高陡不穩定路塹邊坡加固技術探討

龔建輝

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

高陡邊坡巖土體的失穩對鐵路安全運營影響極大，因此，隨著高速鐵路建設，人們越來越關注高陡不穩定路塹邊坡的加固問題。

目前，針對高陡邊坡的穩定性，多位專家學者開展了系列研究并取得了一定成果。如楊杰等人[1]從壩體領域歸納了高陡邊坡研究方向亟需解決的4個關鍵問題，即時變監控方法、高精度數值仿真、智能優化反分析和邊坡對壩體影響的理論計算方法，認為應進一步開展高陡邊坡與壩體間相互影響機制及加固措施研究；羅光財等人[2]采取傳統極限平衡法與有限元強度折減相結合的手段評估了高陡邊坡穩定性，認為降雨等因素對邊坡穩定性影響顯著，極限平衡法與有限元強度折減相結合的手段適用于高陡邊坡的安全性評估；段旭等人[3]通過微型群樁支護高邊坡的物理模型試驗，研究了微型群樁在高陡邊坡支護中的受力變形狀態，認為鋼管微型群樁對高陡邊坡的支護效果較好，但處理深度不足，地形較陡時施工難度大。

在鐵路工程建設過程中，不可避免地鋪設大量路基[4]。鐵路路基工程應同時滿足承載力、穩定性及變形控制等要求[5]，上述三者中任一因素不能滿足要求均會危及鐵路運營安全，特別是高邊坡失穩，對鐵路安全影響極大。如成昆鐵路2019年8月發生高位崩塌，造成重大安全事故，導致成昆鐵路長時間斷道，嚴重危及旅客安全和正常出行。因此，鐵路邊坡加固，尤其是高陡不穩定路塹邊坡的有效加固事關重大。本文對川藏鐵路拉薩至林芝段DK 401+840～DK 402+036段高陡不穩定路塹邊坡的加固問題進行探討，成果可為川藏鐵路雅安至林芝段建設提供參考。

1 工程概況

川藏鐵路拉薩至林芝段(以下簡稱“拉林鐵路”)位于青藏高原東南部，屬岡底斯山與念青唐古拉山、喜馬拉雅山之間的藏南谷地。拉林鐵路沿線受雅魯藏布江及其支流切割控制，山高谷深，峰巒疊嶂排列，溝谷縱橫狹窄，氣候極端惡劣，山脈呈東西向縱貫延展，谷嶺相間，地勢起伏跌宕。

拉林鐵路DK 401+840～DK 402+036段路基緊臨S306省道，長196 m，線路以半填半挖路基形式通過。該段地貌屬高山寬谷區，路基工程從雅魯藏布江左岸陡峻山坡坡麓地帶通過。段內自然邊坡為“陡-緩”單面坡地形結構，坡度為35°～50°，局部可達65°，線路標高 2 942 m，坡頂標高 3 575 m，線路至坡頂最大高差達633 m，屬于典型的單面高陡邊坡。線路左側邊坡坡體淺表層巖體強烈風化，節理裂隙極其發育，巖體整體呈碎塊狀結構，對工程施工已形成極大的安全隱患。

1.1 地質巖性

該段路基左側自然坡面范圍內覆蓋層主要為第四系全新統坡殘積層粗角礫土，下伏基巖為雅魯藏布江縫合帶之郎縣混雜巖組砂質板巖夾板巖。右側地表為第四系上更新統沖積層的粉、細砂。

左側自然邊坡范圍內粗角礫土為稍密狀，呈灰色、稍濕，粒徑20～60 mm，顆粒約占總質量50%～60%。巖質成份以弱風化片麻巖為主，呈棱角狀～次棱角狀，空隙以粉土充填，其厚度為2～6 m，局部厚度較大。板巖呈灰黑色，殘余變晶結構，板狀構造，礦物成分多為黏土礦物，巖質軟，巖芯呈短柱狀、碎塊狀。右側粉、細砂呈黃褐色，潮濕～飽和，粉細砂約占80%，夾粗圓礫10%，余為中砂等。巖(土)體基本工程力學指標如表1所示。

表1 巖(土)體基本工程力學指標表

1.2 水文特征及地震動參數

DK 401+840～DK 402+036段地表水主要為溝水，溝中雨季有流水，枯水季節溝中無水，由降雨、融雪補給，主要通過地表徑流排泄至雅江。地下水按賦存條件分為第三系及第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，第三系、第四系孔隙水主要賦存于第三系更新統沖積及第四系全新統沖積砂層、粗角礫土層中，透水性強、滲透系數大，孔隙水主要來源為大氣降水及地表水補給，通過地下孔隙徑流排至雅魯藏布江。基巖孔裂隙水主要分布于砂質板巖夾板巖中，其水量大小受主要巖層分布面積及裂隙率大小控制。總體來看，由于受到雅魯藏布江河谷深切作用，地下水埋深大，基巖裂隙水賦存屬于中等至強富水性，主要接受大氣降水及雅魯藏布江河流入滲補給。

