铁路滑坡加固治理初探范文

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《高速铁路技术杂志》2016年第6期

摘要:

在西部大开发的进程中，铁路、公路工程建设飞速发展，而在建设中，不可预见的不良地质地段影响工程建设的推进，同时也可能危及既有构筑物的安全。新建广大铁路建设工程滑坡对既有高速公路造成了重大安全影响，经及时采取微型桩组合抗滑结构+回填土反压应急措施和预应力锚索+抗滑桩永久加固措施对滑坡进行治理，将滑坡造成的危害及影响降低到最小。微型桩组合抗滑结构应急措施和预应力锚索+抗滑桩永久加固措施在实际的滑坡治理工程中进行了成功的运用，既保证了既有高速公路的运营安全，也保证了新建工程的永久稳定。

关键词:

微型桩;应急;滑坡治理;锚索

广通至大理铁路为国家I级电气化双线新建铁路，速度目标值为200km/h。D2K92+364～D2K92+500段位于路堑斜坡地带，路基中心最大挖深约18m，设计于线路右侧路堑坡脚设置4～6m高重力式挡土墙，墙顶边坡采用锚杆框架梁防护和骨架护坡防护。铁路路堑右侧上方有楚大高速公路通过，铁路、公路平面距离约103m，高差约40m。该段路基属侵蚀、剥蚀低中山河谷地貌，线路行进于羊地冲河两侧斜坡地带，地形起伏较大，地面高程2095～2240m，相对高差30～150m，自然横坡5°～30°，河谷区相对平缓。线路右侧毗邻楚大高速公路。本段地质为白垩系下统普昌河组(K1p)薄至中厚层状泥岩夹砂岩，表层3.0～5.0m厚全风化层，其下主要为强风化带(W3)及弱风化带(W2)基岩。

1滑坡特征及成因分析

1．1滑坡发生发展

2013年11月1日14时30分，施工单位现场管理人员在例行巡视D2K92+364～D2K92+500段路基边坡时发现，自D2K92+364堑坡顶向大里程方向夹角约60°有一条向外剪出10cm的裂缝至第二堑坡平台底部，该裂缝长33m，裂缝宽5～15cm;往上巡视发现山体滑坡，由Ⅰ级、Ⅱ级滑坡体组成，Ⅰ级滑坡后部缓坡平台发育4条张拉裂缝，Ⅱ级滑坡在高速公路上发育4条裂缝，公路下方往铁路大理方向发育2条裂缝。2013年11月1日晚20时30分开始对滑坡进行观测，针对裂缝分布情况，埋设了3组共17个观测点，每间隔1h观测1次。滑坡后缘裂缝观测桩累计水平位移34mm、下沉15mm;高速公路路面观测桩累计水平位移23mm、下沉8mm，路面出现长约18m的纵向裂纹，裂纹宽度0.5～1.5cm，挡水缘外侧(护栏外侧)出现一条长约30m，宽约4～6cm的裂缝，对其滑坡前缘采取反压回填土应急方案，随着前缘填土实施，到11月2日0时滑坡位移逐渐减小，前缘回填土反压继续实施，11月2日0时到11月5日晚20时，观测数据基本无变化，滑坡基本趋于稳定。

1．2滑坡特征

D2K92+364～D2K92+500段右侧路堑滑坡位于线路右侧17～135m，滑坡平面上呈树叶形，主轴长约145m，最宽为68m，滑坡体厚5～13m，最厚达16.7m，体积约7.4×104m3，为一中型岩质滑坡。该滑坡由Ⅰ、Ⅱ两个块体组成，地貌特征及其周界裂缝明显、清晰。滑体主要由强风化的砂岩、泥岩组成，局部为泥化或全风化的薄层泥岩、砂岩组成。钻探揭示滑动面以上为强风化、局部弱风化薄层至中厚层紫红、棕黄色、灰绿色泥岩、砂岩，滑动带为泥化成土的薄层泥岩(厚度仅3mm)，如图1所示。其中Ⅰ级滑坡主轴长约96m，宽约68m，滑坡后部缓坡平台发育四条拉张裂缝，裂缝与线路夹角约60°，裂缝最长16m，最短4m，裂缝宽度1～3mm，间距最宽13m。Ⅱ级滑坡主轴长约47.5m，宽约45m，滑坡体在高速公路上发育4条裂缝，长度大约分别2m、8m、10m、18m，间距1～4m，宽度1～2mm，可见深度最深5mm;公路下方铁路往大理方向发育2条裂缝，长度分别为16m、28m，可见最大宽度10cm，最大深度20cm。Ⅱ级滑坡前缘广通端发育3条裂缝，长度分别为3m、6m、7m，可见最大宽度3mm，最大深度6mm，其剪出口位于强风化层中，滑面光滑，滑坡主轴与铁路和公路斜交，交角约60°，其在铁路右侧堑坡处与剪出面相交，并可见第一级与第二级堑坡间平台长约10m坍塌。

