沿海臺風區既有線路基邊坡水害治理加固技術

奚 成

(中鐵二十三局集團有限公司,四川成都 610072)

滑坡是一種常見的地質災害，它經常中斷交通，堵塞河道，摧毀廠礦，破壞村莊和農田，從而造成生命、財產的重大損失，因此，有關滑坡的防治工程一直為世人所關注[1-3]。對滑坡治理研究比較成熟且進行了大量工程實踐的方法有：抗滑樁、預應力錨索抗滑樁、預應力錨索地梁等，但是采用這些方法治理滑坡時資金投入巨大[4]。近年來，隨著材料、機械等領域的快速發展以及科技進步，對滑坡體加固措施逐漸趨向于復合化、小型化、輕型化以及機械化，加筋土、土錨釘、微型樁、格構錨固等措施大量應用于滑坡治理，效果較為明顯[5-6]。

在各種邊坡問題中，病害邊坡雨季搶險和滑坡變形引發的路基路面問題，因為工期緊、施工場地受限，經常成為治理難點，如何綜合采用各種技術措施，快速高效地對滑坡體進行治理加固，成為解決問題的關鍵。

1 工程概況

向莆鐵路永莆線K512+411～K512+642段路基位于莆田市莊邊鎮，地貌為低山區，線路以路塹形式通過。本段路塹邊坡土體以殘坡積黏性土、凝灰巖全風化層為主，均無膨脹性，土層和全風化層厚度10～30 m，基巖面較深。本段路塹左側塹坡高0～6 m，漿砌片石骨架內噴播植草防護。右側塹坡高5～27 m，坡腳設重力式混凝土擋墻，墻高3～5 m，坡比1∶0.25；墻頂以上邊坡坡率1∶1.25，每8 m高設一處邊坡平臺、平臺寬2.5～4.0 m，其中K512+449～+491段二級邊坡平臺設9根抗滑樁加固，抗滑樁前坡面采用漿砌片石截水骨架內噴播植草防護，其余地段邊坡采用錨桿框架梁內噴播植草防護。二級邊坡采用錨桿框架梁內噴播植草防護，三級邊坡為漿砌片石截水骨架內噴播植草防護。

2 環境氣候特點及水害情況

2.1 環境氣候特點

福建省莆田市屬亞熱帶海洋性氣候，面臨東海。流域多年平均氣溫20.0 ℃，年降雨量1 100～1 800 mm(自沿海向上游山區遞增)。極端最高氣溫39.4 ℃，極端最低氣溫-2.3 ℃，無霜期約360 d。木蘭溪流域風向以東北，東北偏北為主，臺風多出現在7～9月，風力10～12級，最大風速40 m/s。據統計，本流域多年平均最大風速為18.1 m/s。本地區大范圍暴雨有梅雨和臺風雨兩種類型，其中臺風雨危害較大。臺風雨一般歷時2～3 d，時間短，強度大，多在7～9月，常造成嚴重的洪澇災害。

2.2 水害情況

2016年9月莆田地區連續迎來“莫蘭蒂”、“鲇魚”兩次超強臺風，臺風帶來的持續強降雨，造成K512+411～K512+642段右側黏性土路塹邊坡土體飽水，強度急劇降低。

9月15日在廈門登陸的“莫蘭蒂”超強臺風給莆田地區帶來了持續強降雨(臺風影響4 d累計降雨量124.3 mm，單日最大降雨量達70.1 mm)，右側邊坡土體飽水，強度急劇降低，邊坡骨架、平臺漿砌片石陸續出現裂縫，K512+425～+455段擋墻出現外傾。9月27日，受“鲇魚”強臺風帶來的強降雨的進一步影響(臺風影響四天累計降雨量201.6 mm，單日最大降雨量達157.6 mm)，邊坡變形加速、變形范圍擴大。

截止9月29日晚上9點，K512+411～+517段右側擋墻均有外傾現象，墻頂最大水平位移24 cm、變形速率達到10 mm/h；側溝外側溝壁進一步內擠，一級邊坡平臺下挫0～0.5 m，二級邊坡平臺下挫0～1.5 m、下挫速率達到15～120 mm/h；K512+507處擋墻出現剪切斜裂縫，縫寬5～20 mm；邊坡多處外鼓或產生裂縫，塹頂柵欄外側1～2 m處發現一條斷續貫通水平裂縫、寬0.15～0.25 m，柵欄外可見多條長1～3 m、寬1～2 cm的細微裂縫，見圖1、圖2。

3 原因分析及地質勘察情況

3.1 原因分析

本段路塹邊坡土體以殘坡積粘性土、凝灰巖全風化層為主，厚度較大、厚8～29 m。2016年9月莆田地區連續迎來“莫蘭蒂”、“鲇魚”兩次超強臺風，臺風帶來的持續強降雨，造成路塹邊坡土體飽水，強度急劇降低，是本次路塹邊坡水害產生的根本原因。

