朔黃鐵路高路塹護坡溜塌病害及加固措施研究

王 利 軍

(朔黃鐵路發展有限責任公司，山西 原平 034100)

朔黃鐵路西起山西省神池縣神池南站，東至河北省滄州市渤海新區黃驊港站，為國家Ⅰ級、雙線、電氣化重載鐵路[1]，沿線主要經過剝蝕低中山地貌單元，溝谷深切。區域地質構造復雜，斷裂構造多樣。另外季節溫差、晝夜溫差大，在季節性強降水和自然風化作用下，沿線護坡溜塌等病害頻發，尤其上部為濕陷性黃土，下部為基巖的巖土二元體邊坡尤為嚴重，嚴重影響了朔黃鐵路安全運營。

本文通過對朔黃鐵路下行K32+620～K32+666高路塹護坡的調查，結合本區段邊坡病害共性分析影響邊坡病害發展的因素，提出了針對本區段內邊坡的工程加固措施。這對巖土二元類高路塹邊坡的治理有一定的借鑒意義。

1 工程概況

1.1 既有護坡概況

朔黃鐵路K32+570～K32+761段下行側為深路塹邊坡，塹坡2級～3級，設置漿砌片石護墻及重力式抗滑擋墻防護。依據竣工資料，K32+631.2～K32+641.2段在施工期間出現滑坡，因此在K32+610～K32+655段一級平臺設置抗滑擋墻，其余地段設漿砌片石護墻。

病害概況：K32+630～K32+640段右側坡面發生溜塌病害，導致二級邊坡的抗滑擋墻上部漿砌片石護墻溜塌，沖毀二級平臺被動防護網并跌落至一級塹坡頂，如圖1所示。

1.2 地形地貌

本區屬呂梁山脈中山區，山勢陡峭，鐵路工程位于山體斜坡下方，病害處為斜坡凹槽區。

1.3 氣象特征

擬建場地屬半干旱大陸性氣候，四季分明，季風氣候顯著。最低月平均氣溫為1月-7.7 ℃，最高月平均氣溫為7月23.3 ℃，年平均氣溫9.0 ℃，年均降水量約500 mm。場地巖土最大季節性凍結深度1.3 m。

1.4 地層巖性

③泥巖夾砂巖(P2)：下伏于塊石土，局部出露于地表，棕紅色，泥質膠結，基巖強風化，屬Ⅳ級軟石。

1.5 地質構造及地震動參數

1)地質構造。

工程影響范圍內巖層呈單斜構造，產狀穩定，未見明顯斷裂構造形跡。

2)地震動參數。

根據國家地震局GB 18306—2015中國地震動參數區劃圖，地震動峰值加速度為0.20g(相當于抗震設防烈度8度)，地震動反應譜特征周期為0.40 s。

1.6 水文地質條件

地下水主要為基巖裂隙水，賦存于基巖節理裂隙中，受大氣降水及側向補給，側向排泄，水量及水位變化較大。地下水對混凝土結構無化學侵蝕性，碳化環境作用等級為T2。

1.7 不良地質及特殊巖土

1)不良地質。本段不良地質主要為淺表層溜塌。K32+631.2～K32+641.2段在施工期間出現滑坡，后設置抗滑擋墻，擋墻后為稍密的砂質黃土及塊石土，地表為斜坡凹槽，在強降雨條件下K32+630～K32+640段擋墻上部砂質黃土及塊石土失穩發生溜塌越頂，推倒擋墻頂部漿砌片石護坡堆積于一級平臺，溜塌總體積約10 m3。

2)特殊巖土。特殊巖土為第四系上更新統坡洪積砂質黃土，具有Ⅲ級自重濕陷性。

2 病害特征及成因機理分析

2.1 病害特征

K32+630～K32+640段擋墻上部砂質黃土及塊石土失穩發生溜塌越頂，并推倒擋墻頂部漿砌片石護坡堆積于一級平臺，溜塌總體積約10 m3。

2.2 病害成因機理分析

引發本處災害的因素眾多，經調查分析主要有以下幾個方面：

1)外部因素。

a.水的因素：本地區多年平均降水量約500 mm，降水主要集中在6月～9月的雨季，該溜塌病害的發生時間與雨期亦較為吻合；表層砂質黃土、塊石土、基巖風化層易于蓄積并保持水分；地表水的下滲增加了土體自重、增大了土體主動土壓力，同時地下水沿斜坡的滲流既使土體受到長期向下的滲透力也降低了土體抗剪強度，以上因素均為溜塌發生的有利條件，也極大提高了支擋防護工程所承受的水平推力；另外地下水的作用也降低了巖石強度、加速了巖石的風化從而降低了土層與巖石接觸面的摩擦系數，最終促使災害的發生。

b.工程因素：鐵路工程的修建，導致坡體應力重分布，破壞了原始山坡本就脆弱的平衡狀態，極易發生斜坡變形破壞，基巖順層地段更為強烈，同時列車行駛引起的震動也為邊坡穩定帶來長期的不利影響。工程因素也是引起災害發生不可忽略的重要因素。

