劉府生

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

某鐵路斜坡軟弱土層路塹的設(shè)計(jì)對(duì)策

劉府生

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

山區(qū)或丘陵區(qū)斜坡路塹地段的軟弱土層由于受上覆土層覆蓋的影響，具有隱蔽性，勘察過程中容易遺漏;若工程措施或施工處理不當(dāng)，容易引起邊坡變形、溜坍等工程事故。詳細(xì)介紹軟弱土路塹邊坡和基床范圍采用抗滑樁和粉噴樁綜合處理設(shè)計(jì)的典型工程案例，經(jīng)運(yùn)營多年檢驗(yàn)，效果良好。

鐵路路塹;軟弱土層;設(shè)計(jì)

既有京滬線的最長隧道——棲霞山隧道、長750 m，行經(jīng)兩山之間的埡口地區(qū)，由于受到多條斷層和地下水的影響，隧道內(nèi)常年滴水，雨季因排水不暢經(jīng)常造成基床積水，隧底受兩側(cè)山體側(cè)壓力的影響而每年緩慢上抬隆起，隧道凈空逐步減小;同時(shí)，既有線運(yùn)輸繁忙，維修養(yǎng)護(hù)困難，嚴(yán)重影響了既有線的運(yùn)輸安全。為徹底消除運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患，位于京滬線寧滬段棲霞山站與南京東編組站之間的K282+600～K285+550段在距離既有線左側(cè)0～180 m范圍，于2004年進(jìn)行了改線施工，以繞避既有棲霞山隧道［1］。棲霞山隧道改線工程為I級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為120 km/h，路基基床厚度 2.5 m［2］。

在改線起點(diǎn)DK282+810～DK283+005段路塹，勘測時(shí)遺漏了路基面附近一層由于上覆相對(duì)硬層覆蓋、第四系沖洪積松散堆積物長期處于浸潤或飽水狀態(tài)而軟化、平面范圍和厚度變化均較大的斜坡軟弱土層［3-4］;在樁前土體施工開挖過程中，因軟弱土層土質(zhì)較為松軟，發(fā)生過多次小規(guī)模的邊坡溜坍并導(dǎo)致塹頂路面變形、開裂。

1 工程概況

DK282+600～DK283+005段斜坡軟弱土層路塹位于棲霞山隧道改線工程起點(diǎn)至改建棲霞山隧道進(jìn)口之間(圖1)，既有線左側(cè)塹頂外4～20 m為既有公路，既有公路外側(cè)緊臨遠(yuǎn)鴻玻璃廠;本次改線為避免改線施工對(duì)既有公路運(yùn)輸?shù)挠绊?，將塹頂?shù)拈L245 m的公路進(jìn)行了改移。既有線路塹邊坡邊坡坡率為1∶1.5～1∶2.5，邊坡未見明顯病害;既有線路基基床翻漿冒泥、基床隆起等病害較為嚴(yán)重。

圖1 DK282+600～DK283+005段改線工程平面示意

1.1 地形地貌

路塹工點(diǎn)位于南京棲霞山山前緩坡與谷地漸變地帶，地形起伏不大，自然坡度為1.5°～5°，植被發(fā)育，部分辟為廠房、住宅和耕地。地面海拔高度為30.0～37.0 m，相對(duì)高差0～7 m;既有線路肩高程為22.0～23.0 m。

1.2 地層巖性及其物理力學(xué)指標(biāo)

工點(diǎn)內(nèi)地層較為簡單，主要為第四系的松散堆積層，自上而下分別為:

(1)第四系坡洪積粉質(zhì)黏土，褐灰色～褐黃色，軟～硬塑，厚2～5 m;物理力學(xué)指標(biāo)為r=20 kN/m3、W=24.6% ～26.7%、e=0.67～0.79、IL=0.45 ～0.54，快剪指標(biāo) Cu=27 ～38 kPa、φu=16.8°～17.8°。

(2)第四系沖洪積粉質(zhì)黏土，灰色、灰褐色，軟塑，厚0～10 m;物理力學(xué)指標(biāo)為r=19.5 kN/m3、W=26%～31.2%，e=0.73～0.85、IL=0.7～0.86，水平地基系數(shù) m=2.0 MPa/m2，快剪指標(biāo) Cu=22 ～28 kPa、φu=13.3°～16.8°;為軟弱土層，主要分布在 DK282+810～DK283+005段，分布范圍和厚度均不均勻，呈窩狀分布，頂面高程為24.3～25.5 m，底面高程為15.5～21.0 m，分布厚度一般為3～5.0 m，部分地段為5～10.0 m。

