湯 涌, 蔣楚生
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)
含軟土層的路塹邊坡加固設(shè)計(jì)實(shí)例
湯 涌, 蔣楚生
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)
軟土地段路塹工程,保證開(kāi)挖后邊坡穩(wěn)定是首要問(wèn)題。文章選取廣通至大理擴(kuò)能改建鐵路一含有軟土夾層的路塹邊坡為實(shí)例,提出了相應(yīng)加固方案。該加固方案的思路可為同類型的工程提供參考。
軟土路塹; 加固設(shè)計(jì); 穩(wěn)定性分析
西部山區(qū)鐵路地質(zhì)情況復(fù)雜,許多不良地質(zhì)無(wú)法避免,特別是在平原和淺丘地帶,會(huì)遇到分布各異的軟土層[1-2]。軟土是指在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積,具有含水率大(w≥wL);孔隙比大e0> 1 ;壓縮性高(a0.1~0.2≥0.5 MPa-1);強(qiáng)度低(Ps<0.8 MPa)等特點(diǎn)的黏性土。在軟土地基上,路基宜為路堤形式通過(guò)[3],而在實(shí)際工程中,受地形地貌、既有工程等條件的影響,不可避免會(huì)遇到含有軟土層的路塹,對(duì)于路基邊坡穩(wěn)定極為不利,因此工程措施的合理可靠,是保證路塹邊坡穩(wěn)定和線路安全的重要因素。
本文通過(guò)選取廣通至大理擴(kuò)能改建鐵路一含軟土夾層的路塹邊坡為例,提出相應(yīng)的加固設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算,為類似的邊坡工程的建設(shè)提供一定的參考。
1.1 地形地貌
本路塹所(選)處區(qū)段屬高原山間盆地地貌,線路行進(jìn)于盆地槽谷邊緣地帶,地勢(shì)左高右低。右側(cè)盆地槽谷區(qū)平坦,左側(cè)地形起伏較大,地面高程2 000~2 075 m,相對(duì)高差75 m,地面橫坡20°~45°。
1.2 工程地質(zhì)
<12-1>泥巖夾砂巖、泥灰?guī)r(K1p):紫紅色、磚紅色,局部黃灰色、灰色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),節(jié)理較發(fā)育,巖質(zhì)軟,易風(fēng)化,浸水后易軟化崩解。
根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告,有關(guān)地層物理力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)取值見(jiàn)表1。
表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)
1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震動(dòng)參數(shù)
本次所選區(qū)段地震動(dòng)峰值加速度為0.20g,對(duì)應(yīng)原地震基本烈度為Ⅷ度,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s。
選取測(cè)區(qū)內(nèi)一含軟土夾層的路塹邊坡工點(diǎn),該段上覆粉質(zhì)粘土,下伏軟塑~流塑狀淤泥質(zhì)土,基巖為泥巖夾砂巖、泥灰?guī)r。線路以挖方形式通過(guò),中心挖深13.26 m,開(kāi)挖后左右側(cè)邊坡都需進(jìn)行加固處理,以保證邊坡穩(wěn)定。
2.1 采用水泥攪拌樁加固
采用水泥攪拌樁加固如圖1所示。
圖1 水泥攪拌樁加固示意
水泥攪拌樁加固至塹頂外5 m,樁長(zhǎng)要求打入軟土下臥硬塑狀黏土層中1 m,水泥攪拌樁樁徑0.5 m,樁間距1.2 m,圖1中虛線部分采用空鉆不噴漿。在左側(cè)坡腳處設(shè)置4 m高的擋墻,路塹邊坡坡面采用人字骨架和支撐滲溝相結(jié)合防護(hù)。
路塹邊坡主要受邊坡穩(wěn)定性控制。本文應(yīng)用Slide軟件對(duì)加固后邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行檢算。Slide是一款評(píng)價(jià)巖質(zhì)或土質(zhì)邊坡安全系數(shù)或者失效概率的二維極限平衡程序,程序計(jì)算方法基于豎直條分法極限平衡分析(例如,Bishop,Janbu,Ordinary等)。
由《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(TB 10106-2010),復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按照式(1)、式(2)計(jì)算確定:
