周欽

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司南昌鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，南昌330002）

1 引言

路基邊坡加固是鐵路、公路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，高度大于30m的高邊坡防護(hù)更是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、設(shè)計(jì)理念的推陳出新，在鐵路、公路路基設(shè)計(jì)中出現(xiàn)高邊坡的情況越來(lái)越少。但在一些地方性項(xiàng)目或鐵路專用線項(xiàng)目中，受工程項(xiàng)目整體布局、項(xiàng)目所在地區(qū)的規(guī)劃、項(xiàng)目用地指標(biāo)及項(xiàng)目周邊重要建筑物等的制約，仍不可避免地會(huì)出現(xiàn)高邊坡。

高邊坡加固方案的選擇需結(jié)合工程所在地的地質(zhì)條件、工程條件、破壞后果及工程費(fèi)用等因素，綜合考慮后確定。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某鐵路專用線屬油庫(kù)配套工程，為成品油自國(guó)鐵干線運(yùn)輸進(jìn)入油庫(kù)的通道。鐵路專用線接軌于國(guó)鐵干線車站，油庫(kù)區(qū)內(nèi)設(shè)2條盡頭式卸油線。油庫(kù)庫(kù)址臨近山體，庫(kù)區(qū)整體布局中，卸油線DK1+228～DK1+296段橫切山體，出現(xiàn)高邊坡。

2.2 地質(zhì)概況

項(xiàng)目所在區(qū)域地貌為剝蝕丘陵，自然坡度一般15°～30°。地層情況自上往下分別為：①1素填土，褐灰、棕紅色，厚0～11.0m；②3粉質(zhì)黏土，棕紅、磚紅色，軟～硬塑，含角礫，厚0～13.1m；④灰?guī)r，灰、灰黑色，弱風(fēng)化，厚度大于20m。地下水對(duì)混凝土具酸性侵蝕，侵蝕等級(jí)為H1。

表1 土層計(jì)算參數(shù)

3 穩(wěn)定分析理論

黏性土邊坡和較大規(guī)模破碎結(jié)構(gòu)邊坡一般按圓弧形破壞的假定計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。黏性土坡穩(wěn)定分析有多種方法，目前，工程上最常用的是條分法。其中，瑞典條分法是應(yīng)用較為廣泛方法之一。瑞典條分法的主要原理為：假定土坡沿著圓弧面滑動(dòng)，并認(rèn)為土條間的作用力對(duì)土坡的整體穩(wěn)定性影響不大，可以忽略（由此而引起的誤差一般為10%～15%）。當(dāng)土坡沿圓弧滑動(dòng)時(shí)，可視為圓弧內(nèi)的土體繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)。土坡安全系數(shù)為：

式中，F(xiàn)S為土坡穩(wěn)定安全系數(shù)；MT為滑動(dòng)力矩，由滑動(dòng)土體的自重在滑動(dòng)方向上的分力產(chǎn)生；MR為抗滑力矩，由滑動(dòng)面上的摩擦力和黏聚力產(chǎn)生。

瑞典條分法具有較普遍的意義，它不僅可以分析簡(jiǎn)單土坡，還可以用來(lái)分析非簡(jiǎn)單土坡，例如，土質(zhì)不均勻的、坡上或坡頂作用有荷載的土坡等。本項(xiàng)目邊坡為厚層黏土邊坡，采用瑞典條分法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析[1～4]。

4 方案研究

卸油線DK1+228～DK1+296段右側(cè)山體的地面高程116.80～117.40m，路肩標(biāo)高 81.92m，路肩與山頂高差 34～36m，因此，該段路塹邊坡屬高邊坡。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及地質(zhì)情況，經(jīng)綜合分析，對(duì)右側(cè)邊坡擬采用2種方案進(jìn)行防護(hù)，即重力式擋墻+護(hù)坡方案、樁板墻+護(hù)坡方案，以下簡(jiǎn)稱擋墻方案和樁板墻方案。

根據(jù)TB 10001—2016《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》路塹邊坡高度大于20m需對(duì)塹坡進(jìn)行穩(wěn)定性檢算；因塹坡較高，最小穩(wěn)定安全系數(shù)按規(guī)范中高值選取，取1.25。

4.1 擋墻方案

該方案下部順接前后斷面設(shè)6m高重力式擋墻，擋墻以上采用放坡方案，分4級(jí)放坡，每級(jí)最高8m，邊坡坡率自下向上1∶1～1∶1.75，放坡后最大塹坡高度 34.5m。

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合路塹邊坡的放坡情況，對(duì)塹坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行檢算。檢算結(jié)果顯示：未出現(xiàn)自坡腳或墻頂剪出的大滑面，邊坡整體穩(wěn)定性滿足要求；僅下部一、二級(jí)邊坡出現(xiàn)安全系數(shù)1

該方案在施工過(guò)程中，需人工開(kāi)挖邊坡。邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，新產(chǎn)生的滑坡剪出口位置一般與人工開(kāi)挖基面相對(duì)應(yīng)，在基面上下一定位置剪出。為進(jìn)一步驗(yàn)證邊坡穩(wěn)定，需分別以每級(jí)平臺(tái)上下一定范圍作剪出口，塹坡頂部前后位置作為滑坡入口，通過(guò)試算確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及其安全系數(shù)，以驗(yàn)算邊坡的整體穩(wěn)定性。試算所得到的危險(xiǎn)滑動(dòng)面位置如圖2所示，其中，塹頂至第四級(jí)邊坡坡腳未檢算出最危險(xiǎn)滑面。