根據文獻[6]可判定，區域地震動峰值加速度為0.30 g，地震動反應譜特征周期值為0.6 s，場地范圍內覆蓋土類型為中軟土及中硬土，綜合判別場地類別為Ⅲ類。

1.3 不良地質

受區域構造及淺表生改造作用影響，左側邊坡坡體淺表層巖體風化強烈，節理裂隙發育，巖體整體呈碎塊狀結構。在標高 3 200 m附近，裸露巖體危巖落石現象明顯，受降雨影響，邊坡山體多處已發生小規模的掉塊、坍塌現象。基于地形地貌、坡體淺表層巖體結構特征和線路工程的實際情況，該段路基工程左側邊坡高差大，淺表層巖體結構破碎，為確保施工和運營期間的安全，應對其左側邊坡危巖落石采取一定的防護措施。

2 加固設計

2.1 方案比選

針對DK 401+840～DK 402+036段的路基加固比選了3種方案。(1)左側設置路塹樁板墻，右側設置路肩樁板墻，塹頂設置被動網(方案Ⅰ)；(2)采用明洞通過，明洞靠山側設置抗滑樁,外側設置路肩樁板墻,洞頂覆土(方案Ⅱ)；(3)采用棚洞,左側設置路塹樁板墻，右側設置路肩樁板墻，樁頂設置橫縱梁并覆土(方案Ⅲ)。3種方案代表性斷面(DK 401+860斷面)如圖1～圖3所示，優缺點對照如表2所示。

圖1 方案Ⅰ代表性斷面圖(m)

圖2 方案Ⅱ代表性斷面(m)

圖3 方案Ⅲ代表性斷面(m)

經綜合對比，本次設計采用方案Ⅲ對DK 401+840～DK 402+036段路基進行加固。

2.2 線路左側工程措施

線路左側靠山側設置路塹樁板墻，防止左側自然邊坡覆蓋層溜滑。樁間距6～6.12 m，樁截面采用1.75 m×2.5 m～2 m×3 m的矩形截面，樁長15～24 m，樁頂設置預埋件。

表2 方案優缺點對照表

2.3 線路右側工程措施

線路右側設置路肩樁板墻，對路堤進行支擋的同時，也可作為上部結構的支撐。路肩樁板墻樁樁長16～36 m。路肩以下部分采用鉆機成孔，鉆孔直徑1.5 m，路肩以上立模澆注為截面1.5 m×1.5 m的方樁。鉆孔樁施工過程中，遇松散-稍密砂層時，采用鋼護筒跟進。樁頂設置預埋件。

2.4 線路上方棚洞措施

于路塹左右兩側樁板墻樁頂設置縱梁，縱梁高2.0 m，寬1.2 m，縱梁連接路基左右兩側樁頂預埋件。縱梁頂設置橫梁，橫梁長14.7 m，寬1.2 m，高 4.55 m，橫縱梁及路基兩側樁板墻形成棚洞，頂部鋪設EVA防水板和洞頂回填粘土隔水層進行防水處理。棚洞洞頂中心回填土厚1.5 m(含0.5 m粘土隔水層)，靠山側設計回填土坡度1∶5。縱梁、橫梁均采用C35鋼筋混凝土灌注。

3 結論

雅魯藏布江沿岸山高谷深，山體受地質構造及晝夜溫差等內外動力作用，巖體極易風化剝落形成落石；且山體側面往往上體呈“高陡”特征，自然坡面表面覆蓋層的內摩擦角常小于山體坡度，穩定性差。因此，該地區的工程一方面可能面臨側邊坡覆蓋層穩定性控制問題，同時也極易遭受高陡危巖落石的砸打威脅。

鑒于該地區地表主要為砂土，人工挖孔樁容易塌空變形，本文通過創新設計，提出了一種綜合運用矩形樁、鉆孔樁(圓樁)、縱梁及橫梁的框架結構，以解決上述兩大難題，該結構具有以下優點：

(1)通過縱梁及橫梁將前后樁體連接成整體，形成框架結構，大幅度提高了結構的整體剛度，縱梁及橫梁可將上部荷載傳遞至前后樁基，實現荷載的有效分散。

(2)該結構與隧道或明洞方案相比在經濟、采光及通風等方面均具有一定的優勢。明洞本身不能抵抗滑坡體的下滑力，仍需在明洞靠山側設置多排抗滑樁作為支護措施。本文提出的框架結構兼有明洞和抗滑功能，采光效果好，更為經濟合理。因此，無論是在結構受力方面，還是在工程造價方面，框架結構都是較佳的處理方案。

(3)解決了傳統危巖落石處理難題。新型框架結構通過在結構頂部鋪設EVA防水板和洞頂回填粘土隔水層，棚洞洞頂回填土層并在靠山側設計坡度1∶5的回填土，使頂部結構不僅起到防水的作用，還可避免靠山側危巖落石直接擊中線路，快速將危巖落石引至低洼處。

本文結合川藏鐵路拉薩至林芝段建設，以實際工程案例驗證了新型框架結構的可行性，結果表明，該結構能有效加固高陡邊坡路基，成果可為川藏鐵路雅安至林芝高陡邊坡加固設計提供參考。