含软土层的路堑边坡加固设计实例

汤 涌， 蒋楚生

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

含软土层的路堑边坡加固设计实例

汤 涌， 蒋楚生

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川成都 610031)

软土地段路堑工程，保证开挖后边坡稳定是首要问题。文章选取广通至大理扩能改建铁路一含有软土夹层的路堑边坡为实例，提出了相应加固方案。该加固方案的思路可为同类型的工程提供参考。

软土路堑； 加固设计； 稳定性分析

西部山区铁路地质情况复杂，许多不良地质无法避免，特别是在平原和浅丘地带，会遇到分布各异的软土层[1-2]。软土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，具有含水率大(w≥wL)；孔隙比大e0> 1 ；压缩性高(a0.1～0.2≥0.5 MPa-1)；强度低(Ps<0.8 MPa)等特点的黏性土。在软土地基上，路基宜为路堤形式通过[3]，而在实际工程中，受地形地貌、既有工程等条件的影响，不可避免会遇到含有软土层的路堑，对于路基边坡稳定极为不利，因此工程措施的合理可靠，是保证路堑边坡稳定和线路安全的重要因素。

本文通过选取广通至大理扩能改建铁路一含软土夹层的路堑边坡为例，提出相应的加固设计方案，并进行稳定性验算，为类似的边坡工程的建设提供一定的参考。

1 工程概况

1.1 地形地貌

本路堑所(选)处区段属高原山间盆地地貌，线路行进于盆地槽谷边缘地带，地势左高右低。右侧盆地槽谷区平坦，左侧地形起伏较大，地面高程2 000～2 075 m，相对高差75 m，地面横坡20°～45°。

1.2 工程地质

<12-1>泥岩夹砂岩、泥灰岩(K1p)：紫红色、砖红色，局部黄灰色、灰色，泥质结构，块状构造，泥质胶结，节理较发育，岩质软，易风化，浸水后易软化崩解。

根据工程地质勘查报告，有关地层物理力学设计参数取值见表1。

表1 岩土物理力学参数

1.3 地质构造及地震动参数

本次所选区段地震动峰值加速度为0.20g，对应原地震基本烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期为0.40 s。

2 加固措施设计

选取测区内一含软土夹层的路堑边坡工点，该段上覆粉质粘土，下伏软塑～流塑状淤泥质土，基岩为泥岩夹砂岩、泥灰岩。线路以挖方形式通过，中心挖深13.26 m，开挖后左右侧边坡都需进行加固处理，以保证边坡稳定。

2.1 采用水泥搅拌桩加固

采用水泥搅拌桩加固如图1所示。

图1 水泥搅拌桩加固示意

水泥搅拌桩加固至堑顶外5 m，桩长要求打入软土下卧硬塑状黏土层中1 m，水泥搅拌桩桩径0.5 m，桩间距1.2 m，图1中虚线部分采用空钻不喷浆。在左侧坡脚处设置4 m高的挡墙，路堑边坡坡面采用人字骨架和支撑渗沟相结合防护。

路堑边坡主要受边坡稳定性控制。本文应用Slide软件对加固后边坡稳定性进行检算。Slide是一款评价岩质或土质边坡安全系数或者失效概率的二维极限平衡程序，程序计算方法基于竖直条分法极限平衡分析(例如，Bishop，Janbu，Ordinary等)。

由《铁路工程地基处理技术规程》(TB 10106-2010)，复合地基抗剪强度指标按照式(1)、式(2)计算确定：

Cc=(1-m)Cs

(1)

tanφc=(1-m)tanφs+mtanφp

(2)

式中：Cc、φc为复合地基土黏聚力和内摩擦角；Cs、φs为桩间土黏聚力和内摩擦角；φp为桩间土黏聚力和内摩擦角；m为复合地基置换率；

计算得软土层Cc=6.74kPa，φc=9.89°，水平地震修正系数η=0.25。采用此参数对开挖后路堑的边坡稳定性进行验算。图2和图3所示为Bishop法计算得到的最危险滑动圆弧位置及其对应的稳定系数考虑地震工况下，采用各计算方法得到的最小安全系数如表2所示。

