某铁路斜坡软弱土层路堑的设计对策

刘府生

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

某铁路斜坡软弱土层路堑的设计对策

刘府生

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

山区或丘陵区斜坡路堑地段的软弱土层由于受上覆土层覆盖的影响，具有隐蔽性，勘察过程中容易遗漏;若工程措施或施工处理不当，容易引起边坡变形、溜坍等工程事故。详细介绍软弱土路堑边坡和基床范围采用抗滑桩和粉喷桩综合处理设计的典型工程案例，经运营多年检验，效果良好。

铁路路堑;软弱土层;设计

既有京沪线的最长隧道——栖霞山隧道、长750 m，行经两山之间的垭口地区，由于受到多条断层和地下水的影响，隧道内常年滴水，雨季因排水不畅经常造成基床积水，隧底受两侧山体侧压力的影响而每年缓慢上抬隆起，隧道净空逐步减小;同时，既有线运输繁忙，维修养护困难，严重影响了既有线的运输安全。为彻底消除运营风险和安全隐患，位于京沪线宁沪段栖霞山站与南京东编组站之间的K282+600～K285+550段在距离既有线左侧0～180 m范围，于2004年进行了改线施工，以绕避既有栖霞山隧道［1］。栖霞山隧道改线工程为I级铁路，设计速度目标值为120 km/h，路基基床厚度 2.5 m［2］。

在改线起点DK282+810～DK283+005段路堑，勘测时遗漏了路基面附近一层由于上覆相对硬层覆盖、第四系冲洪积松散堆积物长期处于浸润或饱水状态而软化、平面范围和厚度变化均较大的斜坡软弱土层［3-4］;在桩前土体施工开挖过程中，因软弱土层土质较为松软，发生过多次小规模的边坡溜坍并导致堑顶路面变形、开裂。

1 工程概况

DK282+600～DK283+005段斜坡软弱土层路堑位于栖霞山隧道改线工程起点至改建栖霞山隧道进口之间(图1)，既有线左侧堑顶外4～20 m为既有公路，既有公路外侧紧临远鸿玻璃厂;本次改线为避免改线施工对既有公路运输的影响，将堑顶的长245 m的公路进行了改移。既有线路堑边坡边坡坡率为1∶1.5～1∶2.5，边坡未见明显病害;既有线路基基床翻浆冒泥、基床隆起等病害较为严重。

图1 DK282+600～DK283+005段改线工程平面示意

1.1 地形地貌

路堑工点位于南京栖霞山山前缓坡与谷地渐变地带，地形起伏不大，自然坡度为1.5°～5°，植被发育，部分辟为厂房、住宅和耕地。地面海拔高度为30.0～37.0 m，相对高差0～7 m;既有线路肩高程为22.0～23.0 m。

1.2 地层岩性及其物理力学指标

工点内地层较为简单，主要为第四系的松散堆积层，自上而下分别为:

(1)第四系坡洪积粉质黏土，褐灰色～褐黄色，软～硬塑，厚2～5 m;物理力学指标为r=20 kN/m3、W=24.6% ～26.7%、e=0.67～0.79、IL=0.45 ～0.54，快剪指标 Cu=27 ～38 kPa、φu=16.8°～17.8°。

(2)第四系冲洪积粉质黏土，灰色、灰褐色，软塑，厚0～10 m;物理力学指标为r=19.5 kN/m3、W=26%～31.2%，e=0.73～0.85、IL=0.7～0.86，水平地基系数 m=2.0 MPa/m2，快剪指标 Cu=22 ～28 kPa、φu=13.3°～16.8°;为软弱土层，主要分布在 DK282+810～DK283+005段，分布范围和厚度均不均匀，呈窝状分布，顶面高程为24.3～25.5 m，底面高程为15.5～21.0 m，分布厚度一般为3～5.0 m，部分地段为5～10.0 m。

