兰渝铁路DK53处路堑边坡综合治理

王耀辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安　710043)

兰渝铁路DK53处路堑边坡综合治理

王耀辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043)

摘要：对路堑边坡在开挖施工过程中出现边坡滑塌的原因进行分析，引起边坡发生稳定性破坏的因素是多样的，主要归结为地质因素、自然因素和工程因素，结合兰渝铁路工程实例，对兰渝铁路DK53处边坡坍塌原因进行分析研究，坡体内存在不利于稳定结构面，地下水渗出浸泡，加之路堑开挖牵引，导致边坡整体稳定性变差，形成滑塌，针对上述几点提出了地基加固、边坡加固排水、抗滑桩加固的综合治理措施，取得较好效果。

关键词：铁路路堑；边坡坍塌；边坡排水；抗滑桩

1概述

兰渝铁路DK53+095～DK53+265工点位于榆中县果园村附近，宛川河二级阶地后缘，地势起伏较大，线路在此以路堑挖方通过，中心最大挖方为8.0 m。中心地面最大高程1 924.0 m左右，路肩设计高程1 914.3～1 915.2 m，边坡设拱形骨架护坡，坡率1∶1，最大边坡高度14 m。

2010年5月该段路堑开工，12月开挖基本达到设计高程，施工单位发现坡脚土体渗水有坍塌现象。接到施工单位通知后，铁一院兰渝线配合施工指挥部相关专业立即进行了现场踏勘。

2工程地质条件

2.1地层岩性

砂质黄土(Q3al3)：浅黄色，土质不均，含砾石较多。表层2 m硬塑，σ0=120 kPa。下部软塑，变形严重，σ0=100 kPa。底部夹较多砾石或块石。○Ⅱ级普通土。

细圆砾土(Q2al6)：出露位置厚度不明显，几乎全被土体掩盖，左侧山坡高程1 940 m左右有泉出露，泉水冲破表层土体，微露，密实，胶结良好，○Ⅲ级硬土，σ0=400 kPa。

泥岩(NMs)：桔黄色，泥质结构，呈土状，在边坡南端高程1 920 m左右出露。○Ⅲ级硬土，σ0=200 kPa。

2.2水文地质

左侧山坡地层上覆砂质黄土和细圆砾土，下伏第三系泥岩；泥岩为隔水层，在泥岩顶面赋存有少量地下水，主要来自大气降水补给；以泉的形式排泄或经边坡上黄土层流至线路右侧低洼地带；地下初见水位埋深2～10 m，分布在软塑-饱和状的砂质黄土层上，涌水量很小，水位恢复非常慢。

泉水出露位置：(1)DK53+080左60 m，高程约1 940 m，泥岩与上覆黄土的接触界面上；DK53+040附近路基基床下砂质黄土长期被浸泡，呈软塑或饱和状，常年出水，涌水量很小，1～2 m3/d。(2)路堑开挖后，DK53+225处地下水沿坡脚出露，附近土体呈软塑或饱和，涌水量很小，0.5 m3/d。

为了进一步细化路堑边坡渗水工程措施，对沿线路左侧(靠山侧)渗水情况补充进行了现场调绘：DK53+100～DK53+280段路堑边坡工程已全部开挖，左侧DK53+230～+240路肩以上1.5 m范围内有少量渗水，水量0.5～1.0 m3/d，路堑基底有积水，砂质黄土软化明显，浸泡后呈软塑或饱和状态，其余段落路肩以上1.5 m范围内坡面底部见有渗水痕迹，砂质黄土多呈潮湿状态。

2.3气候条件

最大冻结深度126 cm。年最大降雨量607.3 mm，年平均降雨量395.3 mm，月最大降雨量207 mm，日最大降雨量98.1 mm。

3坍塌原因

3.1影响路基边坡稳定性的因素

引起边坡发生稳定性破坏的因素是多样的[1]，相应的边坡加固方法也是多种多样的，针对本地区工程地质状况，结合工程实践，影响路基边坡稳定性的因素概括起来主要有以下几个方面。

(1)地质因素：地形地貌，本区段主要分布在黄土山区，坡体内存在岩土分界面、饱和黄土软塑带，由于下覆泥岩在地质构造的作用下形成的强风化层容易在地下水的作用下具有流滑性，因此容易产生潜在的滑动面。