图2 bishop法计算的左侧最危险滑动面及稳定系数

图3 bishop法计算的右侧最危险滑动面及稳定系数

表2 各计算方法得到的最小安全系数

线路左侧边坡挖方较高，地形缓慢爬坡，软土上覆盖粘土层较厚，采用水泥搅拌桩加固后边坡稳定性不能满足规范要求[4]，需采用更可靠的支挡结构进行支护；线路右侧地势缓平，挖方边坡高度低，边坡坡率较缓，采用水泥搅拌桩加固后边坡稳定系数满足规范要求。

2.2 线路左侧桩板结构加固

线路左侧采用桩板结构加固如图4所示。

图4 桩板结构加固示意

最不利滑面检算如图5所示。按最不利滑面，考虑地震工况下安全系数1.15，计算得出口滑坡推力为F=768 kN·m[5]，桩后库伦土压力为Ea=337kN·m，乘以附加安全系数1.2后得:Ea′ = 404.4kN·m。因此采用滑坡推力作为锚固桩计算荷载。算得锚固桩截面尺寸为2m×3m，桩长25m，桩间距(中-中)6m，桩身采用C35钢筋混凝土灌注[6]。桩间采用外挂式挡土板，挡土板高度为1.0m，板厚0.3～0.4m，挡土板采用C35钢筋混凝土预制。桩顶边坡按1:1.5坡率开挖，坡面采用人字型骨架防护。

为保证桩孔开挖时孔壁稳定，在路堑堑顶到锚固桩桩前2m的范围预先施工水泥搅拌桩加固，桩径D=0.5 m，桩间距1.2 m，在锚固桩周围水泥搅拌桩加密施工，在桩周形成一圈帷幕(图6)。

图5 最不利滑面及稳定系数

图6 桩周水泥搅拌桩布置示意

3 施工工序

对于含有软弱夹层的路堑边坡施工，必须按照严格的工序施工。

(1)先施工天沟，做好地面截排水工程，严禁边坡被水浸泡，软化边坡。

(2)预先采用水泥搅拌桩加固边坡。

(3)待水泥搅拌桩达到设计强度要求后，自上而下分级开挖路堑边坡，并及时完成坡面防护。

(4)有锚固桩的地方必须先施工锚固桩。锚固桩施工时应隔桩挖孔，及时设置钢筋混凝土锁口及护壁。

(5)待锚固桩施工完成并达到设计强度80%后，再分段开挖桩前土体，并及时安装挡土板。

4 边坡现状

现场地基加固、边坡开挖、边坡支护等工程已按设计方案施工完成，边坡外表美观大方，稳定性良好。

5 结论

西部山区铁路地质情况复杂，铁路修建中会遇到许多不良地质。对于有软土分布地区，有时受条件所限，必须以路堑形式通过，此时合理的工程措施是保证整个工程安全可靠的关键。

本文通过选取含有软弱土层的路堑工点设计实例得出，软土路堑主要是受边坡稳定性控制。在地势平缓，开挖深度较浅，有条件放缓边坡的地段，坡面可以采用水泥搅拌桩预先加固，不仅可以提高边坡稳定性，还可以改善路堑边坡开挖作业面条件。同时水泥搅拌桩还具有施工方便、快捷而经济的优点。而对于边坡较高上覆盖层又较厚的地段，边坡稳定性低，水泥搅拌桩的抗剪性又较差，仅采用水泥搅拌桩加固满足不了规范要求。

含软土的路堑地段采用桩板结构安全有效地加固了路堑边坡，同时还减少了土石方和用地。挡土板不受地基承载力影响，采用预制装配施工方便快捷。在类似的边坡加固中可以优先考虑。

软土层中开挖桩孔需在桩周加密复合地基形成一圈帷幕保证桩孔开挖安全，边坡开挖及锚固桩的施工还必须严格遵循施工工序。

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

[2] 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.

[3] TB 10035-2006 铁路特殊路基设计规范[S].

[4] GB 50111-2006 铁路工程抗震设计规范[S].

[5] TB 10025-2006 铁路路基支挡结构设计规范[S].

[6] TB 10005-2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].

汤涌(1983～)，男，硕士研究生，工程师，从事路基工程设计工作。

U416.1+3

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[定稿日期]2016-06-10