1．3滑坡成因分析

1．3．1地质原因分析

(1)该段地貌属于斜坡地带，坡面冲沟发育;地表基岩出露较好，为白垩系下统普昌河组(K1p)泥岩夹砂岩，薄至中厚层状，多属软质岩，局部极软岩，极易风化碎裂、遇水易软化。

(2)该段位于普棚向斜核部及北东翼，岩体受构造影响严重，岩体节理裂隙发育、破碎，完整性差。

(3)深路堑施工开挖，右侧边坡前缘形成大的临空面，产生卸荷，在重力及近期雨水影响下，山坡上局部岩体沿隐伏软弱结构面蠕滑剪出，向上牵引发生地表开裂、变形。

1．3．2施工原因分析

施工方在D2K92+364～D2K92+500段路堑两级边坡一次放坡开挖，开挖至设计路基面以上1.6m位置，将该段挡土墙一次开挖到位，不符合相关施工规范的要求。

2滑坡治理分析

2．1滑坡稳定性分析

该滑坡形成时处于蠕滑变形阶段，前缘剪出位移较小。D2K92+364～D2K92+500段右侧路堑自2013年11月1日发生滑坡后，其前缘采用反压回填的临时应急措施，及布网观测，结果为各观测点数据自2013年11月2日0时至2013年11月5日晚20时基本无变化，说明此段滑坡已暂时处于稳定状态。根据地勘资料，取γ=19.9～23kN/m3(泥岩夹砂岩)，根据目前滑坡状态及地质综合指标分析得C=3kPa，=14°。考虑地震荷载取相关安全系数，计算剪出口处下滑力:E=2100kN/m。

2．2加固措施的检算分析

(1)回填反压已经保证滑坡暂时基本稳定的前提下，在高速公路路堤坡脚处设置微型桩抗滑组合结构，相当于一个挡土结构和一个岩壁的土钉系统，用桩包围滑面以上的土并“钉”住滑面增大抗剪阻力，如图2所示，组合结构受力方向上的前后排微型桩采取倾斜模式，倾斜角度θ=15°，计算分析模型简化成如图3的形式，将作用于桩上的荷载沿桩轴线方向和桩垂线方向进行分解，分解之后桩受力状态为横向力和轴向力共同作用，根据横向约束的弹性地基梁理论进行计算，按m+k法检算微型桩临时承担下滑力为E临=350kN/m。

(2)采取预应力锚索+抗滑桩永久加固，主要考虑第2排、第3排抗滑桩承担下滑力E1=1300kN/m，预应力锚索承担下滑力E2=600kN/m，微型桩承担永久下滑力E3=200kN/m。

3工程措施

3．1应急抢险加固措施

(1)对D2K92+360～D2K92+480段已经开挖边坡坡脚进行回填土反压，回填土必须压实;同时组织专人对后缘裂缝、冲沟内裂缝进行夯填，防止雨水进入裂缝后加速变形滑动。反压回填工程实施后滑坡体趋于基本稳定状态。

(2)为保证高速公路上行线的运营安全，在高速公路靠铁路侧坡脚处设置微型桩组合结构应急加固工程，微型桩加固里程范围为D2K92+336～D2K92+401，长65m。单根微型桩由3根32的HRB400钢筋构成束筋，微型桩孔径为150mm，微型桩桩长(垂直高度)为20m，每9根桩组成一个组合结构，上部由顶板联接。组合结构间距(中－中)均为3.5m，共19个微型桩单元。微型桩组合结构大样如图3所示，微型桩自11月6日开始施工，于11月25日完成，期间高速公路路面的变形观测数据无变化，表明微型桩组合结构针对高速公路的应急加固取得良好效果。如图1、图3所示。