安全系數(shù)檢算結(jié)果如表2所示。由表2可知，所有滑面安全系數(shù)均大于1.25，該方案滿足塹坡整體穩(wěn)定性的要求。

圖1 擋墻方案滑面檢算圖

圖2 擋墻方案危險(xiǎn)滑動(dòng)面圖

表2 各危險(xiǎn)滑面安全系數(shù)檢算結(jié)果表

4.2 樁板墻方案

該方案下部設(shè)樁板墻，樁板墻以上采用放坡方案。經(jīng)對(duì)樁板墻高度、墻頂以上塹坡高度、樁身受力情況等綜合比較，確定樁板墻懸臂段高12m較為經(jīng)濟(jì)。墻頂以上分二級(jí)邊坡，每級(jí)最高8m，坡率1∶1，最大塹坡高度24.8m。

根據(jù)TB 10025—2006《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，樁后荷載應(yīng)按滑坡推力和土壓力最不利情況作為計(jì)算荷載；墻后荷載采用土壓力時(shí)，附加1.1～1.2安全系數(shù)；經(jīng)計(jì)算，水平主動(dòng)土壓力577.69kN。墻后為黏性土，滑坡推力分布按矩形考慮，樁板墻樁間距采用5.0m，樁長(zhǎng)采用24m，經(jīng)檢算得樁截面尺寸2.5m×2.25m。該工點(diǎn)地下水對(duì)混凝土具酸性侵蝕，侵蝕等級(jí)為H1，根據(jù)TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，樁身混凝土采用C35。

根據(jù)規(guī)范要求，樁板墻加固后邊坡整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定需進(jìn)行檢算。經(jīng)檢算，塹坡開(kāi)挖后最危險(xiǎn)滑面滑動(dòng)安全系數(shù)0.931，滑動(dòng)半徑為35.381m，滑面在安全系數(shù)取1.25時(shí)剩余下滑力為419.11kN，水平推力373.16kN?；瑒?dòng)面位置為圖3所示滑面A。

如圖3所示，滑坡面A剪出口位置距離位于路基面以上2.94m。為檢算滑坡面的安全性，對(duì)剪出口位于路基面附近滑面進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)檢算，最危險(xiǎn)滑面滑動(dòng)安全系數(shù)1.175，滑動(dòng)半徑為24.293m，滑面在安全系數(shù)取1.25時(shí)剩余下滑力為211.02kN，水平推力211kN?；嫖恢脼槿鐖D3所示滑面B。

滑面A與滑面B均不滿足穩(wěn)定安全系數(shù)要求，但在滿足

1.25安全系數(shù)情況下滑面A、滑面B剩余下滑力均小于由主動(dòng)土壓力計(jì)算滑坡推力。故主動(dòng)土壓力計(jì)算樁板墻受力可滿足穩(wěn)定要求。

圖3 樁板墻方案滑面位置圖

同重力式擋墻方案一樣，樁板墻以上人工邊坡會(huì)出現(xiàn)安全系數(shù)小于1.25，最大滑動(dòng)厚度3.0m的淺層溜坍（溜坍面見(jiàn)圖4），塹坡以上自然山坡安全系數(shù)較大。因此，人工開(kāi)挖邊坡采用框架錨桿加固。

圖4 樁板墻方案溜坍面位置圖

5 方案比選

5.1 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

綜上所述，擋墻方案與樁板墻方案均可滿足工點(diǎn)路塹高邊坡穩(wěn)定性要求。2方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如表3所示。

由表3可見(jiàn)，擋墻方案較樁板墻方案征地多2000m2，開(kāi)挖土方多約10 000m3，圬工量少約1000m3，工程投資少157萬(wàn)元。

表3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表

5.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

擋墻方案投資較樁板墻方案工程投資少，但邊坡開(kāi)挖面較大，將形成大于30m的高邊坡。對(duì)既有地形地貌改變較大，塹坡上部坡率部分已大于山坡自然坡率，惡化了山坡既有狀態(tài)，高邊坡后期養(yǎng)護(hù)成本大。樁板墻方案下部抗滑樁施工難度較大，但可靠性高，邊坡開(kāi)挖面小，塹坡高度小于30m，對(duì)既有山坡影響較小。雖投資大，但后期養(yǎng)護(hù)成本低。

5.3 方案確定

該高邊坡工程位于油庫(kù)內(nèi)，屬危險(xiǎn)品儲(chǔ)藏地段，防護(hù)措施失效產(chǎn)生的后果嚴(yán)重，因此，需采用可靠性高的方案較為妥當(dāng)。另外，結(jié)合該鐵路專用線的具體情況，宜采用減小挖方的方案。綜上所述，該高邊坡工點(diǎn)采用樁板墻方案防護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

路基邊坡，尤其是高度大于30m的高邊坡，是人類改造地形地貌形成的人工設(shè)施，其穩(wěn)定性取決于被改造坡體的地質(zhì)條件和改造程度。一般情況下，在自然坡面狀態(tài)較好的情況下，應(yīng)盡量減少工程對(duì)既有邊坡平衡狀態(tài)的破壞。

選取高邊坡防護(hù)方案，宜結(jié)合工程整體情況，盡量選取對(duì)既有邊坡擾動(dòng)小、穩(wěn)定性好、可靠性高的方案，以減少后期養(yǎng)護(hù)，同時(shí)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。