(2)自然因素：自然因素主要包括地震和水造成的自然灾害，通常最容易诱发病害的原因是水的作用，民间有“十滑九水”的说法，水的作用包括降雨、地表水、地下水等3个方面[2]，土体的受力状态最容易受水的影响，当土体受雨水侵蚀作用时，自然张开裂隙的土体会因雨水的浸注而湿化、泥化[3]，进而诱使原已稳定或处于极限平衡状态的土体在重力作用下沿一定的破裂面下滑，降雨在一定程度上加重了地下水的储量和流量。

在对既有滑塌破坏现象的分析中发现，凡发生坍滑的地段多因地下水的出逸而至，通常这些部分在一定地层范围内存在水浸流滑面，这些滑面容易因水浸被激活，而在未施工时其自然坡度与周围形态均是一致的。

(3)工程因素：路堑开挖会在处于平衡状态的坡脚处形成临空面，临空面的形成使处于平衡状态的坡体失去平衡，并在坡脚处首先释放应力造成一定应变，依次拉裂坡体，发生滑裂破坏；大气降水会沿裂隙首先渗入，加重斜坡下滑力，同时路堑开挖造成局部积水，加重对下覆地层的地下水补给，造成坡脚下游地下水位升高，也会导致下游坡体发生破坏。

3.2边坡滑塌原因分析

根据坡体的地层结构、密实程度以及地形地貌等定性分析原始斜坡处于基本稳定状态。但是坡体内存在岩土分界面、饱和黄土软塑带等不利于稳定结构面，地下水渗出浸泡，大气降水雨水冲刷坡面，软化坡脚，加之路堑开挖牵引，边坡下部土层软塑易变形坍塌，基床地基处理后，在一定程度上阻止地下水渗流，形成壅堵，导致边坡附近土体进一步软化，整体稳定性变差，进而发展为坍塌。

在一定的坡长情况下，地面坡度愈大，径流速度愈大，坡面冲刷越强烈；雨水作用对砂质黄土的边坡稳定性影响极大，当雨水在坡脚处产生积水时，边坡的稳定性更差，坡脚处塑性应变值比正常情况升高近20倍[4]。

4工程措施

4.1原设计情况

路基基底采用灰土挤密桩处理，消除黄土湿陷性，增加地基承载力，边坡设拱形骨架护坡，坡率1∶1[5]。

4.2变更后设计情况

4.2.1地基加固措施

由于地下水渗出浸泡，地基软弱，承载力不能满足要求及消除地基黄土湿陷性，设置粉喷桩和灰土桩加固处理地基，增加复合地基的抗剪强度、地基承载力，加快地基固结速度，增强滑裂面上的抗滑能力。

DK53+080～DK53+282段路基采用粉喷桩处理，粉喷桩桩径0.5 m，桩间距分别为1.2 m，桩长4.0～12.0 m，正三角形布设；DK53+282～DK53+500段为消除黄土湿陷性，路基基底采用灰土挤密桩处理，处理范围路堤为坡脚外3 m[6]、路堑为坡脚范围内。桩径0.4 m，桩间距0.9 m，按梅花形布设。

4.2.2加固排水措施

通过原因分析，可见边坡开挖滑塌的产生与水有密切的关系，设置排水系统，消除水的危害，是整治滑坡的有效措施。

堑顶设置天沟，截排滑坡地段以外的地表水，防止流入滑坡区内，引导地表水在滑坡区以外的稳定山坡处排走；边坡设计拱形骨架护坡，有流水槽、急流槽、平台截水沟，分级截流，纵横结合，使水快速排走，防止渗入到边坡内部，造成边坡软弱滑塌；由于边坡土层(岩体)中埋藏有地下水，由边坡渗出，流至坡脚，对坡脚形成浸泡，边坡设置渗沟，尽快排至盲沟进而引至侧沟排走，防止形成壅堵，破坏边坡稳定性。

在DK53+080～+282段路堑左侧边坡设置拱形骨架护坡，骨架内穴植容器苗，增加坡面稳定，减少冲刷；一级边坡下回填渗水土，厚度1.4 m，渗水土下部沿线路纵向每12 m设1道边坡渗沟(加固桩中间)，高0.4 m，宽0.3 m，内采用φ10 cm双壁波纹管，将水引排至纵向渗沟；DK53+031～DK53+282段左侧侧沟及排水沟下设高0.5 m、宽0.6 m的纵向渗沟，并将水分别引排至DK53+031涵洞和DK53+282涵洞；纵向渗沟内采用φ20 cm双壁波纹管以降低地下水位并排出路基本体。渗沟内填洗净卵砾石，渗沟外侧及双壁波纹管包裹450 g/m2无纺土工布反滤层。渗沟断面见图1。

