鐵路滑坡加固治理初探范文

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《高速鐵路技術(shù)雜志》2016年第6期

摘要:

在西部大開發(fā)的進程中，鐵路、公路工程建設(shè)飛速發(fā)展，而在建設(shè)中，不可預見的不良地質(zhì)地段影響工程建設(shè)的推進，同時也可能危及既有構(gòu)筑物的安全。新建廣大鐵路建設(shè)工程滑坡對既有高速公路造成了重大安全影響，經(jīng)及時采取微型樁組合抗滑結(jié)構(gòu)+回填土反壓應急措施和預應力錨索+抗滑樁永久加固措施對滑坡進行治理，將滑坡造成的危害及影響降低到最小。微型樁組合抗滑結(jié)構(gòu)應急措施和預應力錨索+抗滑樁永久加固措施在實際的滑坡治理工程中進行了成功的運用，既保證了既有高速公路的運營安全，也保證了新建工程的永久穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞:

微型樁;應急;滑坡治理;錨索

廣通至大理鐵路為國家I級電氣化雙線新建鐵路，速度目標值為200km/h。D2K92+364～D2K92+500段位于路塹斜坡地帶，路基中心最大挖深約18m，設(shè)計于線路右側(cè)路塹坡腳設(shè)置4～6m高重力式擋土墻，墻頂邊坡采用錨桿框架梁防護和骨架護坡防護。鐵路路塹右側(cè)上方有楚大高速公路通過，鐵路、公路平面距離約103m，高差約40m。該段路基屬侵蝕、剝蝕低中山河谷地貌，線路行進于羊地沖河兩側(cè)斜坡地帶，地形起伏較大，地面高程2095～2240m，相對高差30～150m，自然橫坡5°～30°，河谷區(qū)相對平緩。線路右側(cè)毗鄰楚大高速公路。本段地質(zhì)為白堊系下統(tǒng)普昌河組(K1p)薄至中厚層狀泥巖夾砂巖，表層3.0～5.0m厚全風化層，其下主要為強風化帶(W3)及弱風化帶(W2)基巖。

1滑坡特征及成因分析

1．1滑坡發(fā)生發(fā)展

2013年11月1日14時30分，施工單位現(xiàn)場管理人員在例行巡視D2K92+364～D2K92+500段路基邊坡時發(fā)現(xiàn)，自D2K92+364塹坡頂向大里程方向夾角約60°有一條向外剪出10cm的裂縫至第二塹坡平臺底部，該裂縫長33m，裂縫寬5～15cm;往上巡視發(fā)現(xiàn)山體滑坡，由Ⅰ級、Ⅱ級滑坡體組成，Ⅰ級滑坡后部緩坡平臺發(fā)育4條張拉裂縫，Ⅱ級滑坡在高速公路上發(fā)育4條裂縫，公路下方往鐵路大理方向發(fā)育2條裂縫。2013年11月1日晚20時30分開始對滑坡進行觀測，針對裂縫分布情況，埋設(shè)了3組共17個觀測點，每間隔1h觀測1次。滑坡后緣裂縫觀測樁累計水平位移34mm、下沉15mm;高速公路路面觀測樁累計水平位移23mm、下沉8mm，路面出現(xiàn)長約18m的縱向裂紋，裂紋寬度0.5～1.5cm，擋水緣外側(cè)(護欄外側(cè))出現(xiàn)一條長約30m，寬約4～6cm的裂縫，對其滑坡前緣采取反壓回填土應急方案，隨著前緣填土實施，到11月2日0時滑坡位移逐漸減小，前緣回填土反壓繼續(xù)實施，11月2日0時到11月5日晚20時，觀測數(shù)據(jù)基本無變化，滑坡基本趨于穩(wěn)定。

1．2滑坡特征

D2K92+364～D2K92+500段右側(cè)路塹滑坡位于線路右側(cè)17～135m，滑坡平面上呈樹葉形，主軸長約145m，最寬為68m，滑坡體厚5～13m，最厚達16.7m，體積約7.4×104m3，為一中型巖質(zhì)滑坡。該滑坡由Ⅰ、Ⅱ兩個塊體組成，地貌特征及其周界裂縫明顯、清晰。滑體主要由強風化的砂巖、泥巖組成，局部為泥化或全風化的薄層泥巖、砂巖組成。鉆探揭示滑動面以上為強風化、局部弱風化薄層至中厚層紫紅、棕黃色、灰綠色泥巖、砂巖，滑動帶為泥化成土的薄層泥巖(厚度僅3mm)，如圖1所示。其中Ⅰ級滑坡主軸長約96m，寬約68m，滑坡后部緩坡平臺發(fā)育四條拉張裂縫，裂縫與線路夾角約60°，裂縫最長16m，最短4m，裂縫寬度1～3mm，間距最寬13m。Ⅱ級滑坡主軸長約47.5m，寬約45m，滑坡體在高速公路上發(fā)育4條裂縫，長度大約分別2m、8m、10m、18m，間距1～4m，寬度1～2mm，可見深度最深5mm;公路下方鐵路往大理方向發(fā)育2條裂縫，長度分別為16m、28m，可見最大寬度10cm，最大深度20cm。Ⅱ級滑坡前緣廣通端發(fā)育3條裂縫，長度分別為3m、6m、7m，可見最大寬度3mm，最大深度6mm，其剪出口位于強風化層中，滑面光滑，滑坡主軸與鐵路和公路斜交，交角約60°，其在鐵路右側(cè)塹坡處與剪出面相交，并可見第一級與第二級塹坡間平臺長約10m坍塌。