(3)第四系坡洪积粉质黏土，黄褐色，硬塑，厚＞4.0 m;物理力学指标为r=20.5 kN/m3、水平地基系数m=5.0 MPa/m2［5-6］。

1.3 气象、水文条件

区内属北亚热带湿润季风气候，气候温暖湿润，四季交替明显，雨水充沛，年平均降雨量1 000～1 200 mm，其中6、7、8月中的降雨量占全年的60%，年最大降雨量1 600 mm，最小年降雨量376 mm，全年无霜期230 d左右。多年平均气温14℃ ～16℃，最高气温44.5℃，最低气温-22.8℃，历年最大冻结深度20 cm。

工点稳定水位埋深约为2.3～3.0 m，稳定水位高程为28.5～30.0 m。场地地下水主要为第四系孔隙潜水，地下水主要受大气降水补给，排泄方式以大气蒸发和片状渗出为主，局部低洼处集中排泄，水位随季节变化明显，地下水对混凝土无侵蚀性［1］。

2 设计对策

2.1 设置抗滑支挡工程和加强临时防护

(1)在路堑软弱土层分布范围DK282+772.5～DK283+005段左侧采用长14～21.0 m(悬臂长6.0～8.0 m，锚固端8.0～13.0 m，计算最大桩顶位移3.9 cm)的抗滑桩板墙进行预加固，桩中心距为5.0 m，桩身截面尺寸为宽2.5 m×厚2.0 m，桩身及挡板采用C20钢筋混凝土。抗滑桩设厚0.3 m的C15钢筋混凝土护壁，采用人工开挖成孔，随挖随护［7-8］。加固形式代表性设计断面见图2。

图2 软弱土层路堑加固形式代表性设计断面(单位:m)

(2)为避免因桩前松软土层抗力不足，导致抗滑桩在桩前土体开挖施工后发生较大位移，在抗滑桩施工前，先在DK282+875～+975段的抗滑桩正面外缘自侧沟平台以下设3排密贴粉喷桩(路肩以上部分空转)，形成粉喷桩墙(加固后水平地基系数m取4.0 MPa/m2，)以提高桩前土体强度和水平抗力，缩短锚固段桩长和减小桩顶位移，桩底须穿过松软土层进入硬底不少于0.5 m，桩长3.0～5.0 m，见图3。

图3 路基面粉喷桩加固平面布置(单位:m)

(3)由于抗滑桩的桩间土主要为软弱土层，具有一定的坍滑性，桩间土开挖过程中容易出现边坡下沉、外挤、开裂甚至边坡坍滑的可能，开挖桩前土体前，由桩顶施工平台在桩间范围施设3排桩间距1.0 m、桩长8.0～10.0 m、桩径0.5 m、梅花形布置的粉喷桩帷幕，以保证桩间土开挖边坡的稳定和防止桩后土体排水疏干引发堑坡下沉开裂［9］。板后粉喷桩帷幕达到设计强度后，采用挖掘机自小里程向大里程分两段施工开挖推进，第一段开挖桩前土体至路基面后先砌筑侧沟和侧沟平台，然后再吊装挡板，桩后反滤层随挡板同步进行回填;前一段施工完成后再开挖施工下一段。桩间土临时防护粉喷桩帷幕的加固形式详见图4。

图4 左侧软弱土层路堑抗滑桩板间加固平面(单位:m)

(4)DK282+720～+772.5左侧及DK282+910～DK283+005右侧采用C15片石混凝土挡土墙加固，墙高2.0～6.0 m。

2.2 放缓边坡、设大平台和加强边坡防护

参照既有边坡坡率和结合桩顶土层的化验结果，分段开挖桩顶以上边坡，坡率采用1∶2.5，桩顶或墙顶设3.0 m宽平台，边坡坡面采用M5浆砌片石拱型截水骨架内铺预制块空心砖客土植草防护。竣工后的软弱土层路堑边坡见图5。