图1　渗沟断面(单位：m)

4.2.3抗滑桩加固措施

由于边坡出现滑塌现象，经过现场调查、测绘及计算，边坡存在潜在滑动的可能性，为了保证边坡稳定性，设置抗滑桩加固边坡。

DK53+093～+265左侧路堑边坡外侧设置抗滑桩处理。设计采用的主要技术指标：γ=18 kN/m3，Φ=17.5°，c=10.2 kPa，地震基本烈度按八度考虑[7]。桩的设计荷载为滑坡推力，滑坡推力附加安全系数1.2，荷载分项系数K=1.35[8]，滑坡推力采用值918～1 398 kN/m[9]，桩设计采用极限状态理论，桩锚固段地层多为泥岩，内力计算采用“k”[10]法，下滑力按矩形分布，桩底支撑采用自由端，地基系数为90 000 kPa/m，经计算桩顶位移2～2.6 cm。设计桩长25～30 m，桩间距6.0 m，桩截面尺寸2.0 m×3.0 m、 2.5 m×3.5 m两种，采用C40钢筋混凝土浇筑[11]。开挖过程中，采用C25级钢筋混凝土护壁，厚度0.2 m。路堑边坡综合治理平面见图2，代表性设计断面见图3。

图2　路堑边坡综合治理平面

5结语

本工点施工已完毕，通过对堑顶设置观测桩的监测数据分析，目前路堑边坡处于稳定状态，采取的加固治理措施达到了设计效果。

图3　代表性设计断面(单位：m)

在施工时应做好截、排、防水工程，以防止雨水冲刷坡面和渗入到边坡内部，边坡内部的地下水应采用相宜的措施进行排除，边坡开挖面裸露时间不宜太长，尽量避开雨季施工。坍塌的产生是由各种内、外因素相互作用促成的，形成的主要因素包括地形地貌、地质和水文地质条件、气候条件、水的作用及人为活动的作用等，因此，应根据具体条件提出相应的治理措施。

参考文献：

[1]钟岱辉，王新平.抗滑桩加固斜坡软土稳定性事故原因分析及处理措施[J].四川建筑科学研究，2005，31(1)：75-78.

[2]李惠青.金斗山滑坡治理施工方案[J].铁道标准设计，2009(12)：20-22.

[3]尤昌龙，赵成刚，张焕城，等.高原斜坡软土路基施工试验研究[J].岩土工程学报，2002，24(4)：503-508.

[4]王振文.黄土深路堑边坡稳定性分析及边坡坡型的合理设计[J].铁道标准设计，2013(4)：17-20 .

[5]铁道第一勘察设计院.TB10001—2005铁路路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[6]中铁二院工程集团有限责任公司.TB10106—2010铁路工程地基处理技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[7]中华人民共和国建设部.GB50111—2006铁路工程抗震设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[8]铁道第二勘察设计院.TB10025—2006铁路路基支档结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[9]铁道第四勘察设计院.TB10035—2006铁路特殊路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[10]铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册(路基)[M].北京:中国铁道出版社，1992.

[11]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

The Comprehensive Treatment of DK53 Lanzhou-Chongqing Railway Cutting Slope

WANG Yao-hui

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：This paper analyzes the causes of cutting slope collapse in the excavation process. Factors causing the side slope stability failure are many and mainly geological， natural and engineering factors. With reference to the engineering practices of Lanzhou-Chongqing railway， the collapse at DK53 is analyzed with the conclusion that it is the internal unstable structure plane， the ground water seepage and the extraction of excavation that lead to the overall deterioration of stability of the slope and the collapse. In view of the above， comprehensive measures are put forward for foundation reinforcement， slope consolidation with drainage and anti-slide pile， which are proved very effective.

Key words：Railway cutting， Slope collapse; Slope drainage; Anti-slide pile

中图分类号：U213.1+2

文献标识码：B

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.004

文章编号：1004-2954(2015)06-0015-03

作者简介：王耀辉(1981—)，男，工程师，2005年毕业于兰州交通大学土木工程专业， 工学学士，E-mail：76394665@qq.com。

收稿日期：2015-01-18； 修回日期：2015-01-28