1．3滑坡成因分析

1．3．1地質(zhì)原因分析

(1)該段地貌屬于斜坡地帶，坡面沖溝發(fā)育;地表基巖出露較好，為白堊系下統(tǒng)普昌河組(K1p)泥巖夾砂巖，薄至中厚層狀，多屬軟質(zhì)巖，局部極軟巖，極易風化碎裂、遇水易軟化。

(2)該段位于普棚向斜核部及北東翼，巖體受構(gòu)造影響嚴重，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、破碎，完整性差。

(3)深路塹施工開挖，右側(cè)邊坡前緣形成大的臨空面，產(chǎn)生卸荷，在重力及近期雨水影響下，山坡上局部巖體沿隱伏軟弱結(jié)構(gòu)面蠕滑剪出，向上牽引發(fā)生地表開裂、變形。

1．3．2施工原因分析

施工方在D2K92+364～D2K92+500段路塹兩級邊坡一次放坡開挖，開挖至設(shè)計路基面以上1.6m位置，將該段擋土墻一次開挖到位，不符合相關(guān)施工規(guī)范的要求。

2滑坡治理分析

2．1滑坡穩(wěn)定性分析

該滑坡形成時處于蠕滑變形階段，前緣剪出位移較小。D2K92+364～D2K92+500段右側(cè)路塹自2013年11月1日發(fā)生滑坡后，其前緣采用反壓回填的臨時應急措施，及布網(wǎng)觀測，結(jié)果為各觀測點數(shù)據(jù)自2013年11月2日0時至2013年11月5日晚20時基本無變化，說明此段滑坡已暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)地勘資料，取γ=19.9～23kN/m3(泥巖夾砂巖)，根據(jù)目前滑坡狀態(tài)及地質(zhì)綜合指標分析得C=3kPa，=14°。考慮地震荷載取相關(guān)安全系數(shù)，計算剪出口處下滑力:E=2100kN/m。

2．2加固措施的檢算分析

(1)回填反壓已經(jīng)保證滑坡暫時基本穩(wěn)定的前提下，在高速公路路堤坡腳處設(shè)置微型樁抗滑組合結(jié)構(gòu)，相當于一個擋土結(jié)構(gòu)和一個巖壁的土釘系統(tǒng)，用樁包圍滑面以上的土并“釘”住滑面增大抗剪阻力，如圖2所示，組合結(jié)構(gòu)受力方向上的前后排微型樁采取傾斜模式，傾斜角度θ=15°，計算分析模型簡化成如圖3的形式，將作用于樁上的荷載沿樁軸線方向和樁垂線方向進行分解，分解之后樁受力狀態(tài)為橫向力和軸向力共同作用，根據(jù)橫向約束的彈性地基梁理論進行計算，按m+k法檢算微型樁臨時承擔下滑力為E臨=350kN/m。

(2)采取預應力錨索+抗滑樁永久加固，主要考慮第2排、第3排抗滑樁承擔下滑力E1=1300kN/m，預應力錨索承擔下滑力E2=600kN/m，微型樁承擔永久下滑力E3=200kN/m。

3工程措施

3．1應急搶險加固措施

(1)對D2K92+360～D2K92+480段已經(jīng)開挖邊坡坡腳進行回填土反壓，回填土必須壓實;同時組織專人對后緣裂縫、沖溝內(nèi)裂縫進行夯填，防止雨水進入裂縫后加速變形滑動。反壓回填工程實施后滑坡體趨于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)為保證高速公路上行線的運營安全，在高速公路靠鐵路側(cè)坡腳處設(shè)置微型樁組合結(jié)構(gòu)應急加固工程，微型樁加固里程范圍為D2K92+336～D2K92+401，長65m。單根微型樁由3根32的HRB400鋼筋構(gòu)成束筋，微型樁孔徑為150mm，微型樁樁長(垂直高度)為20m，每9根樁組成一個組合結(jié)構(gòu)，上部由頂板聯(lián)接。組合結(jié)構(gòu)間距(中－中)均為3.5m，共19個微型樁單元。微型樁組合結(jié)構(gòu)大樣如圖3所示，微型樁自11月6日開始施工，于11月25日完成，期間高速公路路面的變形觀測數(shù)據(jù)無變化，表明微型樁組合結(jié)構(gòu)針對高速公路的應急加固取得良好效果。如圖1、圖3所示。

