含軟土層的路塹邊坡加固設計實例

湯 涌， 蔣楚生

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

含軟土層的路塹邊坡加固設計實例

湯 涌， 蔣楚生

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川成都 610031)

軟土地段路塹工程，保證開挖后邊坡穩定是首要問題。文章選取廣通至大理擴能改建鐵路一含有軟土夾層的路塹邊坡為實例，提出了相應加固方案。該加固方案的思路可為同類型的工程提供參考。

軟土路塹； 加固設計； 穩定性分析

西部山區鐵路地質情況復雜，許多不良地質無法避免，特別是在平原和淺丘地帶，會遇到分布各異的軟土層[1-2]。軟土是指在靜水或緩慢的流水環境中沉積，具有含水率大(w≥wL)；孔隙比大e0> 1 ；壓縮性高(a0.1～0.2≥0.5 MPa-1)；強度低(Ps<0.8 MPa)等特點的黏性土。在軟土地基上，路基宜為路堤形式通過[3]，而在實際工程中，受地形地貌、既有工程等條件的影響，不可避免會遇到含有軟土層的路塹，對于路基邊坡穩定極為不利，因此工程措施的合理可靠，是保證路塹邊坡穩定和線路安全的重要因素。

本文通過選取廣通至大理擴能改建鐵路一含軟土夾層的路塹邊坡為例，提出相應的加固設計方案，并進行穩定性驗算，為類似的邊坡工程的建設提供一定的參考。

1 工程概況

1.1 地形地貌

本路塹所(選)處區段屬高原山間盆地地貌，線路行進于盆地槽谷邊緣地帶，地勢左高右低。右側盆地槽谷區平坦，左側地形起伏較大，地面高程2 000～2 075 m，相對高差75 m，地面橫坡20°～45°。

1.2 工程地質

<12-1>泥巖夾砂巖、泥灰巖(K1p)：紫紅色、磚紅色，局部黃灰色、灰色，泥質結構，塊狀構造，泥質膠結，節理較發育，巖質軟，易風化，浸水后易軟化崩解。

根據工程地質勘查報告，有關地層物理力學設計參數取值見表1。

表1 巖土物理力學參數

1.3 地質構造及地震動參數

本次所選區段地震動峰值加速度為0.20g，對應原地震基本烈度為Ⅷ度，地震動反應譜特征周期為0.40 s。

2 加固措施設計

選取測區內一含軟土夾層的路塹邊坡工點，該段上覆粉質粘土，下伏軟塑～流塑狀淤泥質土，基巖為泥巖夾砂巖、泥灰巖。線路以挖方形式通過，中心挖深13.26 m，開挖后左右側邊坡都需進行加固處理，以保證邊坡穩定。

2.1 采用水泥攪拌樁加固

采用水泥攪拌樁加固如圖1所示。

圖1 水泥攪拌樁加固示意

水泥攪拌樁加固至塹頂外5 m，樁長要求打入軟土下臥硬塑狀黏土層中1 m，水泥攪拌樁樁徑0.5 m，樁間距1.2 m，圖1中虛線部分采用空鉆不噴漿。在左側坡腳處設置4 m高的擋墻，路塹邊坡坡面采用人字骨架和支撐滲溝相結合防護。

路塹邊坡主要受邊坡穩定性控制。本文應用Slide軟件對加固后邊坡穩定性進行檢算。Slide是一款評價巖質或土質邊坡安全系數或者失效概率的二維極限平衡程序，程序計算方法基于豎直條分法極限平衡分析(例如，Bishop，Janbu，Ordinary等)。

由《鐵路工程地基處理技術規程》(TB 10106-2010)，復合地基抗剪強度指標按照式(1)、式(2)計算確定：

Cc=(1-m)Cs

(1)

tanφc=(1-m)tanφs+mtanφp

(2)

式中：Cc、φc為復合地基土黏聚力和內摩擦角；Cs、φs為樁間土黏聚力和內摩擦角；φp為樁間土黏聚力和內摩擦角；m為復合地基置換率；

計算得軟土層Cc=6.74kPa，φc=9.89°，水平地震修正系數η=0.25。采用此參數對開挖后路塹的邊坡穩定性進行驗算。圖2和圖3所示為Bishop法計算得到的最危險滑動圓弧位置及其對應的穩定系數考慮地震工況下，采用各計算方法得到的最小安全系數如表2所示。