圖1 擋墻外傾

圖2 防護柵欄外裂縫

3.2 地質勘察情況

3.2.1 地質情況

水害發生以后，相關單位及時進行了進一步地質勘察，地質鉆機完成16孔/423.6 m。鉆孔揭示的地質情況：土層和全風化層厚度10～30 m，基巖面較深，和原設計地質資料基本一致。通過土、水、巖的各項試驗結果綜合分析：土及全風化層均無膨脹性，K512+490以前土樣鑒定為粉質黏土-黏土，軟塑-硬塑，飽和度94 %～98 %，抗剪強度低；地下水樣具有酸性弱侵蝕、二氧化碳弱侵蝕，化學環境作用等級為H1；凝灰巖強風化層的飽和抗壓強度10～20 MPa(點荷載強度換算)，弱風化層的飽和抗壓強度80～120 MPa。K512+464五級平臺鉆孔芯樣見圖3，二級平臺鉆孔芯樣見圖4。

圖3 五級平臺鉆孔芯樣

圖4 二級平臺鉆孔芯樣

3.2.2 推測滑動面位置

根據鉆探資料和地質調查等綜合分析，查明了該水害工點的工程地質條件，該變形體存在2個可能的滑動面，其中淺層滑動面分析從既有抗滑樁頂滑出，該滑面目前處在蠕動變形階段，各種跡象明顯，滑面正處在加速形成階段，但尚未貫通；深層滑動面分析從既有擋墻底通過，該滑面目前尚處在蠕動變形初始階段。

4 綜合搶險加固技術措施

4.1 邊坡快速減載泄壓

(1)第一階段： 9月30日～10月9日開展搶險,對K512+411～+530段右側路塹邊坡進行挖方卸載，卸載從+530開始向小里程方向推進，采用多臺挖掘機一字排開，卸載倒運土方，然后采用推土機推至山下，再通過挖掘機裝運自卸車運輸至棄土場。

(2)減載泄壓要求：在三級邊坡平臺向內開挖卸載平臺寬度不小于12 m、開挖坡率1∶1.5,二級邊坡平臺向內開挖卸載平臺寬度不小于8 m、開挖坡率1∶2.0，二級邊坡平臺以下設一寬4.0 m、高3.5 m的臨時卸載平臺，開挖坡率1∶1.5。

(3)通過對蠕動坡體的集中減載，經觀測，有效減緩了擋墻變形，同時也減緩了山體下滑速度，擋墻變形速率由每小時外傾10 mm減少為1～3 mm，開始趨于穩定。

4.2 邊坡隔離、排水

(1)在減載泄壓的同時，疏通既有擋墻泄水孔，確保墻背排水暢通。在計劃卸載坡頂外圍設置天溝，并滿鋪塑料薄膜防止水流下滲。三級邊坡平臺向內卸載平臺開挖成形后，開挖寬、深均不小于0.5 m的縱向臨時排水溝，以排出第一溝谷內地表匯水。

(2)對擋墻變形嚴重、墻頂平臺下沉地段，鋪設木板后覆蓋塑料薄膜，避免雨水下滲；對臨時卸載邊坡備足覆蓋的塑料薄膜，避免降雨下滲軟化邊坡土體。

(3)針對擋墻泄水孔大多已被滑坡體淤泥堵塞的情況，在擋墻底部和邊坡底部各增設一排仰斜排水孔，縱向間距5 m，孔深20 m、孔徑110 mm、仰角8 °。安裝鉆機時必須平穩、牢靠，并校準鉆機的方位角和仰角。為了保證成孔質量，采用鋼套管跟管鉆進，鋼套管外徑110 mm?？變劝苍O直徑100 mm的軟式透水管，管內吹填中粗砂。

(4)詳細排查塹頂柵欄外地表開裂情況及地表水走向情況；每2 h觀測一次抗滑樁、擋墻位移情況；上下行線路間設置柵欄防護，對危險區域設置安全警示繩。滑坡臺階減載泄壓見圖5。

圖5 滑坡臺階減載泄壓

(5)通過10 d的連續卸載等工作，實現了擋墻基本穩定，有效地控制了山體下滑速度，避免了淺層滑坡“越頂”；通過增設仰斜泄水孔、坡面覆蓋、引流(共計增設仰斜泄水孔89個，邊坡覆蓋32 000 m2，引排水管敷設2 000 m)，有效地遏制了中層滑體繼續下滑和下層滑體的蠕變。

4.3 微型鋼管樁群臨時加固

第二階段 10月10日～10月31日(主要為微型樁施工及進一步刷方減載)，為控制邊坡土體進一步蠕動變形，避免土體溜塌，并為邊坡永久加固工程提供必要的施工條件，在邊坡上施設微型樁群，并對微型樁進行注漿，加固土體[7]。

(1)進一步挖除K512+440～K512++510段蠕動變形突出土體，防止其侵入線路范圍，影響鐵路運營安全；修整邊坡外環形截水溝，并增設抽水機排除積水，確保邊坡排水通暢；立即修補塑料薄膜破損部分，防止雨水滲入加劇土體軟化。