(3)微型樁組合結(jié)構(gòu)施工。微型樁孔位按設(shè)計進行放線，錨孔采用風動潛孔鉆機干鉆，潛孔鉆機可以選用MD－50、MD－80或類似性能機械，微型樁鉆孔施工可全面鋪開，不需跳槽施工，微型樁構(gòu)件下入鉆孔后及時注漿，間隔時間不超過24h，注漿時的漿液采用標號不低于M35的高性能抗侵蝕性水泥漿，注漿壓力不得低于0.2MPa。施工單位根據(jù)工期情況以及鉆孔數(shù)量合理安排施工設(shè)備與人員，每個微型樁組合單元每1～2d即可完成施工。本應急工程施工單位采用2臺鉆機，僅15d就完成了19個微型樁組合結(jié)構(gòu)的全部施工，施工效率極高。

3．2永久加固措施

在保證高速公路路面安全和滑坡基本處于穩(wěn)定的前提下，實施永久加固工程，如圖2，圖3所示。(1)D2K92+360～D2K92+480段右側(cè)長120m，坡腳設(shè)置樁間擋土墻，距線路左中線14.3m處設(shè)1號～16號抗滑樁，共16根，樁截面(1.5×1.75)m～(1.5×2)m，樁間設(shè)置重力式擋土墻。(2)D2K92+348～D2K92+457段，在距線路左中線30.4m、48.6m、87m處設(shè)置17號～39號抗滑樁，共23根。樁截面(1.5×2.0)m～(1.75×2.75)m，樁長16.0～23.0m。(3)D2K92+370～D2K92+490段左側(cè)，長120m，坡腳墻頂以上第一級邊坡，設(shè)錨桿框架梁護坡，錨桿長度為12.0m。(4)D2K92+374～D2K92+467段右側(cè)，長93m，墻頂以上第二級邊坡，采用錨索框架梁內(nèi)噴播植草間種灌木防護。(5)D2K92+340～D2K92+400段右側(cè)，長60m，楚大高速公路旁設(shè)置微型樁下方，采用錨索框架梁加固，錨索橫向節(jié)點間距3.5m(設(shè)置在微型樁間)，豎向間距4.0m。(6)在滑坡永久加固工程實施前，應對滑坡范圍內(nèi)所有裂縫進行粘土夯填，設(shè)置雙層排水系統(tǒng)。

3．3滑坡永久監(jiān)控措施

加固工程實施完成后，建立永久監(jiān)測點網(wǎng)，對滑坡及楚大高速公路進行變形監(jiān)測、施工安全監(jiān)測、防治效果監(jiān)測。在施工期間，監(jiān)測效果作為判斷滑坡穩(wěn)定狀態(tài)、指導施工、反饋設(shè)計和防治效果檢驗的重要依據(jù)。鐵路運營后，永久監(jiān)測網(wǎng)移交鐵路養(yǎng)護部門，監(jiān)測治理效果。

3．4施工順序

滑坡體前緣的反壓回填→微型樁組合結(jié)構(gòu)施工→邊坡最上部錨索錨墊墩施工→30號～39號抗滑樁施工→17號～29號抗滑樁施工→第二級邊坡錨索框架梁施工→第一級邊坡開挖→第一級邊坡錨桿框架梁施工→1號～16號抗滑樁施工→樁前土體分段開挖→樁間擋土墻施工。

4結(jié)束語

(1)在滑坡治理中最常用加固措施的是抗滑樁和預應力錨索，但施工需要時間相對較長。在滑坡已經(jīng)危及既有構(gòu)筑物安全的情況下，兩者的運用更是有其局限性，本案例采用滑坡前緣填土反壓+微型樁抗滑組合結(jié)構(gòu)作為應急處理方案，抗滑樁+預應力錨索作為永久加固方案，方案實施后，歷經(jīng)一個雨季的考驗，高速公路以及滑坡體經(jīng)觀測未出現(xiàn)任何變形現(xiàn)象，實踐證明，該方案是十分成功的。

(2)采用微型樁抗滑組合結(jié)構(gòu)加固處理滑坡，都是采用鉆孔機械地面上施工作業(yè)，不用采取傳統(tǒng)抗滑樁的放炮開挖，施工擾動小，安全、環(huán)保，最主要是施工進度快，具有許多傳統(tǒng)施工技術(shù)沒有的優(yōu)勢，應用前景廣闊，取得了顯著的社會效益。

(3)治理滑坡的理念就在于結(jié)合地形條件和各種外在因素進行方法的綜合考慮，以達到最佳的治理效果。從實例即可看出治理方案優(yōu)化組合的重要性，在以后類似的鐵路路塹邊坡加固與應急搶險工程中，具有巨大的推廣應用價值。

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作者:賀鋼 蔣楚生 單位:中鐵二院工程集團有限責任公司