(tái)向內(nèi)開挖卸載平臺(tái)寬度不小于8 m、開挖坡率1∶2.0，二級(jí)邊坡平臺(tái)以下設(shè)一寬4.0 m、高3.5 m的臨時(shí)卸載平臺(tái)，開挖坡率1∶1.5。

(3)通過對(duì)蠕動(dòng)坡體的集中減載，經(jīng)觀測(cè)，有效減緩了擋墻變形，同時(shí)也減緩了山體下滑速度，擋墻變形速率由每小時(shí)外傾10 mm減少為1～3 mm，開始趨于穩(wěn)定。

4.2 邊坡隔離、排水

(1)在減載泄壓的同時(shí)，疏通既有擋墻泄水孔，確保墻背排水暢通。在計(jì)劃卸載坡頂外圍設(shè)置天溝，并滿鋪塑料薄膜防止水流下滲。三級(jí)邊坡平臺(tái)向內(nèi)卸載平臺(tái)開挖成形后，開挖寬、深均不小于0.5 m的縱向臨時(shí)排水溝，以排出第一溝谷內(nèi)地表匯水。

(2)對(duì)擋墻變形嚴(yán)重、墻頂平臺(tái)下沉地段，鋪設(shè)木板后覆蓋塑料薄膜，避免雨水下滲；對(duì)臨時(shí)卸載邊坡備足覆蓋的塑料薄膜，避免降雨下滲軟化邊坡土體。

(3)針對(duì)擋墻泄水孔大多已被滑坡體淤泥堵塞的情況，在擋墻底部和邊坡底部各增設(shè)一排仰斜排水孔，縱向間距5 m，孔深20 m、孔徑110 mm、仰角8 °。安裝鉆機(jī)時(shí)必須平穩(wěn)、牢靠，并校準(zhǔn)鉆機(jī)的方位角和仰角。為了保證成孔質(zhì)量，采用鋼套管跟管鉆進(jìn)，鋼套管外徑110 mm?？變?nèi)安設(shè)直徑100 mm的軟式透水管，管內(nèi)吹填中粗砂。

(4)詳細(xì)排查塹頂柵欄外地表開裂情況及地表水走向情況；每2 h觀測(cè)一次抗滑樁、擋墻位移情況；上下行線路間設(shè)置柵欄防護(hù)，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置安全警示繩?；屡_(tái)階減載泄壓見圖5。

圖5 滑坡臺(tái)階減載泄壓

(5)通過10 d的連續(xù)卸載等工作，實(shí)現(xiàn)了擋墻基本穩(wěn)定，有效地控制了山體下滑速度，避免了淺層滑坡“越頂”；通過增設(shè)仰斜泄水孔、坡面覆蓋、引流(共計(jì)增設(shè)仰斜泄水孔89個(gè)，邊坡覆蓋32 000 m2，引排水管敷設(shè)2 000 m)，有效地遏制了中層滑體繼續(xù)下滑和下層滑體的蠕變。

4.3 微型鋼管樁群臨時(shí)加固

第二階段 10月10日～10月31日(主要為微型樁施工及進(jìn)一步刷方減載)，為控制邊坡土體進(jìn)一步蠕動(dòng)變形，避免土體溜塌，并為邊坡永久加固工程提供必要的施工條件，在邊坡上施設(shè)微型樁群，并對(duì)微型樁進(jìn)行注漿，加固土體[7]。

(1)進(jìn)一步挖除K512+440～K512++510段蠕動(dòng)變形突出土體，防止其侵入線路范圍，影響鐵路運(yùn)營安全；修整邊坡外環(huán)形截水溝，并增設(shè)抽水機(jī)排除積水，確保邊坡排水通暢；立即修補(bǔ)塑料薄膜破損部分，防止雨水滲入加劇土體軟化。

(2)在殘坡積粘性土層飽水及場(chǎng)地狹窄的情況下，為控制邊坡土體進(jìn)一步蠕動(dòng)變形，避免土體溜塌，并為邊坡永久加固工程提供必要的施工條件，在邊坡上施設(shè)微型樁群。每道微型樁群由三～四排微型鋼管樁組成，樁間距0.5 m，梅花形布置。微型樁采用潛孔鉆引孔，挖掘機(jī)配合吊裝下管(打設(shè)鋼花管)及注漿加固等施工工藝，單根微型鋼管樁采用套管連接，鋼管內(nèi)灌注水泥漿。微型樁群的具體施工位置經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察后確定，施工長度以插入淺層滑坡面以下5 m為準(zhǔn)，約12～18 m。

(3)微型樁主要技術(shù)參數(shù)：鋼管外徑114 mm,壁厚4 mm，管內(nèi)注入水泥漿，采用P.O32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥水灰比0.45，注滿為止；水泥漿中加入水泥重量0.1 %的三乙醇胺和0.2 %的食鹽，以改善可注性及加固體的早期強(qiáng)度。

