朔黃鐵路高路塹護坡病害綜合整治設計研究

劉俊俊

(中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司 西安市 710054)

0 引言

朔黃鐵路西起山西省神池南站，東至河北省黃驊港前站，是我國西煤東運第二大通道，在全國路網中占有重要地位。其中，在神池南至肅寧北段，橫跨5個地市，16個縣市，線路穿越山區，地質條件復雜，山谷深切，橋隧相連，塹坡眾多。線路通車16年來，多處塹坡表面出現勾縫脫落、雜草叢生、貫通裂縫、鼓脹變形等病害，甚至局部坍塌，對線路的運營造成極大安全隱患[1]。

該高路塹護坡位于線路上行側，為四級塹坡，里程范圍為K42+515～K42+900，長385m，高約37m，一級平臺寬約6m，二級、三級平臺寬約2m，既有邊坡采用漿砌片石防護，平臺封閉措施為漿砌片石加水泥砂漿抹面。塹坡外側為黃土梁峁，交通困難。

護坡所在地位于呂梁山脈中山區，山勢崎嶇，工程所在地為山前丘陵，屬黃土梁峁，地形起伏較大，自然坡度30°～40°，地表多為荒地。屬半干旱大陸性氣候，四季分明，季風氣候顯著。冬季寒冷、較長，夏季悶熱，春秋較短。1月平均氣溫-7.7 ℃，7月平均氣溫 23.3 ℃，年平均氣溫9.0℃，年均降水量約500mm。最大季節性凍結深度1.3m。據國家地震局《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2001)(1/400萬)，地震動峰值加速度為0.15g(地震基本烈度為Ⅶ度)，地震動反應譜特征周期為0.40s。

1 地層巖性及水文地質特征

<2>泥巖夾砂巖(TMs+Ss)：下伏于砂質黃土，局部出露于地表，局部可見薄層礫巖，棕紅色、灰綠色，層狀構造，泥巖為泥質結構，砂巖為粉砂質結構，泥質膠結，成巖作用差，強風化，Ⅳ級軟石。

本段地下水主要為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于基巖面以上一定深度的砂質黃土層及護坡內表層砂質黃土層中，土層呈潮濕-飽和狀態，地下水以地表降水入滲及沿基巖面的側向滲流補給為主，匯集于護坡內側土石分界面附近巖土體中，沿護坡與邊坡間隙有部分下滲排泄。基巖裂隙水主要賦存于泥巖及砂巖裂隙及砂巖風化層中，受上層滯水及側向徑流補給，沿裂隙或層理側向排泄，本次在路肩開挖探井涌水量達1.18m3/h。

2 不良地質及特殊巖土

2.1 不良地質

工程影響范圍內的不良地質作用主要為滑坡。線路K42+700～K42+735段左側一級平臺上方發育有小型滑坡，滑坡周界形似圈椅，滑坡后緣可見貫通裂縫，裂縫寬度1～2cm，部分達5～10cm；滑坡前緣寬約35m，軸線長約38m，滑體最大厚度約9m，成分主要為人工填土，以松散-稍密狀態的砂質黃土及泥巖、砂巖碎屑為主，性狀極不均勻，方量約2600m3，滑面為原始地表斜坡坡面。該滑坡上方為一小型沖溝，易于匯水，地表匯水極易沿松散的填土層下滲匯集并在填土層與下部相對密實的原始地層間形成軟弱帶，最終導致填土層滑體失穩，形成滑坡，目前該滑坡體處于蠕動微變形狀態，在暴雨等條件誘發下極易發生整體滑塌。

2.2 特殊巖土

工程影響范圍內特殊巖土為濕陷性黃土、膨脹巖。本段砂質黃土為Ⅲ級(嚴重)自重濕陷性黃土，濕陷土層厚度12～15m，濕陷系數0.015～0.078，自重濕陷量14.9～37.2cm，總濕陷量35.3～68.1cm；本區三疊系泥巖為膨脹巖，具有遇水易崩解、軟化、失水收縮等特性，對邊坡穩定造成嚴重影響。

3 護坡病害特征及原因分析

3.1 病害特征

一級護坡K42+530～K42+560、K42+700～K42+880段出現多處鼓脹及開裂，K42+650～K42+700段平臺下側出現多條水平裂縫，縫寬5～10mm；二級護坡K42+650～K42+660段距離二級坡腳高5～6m處有裂縫，縫寬5～10mm，K42+650～K42+700段有多處鼓脹及開裂，K42+700～K42+760段距離二級坡腳高約3m處發育有水平裂縫，縫寬約10mm，K42+820～K42+850段距離二級坡腳6m高度處出現鼓脹裂縫，裂縫寬度10mm；三級護坡K42+560～K42+580段護坡漿砌片石出現多處破損，K42+580～K42+700段出現多處鼓脹及砂漿勾縫脫落；一級至三級平臺均存在大量縱向龜裂且伴隨局部下沉及縱向貫通裂縫；K42+700～K42+730段塹坡左側為自然沖溝，沖溝兩側發育有多處黃土陷穴，本段二級平臺及其后洼地發育有弧形貫通的裂縫，切斷3處排水溝，裂縫寬度1～2cm，部分達5～10cm；排水溝及吊溝底部部分地段可見空洞；部分臺階下側發育空洞。