2)內部因素。

a.地形因素：災害地段自然坡度平均約為45°，局部達到50°～60°，陡峭的邊坡為溜坍、滑坡等斜坡變形類地質災害的發生提供了有利的地形條件。

b.地層因素：本段地層上覆的砂質黃土、塊石土，具有土質較均勻、結構疏松、孔隙發育的特性，且利于地表水下滲，下伏泥巖夾砂巖，此為典型的土石二元結構，且該分界面為大角度傾斜狀，在二元結構的接觸面相對隔水，形成軟弱滲水帶及儲水帶，加之泥巖夾砂巖受構造影響節理裂隙發育、風化嚴重，風化破碎后的泥巖變成了良好的“潤滑劑”，加之水的作用，形成了二元體間潛在的滑帶，是災害形成的主要因素。

c.地質構造因素：本區域地質構造復雜多變，地質構造促使了巖體節理裂隙的發生發展，加劇了巖石的風化，降低了土石分界面處的摩擦力，成為災害發生的因素之一。

3 邊坡穩定性評價

通過對邊坡病害的分析，以主滑動面為代表性斷面采用傳遞系數法對坡體在不同工況下的穩定性進行計算，計算參數及結果如表1，表2所示。

表1 滑帶土物理力學參數

表2 各工況穩定系數計算表

根據上述計算結果及文獻[2]中表12“滑坡穩定狀態劃分”：坡體在自重工況下處于欠穩定狀態，在暴雨及地震工況下處于不穩定狀態。因此，該處護坡在自重、暴雨及地震工況下均需進行加固整治。

4 應急搶險措施

K32+630～K32+640段右側坡面發生溜塌病害后，漿砌片石及部分土體沖毀二級平臺被動防護網并跌落至一級塹坡頂。為防止災害進一步加劇危害鐵路運營安全，現場搶險在溜塌位置鋪設防水苫布，防止雨水進入坡體使坡體失穩破壞；在一級平臺處設置被動防護網，坡腳處設置防護排架，防止拆除未溜塌部位護墻時土石方沖至線路(見圖2)。

5 加固方案

綜合病害特征及成因機理分析，朔黃鐵路下行K32+620～K32+666高路塹護坡溜塌病害主要由于連續的強降雨導致土體飽和失穩。因此，研究該護坡溜塌病害治理對策，應從治理坡體整體穩定及疏通地表、地下水為重點進行著手分析。

5.1 下滑力計算

根據表1中巖土物理力學參數及地震力的作用，采用傳遞系數法對該邊坡下滑力進行計算，計算簡圖如圖3所示，剩余下滑力曲線如圖4所示。

經計算，一級邊坡平臺處剩余下滑力為594.61 kN。

5.2 加固措施

根據病害情況及剩余下滑力計算，針對該溜塌病害特點，采用“樁板式擋土墻+護墻+截、排水+監測”的綜合加固措施。

1)壓腳固腰措施。對該邊坡在一級平臺處設置一排樁板式擋土墻進行固腳，在二級平臺以上進行刷坡，新挖出三級邊坡及平臺，平臺均進行封閉并設置截水溝，邊坡坡率采用1∶1，坡面采用混凝土護墻加固，代表性斷面見圖5。

2)排水措施。治坡先治水，消除了水對邊坡的影響對本次邊坡病害的治理有很大的意義。在本次治理措施中為防止后續由于水的因素對邊坡造成影響，采用素混凝土澆筑塹頂平臺及排水溝，在新建護墻平臺上增設截水溝。并在每級護墻下部設一排深層排水孔排出坡體內積水，確保地表水能順坡體表面排走。

3)監測措施。為監測邊坡位移及檢測治理效果，在坡體上布置臨時監測點及永久監測點。

6 結語

朔黃鐵路下行K32+620～K32+666段高路塹護坡的整治是對處于動荷載作用下巖土二元類邊坡病害的綜合治理。通過對該邊坡病害的成因機理的分析及結合當地的區域環境因素提出了針對這一類邊坡的治理措施可以得出以下幾點結論：

1)復雜的地質條件加之汛期連續的強降雨導致該護坡發生溜塌病害。

2)采用“樁板式擋土墻+護墻+截、排水+監測”的綜合加固措施，效果良好。