輕型支擋工程在某浸水軟化填方邊坡搶險工程中的應用

畢紅艷

(山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000)

1 問題的提出

邊坡浸水是造成邊坡破壞的重要原因之一。在山西，黃土填方邊坡由于黃土以粉土為主水穩定性較差，加之，在填方區形成的邊坡，往往破壞原有排水通道，當排水設施不完善，出現浸泡路堤時，往往造成填方土力學軟化，穩定性降低，出現滑動破壞，造成道路運營困難，采取合理的結構方式，可以達到快速搶險、遏制病害發展的目的[1]。文章結合鐵路黃土填方邊坡浸水破壞實例，討論了其變形特征和穩定性，同時對該類邊坡采用輕型支擋進行搶險進行了探討。

2 典型工程分析

2.1 工程概況

山西省某鐵路K318+500-K318+600段路基下沉、邊坡坍塌工程位于太原市陽曲縣境內。鐵路巡查人員在巡查過程中發現該段路基邊坡出現坍塌，隔離網隨滑塌體滑至坡腳，排水溝損壞，失去排水能力，路基出現下沉。

該段線路由填方形成，走向約220°，路堤高約5-6m，坡度1∶0.65，路堤坡腳處地勢低洼，無排水通道，現存多處由于積水無法排泄形成的較大規模水塘，水塘內常年積水，蘆葦等水草密布。

該病害是填方路基由于排水不暢造成的坍塌下沉。由于該邊坡為土質坡，下部水塘浸泡坡腳，出現坍塌，路基邊坡失去支撐，出現路基下沉。由于邊坡病害還在進一步發展中，很可能牽引路基產生更大的滑塌沉降變形，影響鐵路交通。

2.2 地層結構分析

根據收集的區域地質資料、鄰近已建工程勘察資料和現場踏勘的結論，該邊坡區地層結構比較簡單，主要為第四系松散層土。邊坡涉及地層主要由人工填土、第四系沖洪積淤泥質圖和粉土構成。各巖土層分述如下：

1)填土：雜色，稍濕-飽和，稍密-中密，土質不均，以粉土和碎石為主，粒徑不均勻。主要位于鐵路路基填方區。

2)淤泥質土：該部分土位于坡腳的及池塘內，灰褐色，軟塑-流塑狀，土質不均，含大量有機質，發臭，為常見靜水環境淤積而成。

3)粉土：粉土為該區最常見地層，分布于邊坡下部及池塘對面，黃褐色，中密-密實，土質交均勻，干強度中，韌性中。

2.3 自然地理與地形地貌

陽曲縣，史稱“三晉首邑，屬于山西省太原市，地處忻州與晉中盆地之脊梁地帶。扼晉要沖，太原門戶。東，西，北三面環山，南部低平。東臨盂縣，西連靜樂縣，古交市，南抵太原市，北接忻州市，東北與定襄縣交界，東南入壽陽縣毗連。境北系山系橫亙東西，云中山系縱貫南北，因為并北屏障，號稱太原之北大門。

工程位于陽曲縣東鄭村，本區地處黃土覆蓋丘陵區，地形起伏較小。線路北側緊鄰東政村，南側為溝谷，常年積水，水草豐茂。

2.4 氣象水文

邊坡所在的陽曲位于北半球中緯度暖溫帶，屬大陸性氣候。境內屬溫暖帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均氣溫平川8℃-9℃，山區5℃-7℃，年平均降雨量為441.2mm，無霜期為164d左右。年平均降雨量441.2mm。

勘探期間鉆孔可見土層的上層滯水。上層滯水位于填方路基內，因為邊坡排水不暢造成的邊坡內聚水。

經調查，認為該區的上層滯水主要有2個來源：①路基北側居民生活用水；②大氣降水。

2.5 地質構造與地震

工程位于第四系松散層內，工程涉及范圍未見基巖根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306-2015)，勘察區地震動峰值加速度值為0.2g，地震動反應譜特征周期為0.35s，抗震設防烈度為8度。

2.6 變形特征分析

圖2 路基坍塌形成缺口及路基防護網外傾

圖3 路基路肩張拉裂縫及坡面鼓脹變形

如圖1-3所示，總體而言，該邊坡坡頂出現下沉變形，路肩出現張拉裂縫，部分段落路肩出現局部坍塌，造成路邊防護網、排水溝等設施出現下沉、傾倒等變形，坡面出現鼓脹變形，形成眾多裂縫。