圖2 bishop法計算的左側最危險滑動面及穩定系數

圖3 bishop法計算的右側最危險滑動面及穩定系數

表2 各計算方法得到的最小安全系數

線路左側邊坡挖方較高，地形緩慢爬坡，軟土上覆蓋粘土層較厚，采用水泥攪拌樁加固后邊坡穩定性不能滿足規范要求[4]，需采用更可靠的支擋結構進行支護；線路右側地勢緩平，挖方邊坡高度低，邊坡坡率較緩，采用水泥攪拌樁加固后邊坡穩定系數滿足規范要求。

2.2 線路左側樁板結構加固

線路左側采用樁板結構加固如圖4所示。

圖4 樁板結構加固示意

最不利滑面檢算如圖5所示。按最不利滑面，考慮地震工況下安全系數1.15，計算得出口滑坡推力為F=768 kN·m[5]，樁后庫倫土壓力為Ea=337kN·m，乘以附加安全系數1.2后得:Ea′ = 404.4kN·m。因此采用滑坡推力作為錨固樁計算荷載。算得錨固樁截面尺寸為2m×3m，樁長25m，樁間距(中-中)6m，樁身采用C35鋼筋混凝土灌注[6]。樁間采用外掛式擋土板，擋土板高度為1.0m，板厚0.3～0.4m，擋土板采用C35鋼筋混凝土預制。樁頂邊坡按1:1.5坡率開挖，坡面采用人字型骨架防護。

為保證樁孔開挖時孔壁穩定，在路塹塹頂到錨固樁樁前2m的范圍預先施工水泥攪拌樁加固，樁徑D=0.5 m，樁間距1.2 m，在錨固樁周圍水泥攪拌樁加密施工，在樁周形成一圈帷幕(圖6)。

圖5 最不利滑面及穩定系數

圖6 樁周水泥攪拌樁布置示意

3 施工工序

對于含有軟弱夾層的路塹邊坡施工，必須按照嚴格的工序施工。

(1)先施工天溝，做好地面截排水工程，嚴禁邊坡被水浸泡，軟化邊坡。

(2)預先采用水泥攪拌樁加固邊坡。

(3)待水泥攪拌樁達到設計強度要求后，自上而下分級開挖路塹邊坡，并及時完成坡面防護。

(4)有錨固樁的地方必須先施工錨固樁。錨固樁施工時應隔樁挖孔，及時設置鋼筋混凝土鎖口及護壁。

(5)待錨固樁施工完成并達到設計強度80%后，再分段開挖樁前土體，并及時安裝擋土板。

4 邊坡現狀

現場地基加固、邊坡開挖、邊坡支護等工程已按設計方案施工完成，邊坡外表美觀大方，穩定性良好。

5 結論

西部山區鐵路地質情況復雜，鐵路修建中會遇到許多不良地質。對于有軟土分布地區，有時受條件所限，必須以路塹形式通過，此時合理的工程措施是保證整個工程安全可靠的關鍵。

本文通過選取含有軟弱土層的路塹工點設計實例得出，軟土路塹主要是受邊坡穩定性控制。在地勢平緩，開挖深度較淺，有條件放緩邊坡的地段，坡面可以采用水泥攪拌樁預先加固，不僅可以提高邊坡穩定性，還可以改善路塹邊坡開挖作業面條件。同時水泥攪拌樁還具有施工方便、快捷而經濟的優點。而對于邊坡較高上覆蓋層又較厚的地段，邊坡穩定性低，水泥攪拌樁的抗剪性又較差，僅采用水泥攪拌樁加固滿足不了規范要求。

含軟土的路塹地段采用樁板結構安全有效地加固了路塹邊坡，同時還減少了土石方和用地。擋土板不受地基承載力影響，采用預制裝配施工方便快捷。在類似的邊坡加固中可以優先考慮。

軟土層中開挖樁孔需在樁周加密復合地基形成一圈帷幕保證樁孔開挖安全，邊坡開挖及錨固樁的施工還必須嚴格遵循施工工序。

[1] 李中桅. 軟土路塹邊坡加固措施的探討[J]. 鐵道工程學報，2008(6):28-31.

[2] 張煥成.斜坡軟土地段路塹工程設計與施工[J]. 鐵道標準設計，2004(10): 53-55.

[3] TB 10035-2006 鐵路特殊路基設計規范[S].

[4] GB 50111-2006 鐵路工程抗震設計規范[S].

[5] TB 10025-2006 鐵路路基支擋結構設計規范[S].

[6] TB 10005-2010 鐵路混凝土結構耐久性設計規范[S].

湯涌(1983～)，男，碩士研究生，工程師，從事路基工程設計工作。

U416.1+3

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[定稿日期]2016-06-10