图5 竣工后的软弱土层路堑边坡

2.3 对基床底层强度不足地段进行加固处理

(1)对基床底层强度不足的DK282+875～+975段，自基床表层0.6 m以下设粉喷桩加固，桩间距为0.8 m、梅花形布置、桩径0.5 m，桩底穿过松软土层进入硬底不少于0.5 m，桩长2.0～4.0 m。

(2)DK282+860～+875段基床表层以下厚度小于1.5 m的松软土层采用挖除换填改良土处理［10-12］。

3 效果与体会

(1)分布范围和厚度变化均较大的软弱土层因上覆土层的覆盖而具有隐蔽性，勘察时容易遗漏;本工点及时补勘进一步查明地层分布及其物理力学指标，重新调整设计方案和加固措施，避免了因边坡溜坍变形而危及堑顶厂房、道路的安全，确保了路堑边坡的安全和稳定。

(2)软弱土层路堑施工应严格按照设计要求施工，抗滑桩板墙的桩间设置嵌入路基面以下一定深度的粉喷桩帷幕预加固措施是确保边坡施工安全和稳定的关键措施。

(3)桩前路基面以下设置的3排密贴粉喷桩有效提高了桩前土体的抗力，避免了因桩前松软土层抗力不足而导致抗滑桩的较大位移或倾斜，经现场实测，桩顶位移为1.8～2.6 cm。

(3)京沪线栖霞山隧道改线工程自2005年建成通车以来，经过近7年的检验，目前本段路堑边坡安全、稳定、可靠，未发生过边坡变形开裂或基床路基病害。

［1］ 铁道第四勘察设计院.改建铁路京沪线栖霞山隧道改线工程施工设计文件［Z］.武汉:铁道第四勘察设计院，2004.

［2］ 中华人民共和国铁道部.TB10001—99 铁路路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，1999.

［3］ 中华人民共和国铁道部.TB10038—2001 铁路工程特殊岩土勘察规程［S］.北京:中国铁道出版社，2001.

［4］ 卿三惠，黄润秋.坡麓相斜坡软土特性及其地质灾害防治研究［J］.地质灾害与环境保护，2005(6):113-118.

［5］ 魏永幸.内昆铁路李子沟斜坡软土特性及路基工程对策［J］.地质灾害与环境保护，2000(2):104-106.

［6］ 中华人民共和国铁道部.TB10025—2001 铁路路基支挡结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2001.

［7］ 刘忠华.粉喷桩加固后软土的路堑边坡坍塌与处理［J］.铁道建筑，2005(6):60-61.

［8］ 毛斌.内昆铁路斜坡软土段地质成因分析及工程实践［J］.铁道建筑，2005(10):26-28.

［9］ 钟岱辉，王新平.抗滑桩加固斜坡软土稳定事故原因分析及处理措施［J］.四川建筑科学研究，2005(1):75-78.

［10］张焕成.斜坡软土地段路堑工程设计与施工［J］.铁道标准设计，2004(10):53-55.

［11］李中桅.软土路堑加固措施的探讨［J］.铁道工程学报，2008(6):28-31.

［12］宋长甫.用钻孔灌注桩和CFG桩综合处理软土路堑施工［J］.铁道建筑，2008(2):173-175.

Design Strategy of a Railway Cutting with Soft Soil Stratum on a Slope

LIU Fu-sheng
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)

Influenced by the cover of overlaying soil strata，the soft soil stratum of the railway cutting with a slope in mountain or hilly area is often in disguise，and is more likely to be missed during survey and design.If this soft soil stratum were not treated with adequate countermeasures，side slop deformation，collapse and other engineering accidents would be easy to occur in there.The paper introduces in detail how to treat the side slop and subgrade bed of soft soil railway cutting by using anti-slide piles or by powder jet mixing pile comprehensively，in combination with the typical project cases which have been verified by years of operation practice with good effects.

railway cutting;soft soil stratum;design

U213.1+2

A

1004-2954(2013)09-0026-03

2012-10-12;

2013-03-10

刘府生(1969—)，男，教授级高级工程师，注册岩土工程师，E-mail:zcylfs123@163.com。