圖1 邊坡整體邊形圖

1)邊坡頂鐵路軌道處出現明顯下沉裂縫，造成行車困難，需進行搶修。

2)路肩出現局部破壞，造成滑塌。依附于其上的排水排水溝出現不均勻沉降破壞甚至隨邊坡出現滑塌，防護網出現傾倒、滑塌等變形。最終形成約70m的缺口。

3)邊坡坡面出現鼓脹裂縫，滑塌松散。

4)邊坡前緣有滲水現象，前緣坡面出現滲流沖積變形。

綜上變形分析，結合勘察的地層、水文情況，判定該邊坡出現典型的類土質邊坡的圓弧滑動變形，該變形具有牽引性質。破壞首先出現在坡腳，坡腳由于降雨、下部池塘浸泡等原因，力學參數下降，首先破壞，牽引路肩破壞產生張拉裂縫，并最終牽引后補鐵道處變形，表現為路基下沉。

2.7 邊坡穩定性分析評價

綜合野外調查和室內分析的軟弱面來計算，滑面大體呈弧型，其穩定性計算可近似采用折線滑動面計算方法--傳遞系數法來計算;傳遞系數法只滿足條塊間力的平衡而不滿足力矩平衡，可利用 GEO-SLOPE 軟件的student 版中 Morgenstern-Price 法、Corps of Engineers-1 法、Corps of Engi-neers-2法和Sarma-vertical slices 來進行驗證計算[2]。

2.8 計算參數及工況

綜合分析邊坡的工程特性,選定天然工況、暴雨工況和地震工況進行驗算。

邊坡的天然重度為18.5 kN/m3。根據勘察所得力學參數，采用不同的計算方法，計算結果如下：

表1 主滑面計算指標及穩定性系數表

3 工程處治方案選擇

該邊坡變形后，嚴重影響鐵路運營安全。但鐵路不能停止運營，需采取針對性措施，在不中斷交通、不降低邊坡穩定性情況下，進行搶險治理。

3.1 抗滑樁方案

抗滑樁作為邊滑坡治理的重型武器，以抗滑力大、布置靈活等因素，得到人們的歡迎。但是也存在自己的不足，抗滑樁工程量大、開挖危險性大、工程造價高，施工速度相對較慢，不利于快速搶險。[4]對于該邊坡，由于邊坡本身方量較小，下滑力較小，采用抗滑樁存在“大材小用”之嫌，且邊坡含水量較大，人工挖孔困難。抗滑樁開挖，往往對邊坡擾動，造成邊坡進一步變形，影響鐵路運用。

3.2 抗滑擋墻方案

在我國治理滑坡工程早期，普遍采用抗滑擋墻結合卸載、排水的方案。對于本邊坡，由于擋墻施工需要開挖坡腳，該邊坡屬于牽引式滑坡，開挖坡腳，往往造成邊坡進一步變形，從而加劇鐵軌的變形，影響運營，且該方案施工速度慢，不能快速搶險。

3.3 微型樁方案

微型樁是近年來發展起來的一種輕型支擋結構。運用微型樁，可以不改變現有的穩定狀態情況下，快速施工。微型樁布置靈活，可以在路肩、路腳和坡面等位置布設。考慮本邊坡規模不大，下滑力量較小等因素，可以采用輕型支擋結構進行搶險處理。治理過程中，對邊坡擾動小，不會惡化邊坡，造成工程事故。

綜上所述，采用微型樁+排水的措施進行該邊坡的治理，具體工程布置如圖4所示。

圖4 邊坡工程治理剖面圖

4 結論與建議

黃土填方邊坡由于填土的工程性質，決定其水穩定性較差。填方區缺少完善的排水系統，造成路堤浸泡，往往造成路堤邊滑坡問題。該類邊坡破壞模式往往具有牽引性質，不及時處治，往往造成規模的持續擴大。該類邊坡破壞面往往受控于同質邊坡的同生面或者下部巖土性質不同的地層層面。

在該類邊坡的搶險處治措施中，首要重視的就是降水對工程的影響，完善防排水工程。其次，運營道路邊坡的搶險，需考慮快速施工和不降低現有邊坡的穩定性，傳統的抗滑樁或者抗滑擋墻往往施工速度慢，施工對邊坡擾動大，不利于搶險工程的順利實施。微型樁、錨索框架和鋼錨管等輕型支擋結構往往可以取得好的治理效果。