(3)第四系坡洪積粉質(zhì)黏土，黃褐色，硬塑，厚＞4.0 m;物理力學(xué)指標(biāo)為r=20.5 kN/m3、水平地基系數(shù)m=5.0 MPa/m2［5-6］。

1.3 氣象、水文條件

區(qū)內(nèi)屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫暖濕潤，四季交替明顯，雨水充沛，年平均降雨量1 000～1 200 mm，其中6、7、8月中的降雨量占全年的60%，年最大降雨量1 600 mm，最小年降雨量376 mm，全年無霜期230 d左右。多年平均氣溫14℃ ～16℃，最高氣溫44.5℃，最低氣溫-22.8℃，歷年最大凍結(jié)深度20 cm。

工點(diǎn)穩(wěn)定水位埋深約為2.3～3.0 m，穩(wěn)定水位高程為28.5～30.0 m。場地地下水主要為第四系孔隙潛水，地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，排泄方式以大氣蒸發(fā)和片狀滲出為主，局部低洼處集中排泄，水位隨季節(jié)變化明顯，地下水對(duì)混凝土無侵蝕性［1］。

2 設(shè)計(jì)對(duì)策

2.1 設(shè)置抗滑支擋工程和加強(qiáng)臨時(shí)防護(hù)

(1)在路塹軟弱土層分布范圍DK282+772.5～DK283+005段左側(cè)采用長14～21.0 m(懸臂長6.0～8.0 m，錨固端8.0～13.0 m，計(jì)算最大樁頂位移3.9 cm)的抗滑樁板墻進(jìn)行預(yù)加固，樁中心距為5.0 m，樁身截面尺寸為寬2.5 m×厚2.0 m，樁身及擋板采用C20鋼筋混凝土?？够瑯对O(shè)厚0.3 m的C15鋼筋混凝土護(hù)壁，采用人工開挖成孔，隨挖隨護(hù)［7-8］。加固形式代表性設(shè)計(jì)斷面見圖2。

圖2 軟弱土層路塹加固形式代表性設(shè)計(jì)斷面(單位:m)

(2)為避免因樁前松軟土層抗力不足，導(dǎo)致抗滑樁在樁前土體開挖施工后發(fā)生較大位移，在抗滑樁施工前，先在DK282+875～+975段的抗滑樁正面外緣自側(cè)溝平臺(tái)以下設(shè)3排密貼粉噴樁(路肩以上部分空轉(zhuǎn))，形成粉噴樁墻(加固后水平地基系數(shù)m取4.0 MPa/m2，)以提高樁前土體強(qiáng)度和水平抗力，縮短錨固段樁長和減小樁頂位移，樁底須穿過松軟土層進(jìn)入硬底不少于0.5 m，樁長3.0～5.0 m，見圖3。

圖3 路基面粉噴樁加固平面布置(單位:m)

(3)由于抗滑樁的樁間土主要為軟弱土層，具有一定的坍滑性，樁間土開挖過程中容易出現(xiàn)邊坡下沉、外擠、開裂甚至邊坡坍滑的可能，開挖樁前土體前，由樁頂施工平臺(tái)在樁間范圍施設(shè)3排樁間距1.0 m、樁長8.0～10.0 m、樁徑0.5 m、梅花形布置的粉噴樁帷幕，以保證樁間土開挖邊坡的穩(wěn)定和防止樁后土體排水疏干引發(fā)塹坡下沉開裂［9］。板后粉噴樁帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用挖掘機(jī)自小里程向大里程分兩段施工開挖推進(jìn)，第一段開挖樁前土體至路基面后先砌筑側(cè)溝和側(cè)溝平臺(tái)，然后再吊裝擋板，樁后反濾層隨擋板同步進(jìn)行回填;前一段施工完成后再開挖施工下一段。樁間土臨時(shí)防護(hù)粉噴樁帷幕的加固形式詳見圖4。

圖4 左側(cè)軟弱土層路塹抗滑樁板間加固平面(單位:m)

(4)DK282+720～+772.5左側(cè)及DK282+910～DK283+005右側(cè)采用C15片石混凝土擋土墻加固，墻高2.0～6.0 m。

2.2 放緩邊坡、設(shè)大平臺(tái)和加強(qiáng)邊坡防護(hù)