(4)冠梁施工：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，微型樁群樁頭采用C30鋼筋混凝土冠梁連接。冠梁的尺寸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要而定，冠梁內(nèi)下層縱向主筋與伸入冠梁內(nèi)鋼管雙側(cè)焊接牢固，樁伸入冠梁內(nèi)不少于冠梁高度的1/2。冠梁內(nèi)置φ22 mm縱向鋼筋(HRB400級(jí))，箍筋采用φ12 mmHPB300箍筋制作、間距20 cm。

在場(chǎng)地泥濘、混凝土冠梁施工困難時(shí)，采用兩道Φ20 mm鋼筋將所有相鄰微型樁兩兩雙側(cè)焊接相連，以暫時(shí)替代冠梁的作用，增加樁群的整體性和剛度，一般鋼管樁露出地面約50 cm。微型樁平面布置示意圖見圖6，微型樁冠梁縱剖面圖見圖7，微型樁冠梁Ⅰ-Ⅰ剖面圖見圖8，每延米冠梁鋼筋用量見表1。

圖6 微型樁平面布置示意(單位：m)

圖7 微型樁冠梁縱剖面(單位：cm)

圖8 微型樁冠梁Ⅰ-Ⅰ剖面(單位：cm)

表1 每延米冠梁鋼筋用量

(5)經(jīng)過持續(xù)沉降觀測(cè)，微型樁施工結(jié)束后，擋墻及山體已經(jīng)基本穩(wěn)定。K512+442截面擋墻位移觀測(cè)記錄表見表2。

表2 K512+442截面擋墻位移觀測(cè)記錄表

K512+442截面擋墻對(duì)應(yīng)時(shí)間-位移曲線圖見圖9。

圖9 K512+442截面擋墻對(duì)應(yīng)時(shí)間-位移曲線

4.4 抗滑樁永久加固

第三階段：2016年11月1日，經(jīng)監(jiān)測(cè)山體穩(wěn)定，在二級(jí)、三級(jí)、五級(jí)平臺(tái)各增設(shè)一排鋼筋混凝土抗滑樁，對(duì)山體進(jìn)行永久加固。

4.4.1 鋼板樁打設(shè)

在K512+411～+490段表層土體飽水、抗剪強(qiáng)度低，基坑開挖易溜坍，該段抗滑樁開挖和樁間擋板安裝前，先在抗滑樁的樁背、樁前和擋土板的背后用鋼板樁(型號(hào)：FSP-IV，有效幅寬0.4 m)加固，樁長9 m。

4.4.2 抗滑樁施工

(1)抗滑樁基礎(chǔ)采用人工開挖，鋼筋混凝土護(hù)壁，卷揚(yáng)機(jī)提升出渣。護(hù)壁混凝土采用小型拌合站就地?cái)嚢韫嘧?，護(hù)壁模板采用鋼模板組合而成，鋼管架支撐加固。樁孔分節(jié)開挖，護(hù)壁分節(jié)高度1.0 m。挖一節(jié)立即支護(hù)一節(jié)。護(hù)壁采用C20鋼筋混凝土，護(hù)壁厚0.3 m，基坑坑口設(shè)置C20鋼筋混凝土鎖口，鎖口高出地面0.2 m，厚0.3 m。

(2)樁身鋼筋在加工場(chǎng)加工成型，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)吊裝孔內(nèi)綁扎，搭接接頭交錯(cuò)設(shè)置，孔內(nèi)混凝土澆筑，澆筑前將孔內(nèi)浮土殘?jiān)惹謇砀蓛簦o(hù)壁混凝土面上灑水濕潤。樁身混凝土塌落度控制在80～120 mm，采用串筒澆筑，插入式振搗棒振搗密實(shí)。樁身混凝土施工完畢后，地面以上采用塑料薄膜纏繞，灑水養(yǎng)生，至混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

5 效果及總結(jié)

向莆鐵路永莆線水害治理工程于2016年9月30日開始，于2017年6月全部完成。本工程綜合采用了快速減載泄壓、隔離排水、微型樁臨時(shí)加固、抗滑樁永久加固滑坡體等技術(shù)措施，保證了邊坡穩(wěn)定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了營運(yùn)線的提前正常開通，縮短工期3個(gè)月，節(jié)約成本150萬元,取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益,也為以后類似工程的施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)[8]。

鐵路是國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，各類結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到工程免維修、少維護(hù)、運(yùn)行周期長、安全可靠的目標(biāo)，保證鐵路的安全暢通。加強(qiáng)沿海臺(tái)風(fēng)區(qū)鐵路的勘察設(shè)計(jì)工作，根據(jù)工程具體情況，因地制宜，合理選擇工程類型和工程措施是避免沿海鐵路水害的關(guān)鍵因素。水是產(chǎn)生各類鐵路水害的主要原因，對(duì)排水工程應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在滿足功能需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地[9]。