(3)微型桩组合结构施工。微型桩孔位按设计进行放线，锚孔采用风动潜孔钻机干钻，潜孔钻机可以选用MD－50、MD－80或类似性能机械，微型桩钻孔施工可全面铺开，不需跳槽施工，微型桩构件下入钻孔后及时注浆，间隔时间不超过24h，注浆时的浆液采用标号不低于M35的高性能抗侵蚀性水泥浆，注浆压力不得低于0.2MPa。施工单位根据工期情况以及钻孔数量合理安排施工设备与人员，每个微型桩组合单元每1～2d即可完成施工。本应急工程施工单位采用2台钻机，仅15d就完成了19个微型桩组合结构的全部施工，施工效率极高。

3．2永久加固措施

在保证高速公路路面安全和滑坡基本处于稳定的前提下，实施永久加固工程，如图2，图3所示。(1)D2K92+360～D2K92+480段右侧长120m，坡脚设置桩间挡土墙，距线路左中线14.3m处设1号～16号抗滑桩，共16根，桩截面(1.5×1.75)m～(1.5×2)m，桩间设置重力式挡土墙。(2)D2K92+348～D2K92+457段，在距线路左中线30.4m、48.6m、87m处设置17号～39号抗滑桩，共23根。桩截面(1.5×2.0)m～(1.75×2.75)m，桩长16.0～23.0m。(3)D2K92+370～D2K92+490段左侧，长120m，坡脚墙顶以上第一级边坡，设锚杆框架梁护坡，锚杆长度为12.0m。(4)D2K92+374～D2K92+467段右侧，长93m，墙顶以上第二级边坡，采用锚索框架梁内喷播植草间种灌木防护。(5)D2K92+340～D2K92+400段右侧，长60m，楚大高速公路旁设置微型桩下方，采用锚索框架梁加固，锚索横向节点间距3.5m(设置在微型桩间)，竖向间距4.0m。(6)在滑坡永久加固工程实施前，应对滑坡范围内所有裂缝进行粘土夯填，设置双层排水系统。

3．3滑坡永久监控措施

加固工程实施完成后，建立永久监测点网，对滑坡及楚大高速公路进行变形监测、施工安全监测、防治效果监测。在施工期间，监测效果作为判断滑坡稳定状态、指导施工、反馈设计和防治效果检验的重要依据。铁路运营后，永久监测网移交铁路养护部门，监测治理效果。

3．4施工顺序

滑坡体前缘的反压回填→微型桩组合结构施工→边坡最上部锚索锚垫墩施工→30号～39号抗滑桩施工→17号～29号抗滑桩施工→第二级边坡锚索框架梁施工→第一级边坡开挖→第一级边坡锚杆框架梁施工→1号～16号抗滑桩施工→桩前土体分段开挖→桩间挡土墙施工。

4结束语

(1)在滑坡治理中最常用加固措施的是抗滑桩和预应力锚索，但施工需要时间相对较长。在滑坡已经危及既有构筑物安全的情况下，两者的运用更是有其局限性，本案例采用滑坡前缘填土反压+微型桩抗滑组合结构作为应急处理方案，抗滑桩+预应力锚索作为永久加固方案，方案实施后，历经一个雨季的考验，高速公路以及滑坡体经观测未出现任何变形现象，实践证明，该方案是十分成功的。

(2)采用微型桩抗滑组合结构加固处理滑坡，都是采用钻孔机械地面上施工作业，不用采取传统抗滑桩的放炮开挖，施工扰动小，安全、环保，最主要是施工进度快，具有许多传统施工技术没有的优势，应用前景广阔，取得了显著的社会效益。

(3)治理滑坡的理念就在于结合地形条件和各种外在因素进行方法的综合考虑，以达到最佳的治理效果。从实例即可看出治理方案优化组合的重要性，在以后类似的铁路路堑边坡加固与应急抢险工程中，具有巨大的推广应用价值。

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作者:贺钢 蒋楚生 单位:中铁二院工程集团有限责任公司