參照既有邊坡坡率和結(jié)合樁頂土層的化驗(yàn)結(jié)果，分段開挖樁頂以上邊坡，坡率采用1∶2.5，樁頂或墻頂設(shè)3.0 m寬平臺(tái)，邊坡坡面采用M5漿砌片石拱型截水骨架內(nèi)鋪預(yù)制塊空心磚客土植草防護(hù)?？⒐ず蟮能浫跬翆勇穳q邊坡見圖5。

圖5 竣工后的軟弱土層路塹邊坡

2.3 對(duì)基床底層強(qiáng)度不足地段進(jìn)行加固處理

(1)對(duì)基床底層強(qiáng)度不足的DK282+875～+975段，自基床表層0.6 m以下設(shè)粉噴樁加固，樁間距為0.8 m、梅花形布置、樁徑0.5 m，樁底穿過松軟土層進(jìn)入硬底不少于0.5 m，樁長2.0～4.0 m。

(2)DK282+860～+875段基床表層以下厚度小于1.5 m的松軟土層采用挖除換填改良土處理［10-12］。

3 效果與體會(huì)

(1)分布范圍和厚度變化均較大的軟弱土層因上覆土層的覆蓋而具有隱蔽性，勘察時(shí)容易遺漏;本工點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)勘進(jìn)一步查明地層分布及其物理力學(xué)指標(biāo)，重新調(diào)整設(shè)計(jì)方案和加固措施，避免了因邊坡溜坍變形而危及塹頂廠房、道路的安全，確保了路塹邊坡的安全和穩(wěn)定。

(2)軟弱土層路塹施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，抗滑樁板墻的樁間設(shè)置嵌入路基面以下一定深度的粉噴樁帷幕預(yù)加固措施是確保邊坡施工安全和穩(wěn)定的關(guān)鍵措施。

(3)樁前路基面以下設(shè)置的3排密貼粉噴樁有效提高了樁前土體的抗力，避免了因樁前松軟土層抗力不足而導(dǎo)致抗滑樁的較大位移或傾斜，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，樁頂位移為1.8～2.6 cm。

(3)京滬線棲霞山隧道改線工程自2005年建成通車以來，經(jīng)過近7年的檢驗(yàn)，目前本段路塹邊坡安全、穩(wěn)定、可靠，未發(fā)生過邊坡變形開裂或基床路基病害。

［1］ 鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.改建鐵路京滬線棲霞山隧道改線工程施工設(shè)計(jì)文件［Z］.武漢:鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院，2004.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TB10001—99 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［3］ 中華人民共和國鐵道部.TB10038—2001 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［4］ 卿三惠，黃潤秋.坡麓相斜坡軟土特性及其地質(zhì)災(zāi)害防治研究［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2005(6):113-118.

［5］ 魏永幸.內(nèi)昆鐵路李子溝斜坡軟土特性及路基工程對(duì)策［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2000(2):104-106.

［6］ 中華人民共和國鐵道部.TB10025—2001 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［7］ 劉忠華.粉噴樁加固后軟土的路塹邊坡坍塌與處理［J］.鐵道建筑，2005(6):60-61.

［8］ 毛斌.內(nèi)昆鐵路斜坡軟土段地質(zhì)成因分析及工程實(shí)踐［J］.鐵道建筑，2005(10):26-28.

［9］ 鐘岱輝，王新平.抗滑樁加固斜坡軟土穩(wěn)定事故原因分析及處理措施［J］.四川建筑科學(xué)研究，2005(1):75-78.

［10］張煥成.斜坡軟土地段路塹工程設(shè)計(jì)與施工［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004(10):53-55.

［11］李中桅.軟土路塹加固措施的探討［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(6):28-31.

［12］宋長甫.用鉆孔灌注樁和CFG樁綜合處理軟土路塹施工［J］.鐵道建筑，2008(2):173-175.

Design Strategy of a Railway Cutting with Soft Soil Stratum on a Slope

LIU Fu-sheng
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)

Influenced by the cover of overlaying soil strata，the soft soil stratum of the railway cutting with a slope in mountain or hilly area is often in disguise，and is more likely to be missed during survey and design.If this soft soil stratum were not treated with adequate countermeasures，side slop deformation，collapse and other engineering accidents would be easy to occur in there.The paper introduces in detail how to treat the side slop and subgrade bed of soft soil railway cutting by using anti-slide piles or by powder jet mixing pile comprehensively，in combination with the typical project cases which have been verified by years of operation practice with good effects.

railway cutting;soft soil stratum;design

U213.1+2

A

1004-2954(2013)09-0026-03

2012-10-12;

2013-03-10

劉府生(1969—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，注冊(cè)巖土工程師，E-mail:zcylfs123@163.com。