輕型支擋工程在某浸水軟化填方邊坡?lián)岆U工程中的應用

畢紅艷

(山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000)

1 問題的提出

邊坡浸水是造成邊坡破壞的重要原因之一。在山西，黃土填方邊坡由于黃土以粉土為主水穩(wěn)定性較差，加之，在填方區(qū)形成的邊坡，往往破壞原有排水通道，當排水設施不完善，出現(xiàn)浸泡路堤時，往往造成填方土力學軟化，穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)滑動破壞，造成道路運營困難，采取合理的結(jié)構方式，可以達到快速搶險、遏制病害發(fā)展的目的[1]。文章結(jié)合鐵路黃土填方邊坡浸水破壞實例，討論了其變形特征和穩(wěn)定性，同時對該類邊坡采用輕型支擋進行搶險進行了探討。

2 典型工程分析

2.1 工程概況

山西省某鐵路K318+500-K318+600段路基下沉、邊坡坍塌工程位于太原市陽曲縣境內(nèi)。鐵路巡查人員在巡查過程中發(fā)現(xiàn)該段路基邊坡出現(xiàn)坍塌，隔離網(wǎng)隨滑塌體滑至坡腳，排水溝損壞，失去排水能力，路基出現(xiàn)下沉。

該段線路由填方形成，走向約220°，路堤高約5-6m，坡度1∶0.65，路堤坡腳處地勢低洼，無排水通道，現(xiàn)存多處由于積水無法排泄形成的較大規(guī)模水塘，水塘內(nèi)常年積水，蘆葦?shù)人菝懿肌?/p>

該病害是填方路基由于排水不暢造成的坍塌下沉。由于該邊坡為土質(zhì)坡，下部水塘浸泡坡腳，出現(xiàn)坍塌，路基邊坡失去支撐，出現(xiàn)路基下沉。由于邊坡病害還在進一步發(fā)展中，很可能牽引路基產(chǎn)生更大的滑塌沉降變形，影響鐵路交通。

2.2 地層結(jié)構分析

根據(jù)收集的區(qū)域地質(zhì)資料、鄰近已建工程勘察資料和現(xiàn)場踏勘的結(jié)論，該邊坡區(qū)地層結(jié)構比較簡單，主要為第四系松散層土。邊坡涉及地層主要由人工填土、第四系沖洪積淤泥質(zhì)圖和粉土構成。各巖土層分述如下：

1)填土：雜色，稍濕-飽和，稍密-中密，土質(zhì)不均，以粉土和碎石為主，粒徑不均勻。主要位于鐵路路基填方區(qū)。

2)淤泥質(zhì)土：該部分土位于坡腳的及池塘內(nèi)，灰褐色，軟塑-流塑狀，土質(zhì)不均，含大量有機質(zhì)，發(fā)臭，為常見靜水環(huán)境淤積而成。

3)粉土：粉土為該區(qū)最常見地層，分布于邊坡下部及池塘對面，黃褐色，中密-密實，土質(zhì)交均勻，干強度中，韌性中。

2.3 自然地理與地形地貌

陽曲縣，史稱“三晉首邑，屬于山西省太原市，地處忻州與晉中盆地之脊梁地帶。扼晉要沖，太原門戶。東，西，北三面環(huán)山，南部低平。東臨盂縣，西連靜樂縣，古交市，南抵太原市，北接忻州市，東北與定襄縣交界，東南入壽陽縣毗連。境北系山系橫亙東西，云中山系縱貫南北，因為并北屏障，號稱太原之北大門。

工程位于陽曲縣東鄭村，本區(qū)地處黃土覆蓋丘陵區(qū)，地形起伏較小。線路北側(cè)緊鄰東政村，南側(cè)為溝谷，常年積水，水草豐茂。

2.4 氣象水文

邊坡所在的陽曲位于北半球中緯度暖溫帶，屬大陸性氣候。境內(nèi)屬溫暖帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均氣溫平川8℃-9℃，山區(qū)5℃-7℃，年平均降雨量為441.2mm，無霜期為164d左右。年平均降雨量441.2mm。

勘探期間鉆孔可見土層的上層滯水。上層滯水位于填方路基內(nèi)，因為邊坡排水不暢造成的邊坡內(nèi)聚水。

經(jīng)調(diào)查，認為該區(qū)的上層滯水主要有2個來源：①路基北側(cè)居民生活用水；②大氣降水。

2.5 地質(zhì)構造與地震

工程位于第四系松散層內(nèi)，工程涉及范圍未見基巖根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，勘察區(qū)地震動峰值加速度值為0.2g，地震動反應譜特征周期為0.35s，抗震設防烈度為8度。

2.6 變形特征分析

圖2 路基坍塌形成缺口及路基防護網(wǎng)外傾

圖3 路基路肩張拉裂縫及坡面鼓脹變形

如圖1-3所示，總體而言，該邊坡坡頂出現(xiàn)下沉變形，路肩出現(xiàn)張拉裂縫，部分段落路肩出現(xiàn)局部坍塌，造成路邊防護網(wǎng)、排水溝等設施出現(xiàn)下沉、傾倒等變形，坡面出現(xiàn)鼓脹變形，形成眾多裂縫。