(2)在殘坡積粘性土層飽水及場地狹窄的情況下，為控制邊坡土體進一步蠕動變形，避免土體溜塌，并為邊坡永久加固工程提供必要的施工條件，在邊坡上施設微型樁群。每道微型樁群由三～四排微型鋼管樁組成，樁間距0.5 m，梅花形布置。微型樁采用潛孔鉆引孔，挖掘機配合吊裝下管(打設鋼花管)及注漿加固等施工工藝，單根微型鋼管樁采用套管連接，鋼管內灌注水泥漿。微型樁群的具體施工位置經現場勘察后確定，施工長度以插入淺層滑坡面以下5 m為準，約12～18 m。

(3)微型樁主要技術參數：鋼管外徑114 mm,壁厚4 mm，管內注入水泥漿，采用P.O32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥水灰比0.45，注滿為止；水泥漿中加入水泥重量0.1 %的三乙醇胺和0.2 %的食鹽，以改善可注性及加固體的早期強度。

(4)冠梁施工：根據現場實際情況，微型樁群樁頭采用C30鋼筋混凝土冠梁連接。冠梁的尺寸根據現場需要而定，冠梁內下層縱向主筋與伸入冠梁內鋼管雙側焊接牢固，樁伸入冠梁內不少于冠梁高度的1/2。冠梁內置φ22 mm縱向鋼筋(HRB400級)，箍筋采用φ12 mmHPB300箍筋制作、間距20 cm。

在場地泥濘、混凝土冠梁施工困難時，采用兩道Φ20 mm鋼筋將所有相鄰微型樁兩兩雙側焊接相連，以暫時替代冠梁的作用，增加樁群的整體性和剛度，一般鋼管樁露出地面約50 cm。微型樁平面布置示意圖見圖6，微型樁冠梁縱剖面圖見圖7，微型樁冠梁Ⅰ-Ⅰ剖面圖見圖8，每延米冠梁鋼筋用量見表1。

圖6 微型樁平面布置示意(單位：m)

圖7 微型樁冠梁縱剖面(單位：cm)

圖8 微型樁冠梁Ⅰ-Ⅰ剖面(單位：cm)

表1 每延米冠梁鋼筋用量

(5)經過持續沉降觀測，微型樁施工結束后，擋墻及山體已經基本穩定。K512+442截面擋墻位移觀測記錄表見表2。

表2 K512+442截面擋墻位移觀測記錄表

K512+442截面擋墻對應時間-位移曲線圖見圖9。

圖9 K512+442截面擋墻對應時間-位移曲線

4.4 抗滑樁永久加固

第三階段：2016年11月1日，經監測山體穩定，在二級、三級、五級平臺各增設一排鋼筋混凝土抗滑樁，對山體進行永久加固。

4.4.1 鋼板樁打設

在K512+411～+490段表層土體飽水、抗剪強度低，基坑開挖易溜坍，該段抗滑樁開挖和樁間擋板安裝前，先在抗滑樁的樁背、樁前和擋土板的背后用鋼板樁(型號：FSP-IV，有效幅寬0.4 m)加固，樁長9 m。

4.4.2 抗滑樁施工

(1)抗滑樁基礎采用人工開挖，鋼筋混凝土護壁，卷揚機提升出渣。護壁混凝土采用小型拌合站就地攪拌灌注，護壁模板采用鋼模板組合而成，鋼管架支撐加固。樁孔分節開挖，護壁分節高度1.0 m。挖一節立即支護一節。護壁采用C20鋼筋混凝土，護壁厚0.3 m，基坑坑口設置C20鋼筋混凝土鎖口，鎖口高出地面0.2 m，厚0.3 m。

(2)樁身鋼筋在加工場加工成型，運至現場吊裝孔內綁扎，搭接接頭交錯設置，孔內混凝土澆筑，澆筑前將孔內浮土殘渣等清理干凈，護壁混凝土面上灑水濕潤。樁身混凝土塌落度控制在80～120 mm，采用串筒澆筑，插入式振搗棒振搗密實。樁身混凝土施工完畢后，地面以上采用塑料薄膜纏繞，灑水養生，至混凝土達到設計強度。

5 效果及總結

向莆鐵路永莆線水害治理工程于2016年9月30日開始，于2017年6月全部完成。本工程綜合采用了快速減載泄壓、隔離排水、微型樁臨時加固、抗滑樁永久加固滑坡體等技術措施，保證了邊坡穩定，同時實現了營運線的提前正常開通，縮短工期3個月，節約成本150萬元,取得了良好的社會、經濟效益,也為以后類似工程的施工提供了借鑒經驗[8]。

鐵路是國民經濟的大動脈，各類結構物的設計應達到工程免維修、少維護、運行周期長、安全可靠的目標，保證鐵路的安全暢通。加強沿海臺風區鐵路的勘察設計工作，根據工程具體情況，因地制宜，合理選擇工程類型和工程措施是避免沿海鐵路水害的關鍵因素。水是產生各類鐵路水害的主要原因，對排水工程應進行系統設計，在滿足功能需求的基礎上，應適當留有余地[9]。