3.2 病害原因分析

3.2.1內部因素

(1)地層因素：本段邊坡地層主要為砂質黃土、泥巖夾砂巖，砂質黃土具III級(嚴重)自重濕陷性，且其粉粒含量大、垂直節理發育等特性有利于地表水下滲，加劇了砂質黃土層的濕陷變形；本區三疊系泥巖為膨脹巖，且基巖頂面呈傾斜狀態，加之其遇水軟化的特性使其與砂質黃土的接觸面極易成為軟弱面，對邊坡穩定造成嚴重影響。

(2)水的因素：本區年均降水量約500mm，護坡工程的修建改變了原始自然坡體的地表及地下水徑流，雨季時地表水多沿護坡破損處及黃土垂直節理滲入土體，在平臺坡腳及土石分界面等易于積水部位形成上層滯水，春季積雪緩慢融化亦為地下水帶來了大量補給，水的作用誘發了濕陷性黃土及膨脹巖對邊坡穩定的破壞。

(3)氣溫因素：本區最大季節性凍結深度為1.3m，飽和砂質黃土及遇水軟化的泥巖均為凍脹-強凍脹土，邊坡巖土體的凍脹亦成為護坡破損的原因之一。

3.2.2外部因素

(1)施工因素：部分既有工程施工質量存在一定問題，不利于邊坡穩定。

(2)震動因素：朔黃鐵路為重載鐵路，列車行駛造成的震動易導致黃土震陷并對邊坡穩定帶來長期的不利影響。

4 邊坡穩定性及推力計算

4.1 計算參數

根據現場勘察、指標反算以及工程類比，本治理設計采取表1的物理力學參數。

表1 滑坡滑帶土物理力學指標

4.2 穩定性及推力計算

采用傳遞系數法[2]計算，邊坡穩定性及推力結果見表2所示。

表2 邊坡穩定性及推力計算

由表2的計算結果及文獻[3]可以看出，對于整個塹坡而言，該路塹護坡在自重狀態下處于欠穩定狀態，在暴雨和地震作用下處于不穩定狀態；對于塹坡局部而言，該路塹護坡在自重狀態、暴雨和地震作用下均處于不穩定狀態；對于3級坡而言，該路塹護坡在自重狀態下處于欠穩定狀態，在暴雨和地震作用下處于不穩定狀態；對于2級坡而言，該路塹護坡在自重狀態、暴雨和地震作用下均處于基本穩定狀態。因而，在暴雨和地震工況下，須對該塹坡進行加固。

5 主要工程措施

綜合上述分析，結合病害預測情況，主要采取以下工程措施進行該塹坡的病害整治，典型斷面圖如圖1所示。

圖1 典型斷面圖

(1)固腳強腰[4]

在K42+540～K42+870左側邊坡一級平臺設置一排抗滑樁[5]；二級邊坡K42+580～K42+700、K42+735～K42+840，三級邊坡K42+600～K42+700、K42+735～K42+820段設置錨索框架梁，采用4.0m×4.0m正方形網格布置，截面尺寸0.5m×0.5m。二級邊坡每孔錨索全長20m，錨固段長10m；三級邊坡K42+600～K42+700段底部一排、K42+735～K42+820段底部兩排錨索全長25m，錨固段長10m；三級邊坡其余錨索全長30m，錨固段長10m。

(2)塹頂及邊坡平臺封閉

邊坡平臺、天溝和塹頂之間平臺均采用0.3m厚三七灰土中間夾兩布一膜+0.2m厚C25素混凝土進行封閉；塹頂陷穴采用三七灰土夯填處理。

(3)截排水

在每一級邊坡坡腳處設置C25素混凝土截水溝；拆除既有天溝，在K42+717里程處新設C25混凝土天溝，為0.4m×0.6m梯形溝，厚0.3m；在一級、二級、三級邊坡底部均設置一排深層排水孔。

(4)布置監測點

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26個，其中地表監測點5個，地面監測點21個。布置永久監測點24個，其中地表監測點14個，深層監測點4個，樁頂監測點6個。

6 結束語

在朔黃鐵路該塹坡的綜合整治過程中，采用多種地質手段查明了坡體內部的地質情況，利用傳遞系數法對該坡體進行了穩定性檢算，最終確定以抗滑樁+錨索框架梁+平臺封閉+塹頂封閉為主的綜合加固方案，并布設臨時觀測點和永久觀測點進行監測，結果表明：施工結束以來，護坡變形基本穩定，治理效果良好。