圖1 邊坡整體邊形圖

1)邊坡頂鐵路軌道處出現(xiàn)明顯下沉裂縫，造成行車困難，需進行搶修。

2)路肩出現(xiàn)局部破壞，造成滑塌。依附于其上的排水排水溝出現(xiàn)不均勻沉降破壞甚至隨邊坡出現(xiàn)滑塌，防護網(wǎng)出現(xiàn)傾倒、滑塌等變形。最終形成約70m的缺口。

3)邊坡坡面出現(xiàn)鼓脹裂縫，滑塌松散。

4)邊坡前緣有滲水現(xiàn)象，前緣坡面出現(xiàn)滲流沖積變形。

綜上變形分析，結(jié)合勘察的地層、水文情況，判定該邊坡出現(xiàn)典型的類土質(zhì)邊坡的圓弧滑動變形，該變形具有牽引性質(zhì)。破壞首先出現(xiàn)在坡腳，坡腳由于降雨、下部池塘浸泡等原因，力學參數(shù)下降，首先破壞，牽引路肩破壞產(chǎn)生張拉裂縫，并最終牽引后補鐵道處變形，表現(xiàn)為路基下沉。

2.7 邊坡穩(wěn)定性分析評價

綜合野外調(diào)查和室內(nèi)分析的軟弱面來計算，滑面大體呈弧型，其穩(wěn)定性計算可近似采用折線滑動面計算方法--傳遞系數(shù)法來計算;傳遞系數(shù)法只滿足條塊間力的平衡而不滿足力矩平衡，可利用 GEO-SLOPE 軟件的student 版中 Morgenstern-Price 法、Corps of Engineers-1 法、Corps of Engi-neers-2法和Sarma-vertical slices 來進行驗證計算[2]。

2.8 計算參數(shù)及工況

綜合分析邊坡的工程特性,選定天然工況、暴雨工況和地震工況進行驗算。

邊坡的天然重度為18.5 kN/m3。根據(jù)勘察所得力學參數(shù)，采用不同的計算方法，計算結(jié)果如下：

表1 主滑面計算指標及穩(wěn)定性系數(shù)表

3 工程處治方案選擇

該邊坡變形后，嚴重影響鐵路運營安全。但鐵路不能停止運營，需采取針對性措施，在不中斷交通、不降低邊坡穩(wěn)定性情況下，進行搶險治理。

3.1 抗滑樁方案

抗滑樁作為邊滑坡治理的重型武器，以抗滑力大、布置靈活等因素，得到人們的歡迎。但是也存在自己的不足，抗滑樁工程量大、開挖危險性大、工程造價高，施工速度相對較慢，不利于快速搶險。[4]對于該邊坡，由于邊坡本身方量較小，下滑力較小，采用抗滑樁存在“大材小用”之嫌，且邊坡含水量較大，人工挖孔困難?？够瑯堕_挖，往往對邊坡擾動，造成邊坡進一步變形，影響鐵路運用。

3.2 抗滑擋墻方案

在我國治理滑坡工程早期，普遍采用抗滑擋墻結(jié)合卸載、排水的方案。對于本邊坡，由于擋墻施工需要開挖坡腳，該邊坡屬于牽引式滑坡，開挖坡腳，往往造成邊坡進一步變形，從而加劇鐵軌的變形，影響運營，且該方案施工速度慢，不能快速搶險。

3.3 微型樁方案

微型樁是近年來發(fā)展起來的一種輕型支擋結(jié)構。運用微型樁，可以不改變現(xiàn)有的穩(wěn)定狀態(tài)情況下，快速施工。微型樁布置靈活，可以在路肩、路腳和坡面等位置布設?？紤]本邊坡規(guī)模不大，下滑力量較小等因素，可以采用輕型支擋結(jié)構進行搶險處理。治理過程中，對邊坡擾動小，不會惡化邊坡，造成工程事故。

綜上所述，采用微型樁+排水的措施進行該邊坡的治理，具體工程布置如圖4所示。

圖4 邊坡工程治理剖面圖

4 結(jié)論與建議

黃土填方邊坡由于填土的工程性質(zhì)，決定其水穩(wěn)定性較差。填方區(qū)缺少完善的排水系統(tǒng)，造成路堤浸泡，往往造成路堤邊滑坡問題。該類邊坡破壞模式往往具有牽引性質(zhì)，不及時處治，往往造成規(guī)模的持續(xù)擴大。該類邊坡破壞面往往受控于同質(zhì)邊坡的同生面或者下部巖土性質(zhì)不同的地層層面。

在該類邊坡的搶險處治措施中，首要重視的就是降水對工程的影響，完善防排水工程。其次，運營道路邊坡的搶險，需考慮快速施工和不降低現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的抗滑樁或者抗滑擋墻往往施工速度慢，施工對邊坡擾動大，不利于搶險工程的順利實施。微型樁、錨索框架和鋼錨管等輕型支擋結(jié)構往往可以取得好的治理效果。