Cc=(1-m)Cs
(1)
tanφc=(1-m)tanφs+mtanφp
(2)
式中:Cc、φc為復(fù)合地基土黏聚力和內(nèi)摩擦角;Cs、φs為樁間土黏聚力和內(nèi)摩擦角;φp為樁間土黏聚力和內(nèi)摩擦角;m為復(fù)合地基置換率;
計(jì)算得軟土層Cc=6.74kPa,φc=9.89°,水平地震修正系數(shù)η=0.25。采用此參數(shù)對(duì)開(kāi)挖后路塹的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。圖2和圖3所示為Bishop法計(jì)算得到的最危險(xiǎn)滑動(dòng)圓弧位置及其對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)考慮地震工況下,采用各計(jì)算方法得到的最小安全系數(shù)如表2所示。
圖2 bishop法計(jì)算的左側(cè)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及穩(wěn)定系數(shù)
圖3 bishop法計(jì)算的右側(cè)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面及穩(wěn)定系數(shù)
表2 各計(jì)算方法得到的最小安全系數(shù)
線路左側(cè)邊坡挖方較高,地形緩慢爬坡,軟土上覆蓋粘土層較厚,采用水泥攪拌樁加固后邊坡穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范要求[4],需采用更可靠的支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù);線路右側(cè)地勢(shì)緩平,挖方邊坡高度低,邊坡坡率較緩,采用水泥攪拌樁加固后邊坡穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求。
2.2 線路左側(cè)樁板結(jié)構(gòu)加固
線路左側(cè)采用樁板結(jié)構(gòu)加固如圖4所示。
圖4 樁板結(jié)構(gòu)加固示意
最不利滑面檢算如圖5所示。按最不利滑面,考慮地震工況下安全系數(shù)1.15,計(jì)算得出口滑坡推力為F=768 kN·m[5],樁后庫(kù)倫土壓力為Ea=337kN·m,乘以附加安全系數(shù)1.2后得:Ea′ = 404.4kN·m。因此采用滑坡推力作為錨固樁計(jì)算荷載。算得錨固樁截面尺寸為2m×3m,樁長(zhǎng)25m,樁間距(中-中)6m,樁身采用C35鋼筋混凝土灌注[6]。樁間采用外掛式擋土板,擋土板高度為1.0m,板厚0.3~0.4m,擋土板采用C35鋼筋混凝土預(yù)制。樁頂邊坡按1:1.5坡率開(kāi)挖,坡面采用人字型骨架防護(hù)。
為保證樁孔開(kāi)挖時(shí)孔壁穩(wěn)定,在路塹塹頂?shù)藉^固樁樁前2m的范圍預(yù)先施工水泥攪拌樁加固,樁徑D=0.5 m,樁間距1.2 m,在錨固樁周圍水泥攪拌樁加密施工,在樁周形成一圈帷幕(圖6)。
圖5 最不利滑面及穩(wěn)定系數(shù)
圖6 樁周水泥攪拌樁布置示意
對(duì)于含有軟弱夾層的路塹邊坡施工,必須按照嚴(yán)格的工序施工。
(1)先施工天溝,做好地面截排水工程,嚴(yán)禁邊坡被水浸泡,軟化邊坡。
(2)預(yù)先采用水泥攪拌樁加固邊坡。
(3)待水泥攪拌樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后,自上而下分級(jí)開(kāi)挖路塹邊坡,并及時(shí)完成坡面防護(hù)。
(4)有錨固樁的地方必須先施工錨固樁。錨固樁施工時(shí)應(yīng)隔樁挖孔,及時(shí)設(shè)置鋼筋混凝土鎖口及護(hù)壁。
(5)待錨固樁施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后,再分段開(kāi)挖樁前土體,并及時(shí)安裝擋土板。
現(xiàn)場(chǎng)地基加固、邊坡開(kāi)挖、邊坡支護(hù)等工程已按設(shè)計(jì)方案施工完成,邊坡外表美觀大方,穩(wěn)定性良好。
西部山區(qū)鐵路地質(zhì)情況復(fù)雜,鐵路修建中會(huì)遇到許多不良地質(zhì)。對(duì)于有軟土分布地區(qū),有時(shí)受條件所限,必須以路塹形式通過(guò),此時(shí)合理的工程措施是保證整個(gè)工程安全可靠的關(guān)鍵。
本文通過(guò)選取含有軟弱土層的路塹工點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)例得出,軟土路塹主要是受邊坡穩(wěn)定性控制。在地勢(shì)平緩,開(kāi)挖深度較淺,有條件放緩邊坡的地段,坡面可以采用水泥攪拌樁預(yù)先加固,不僅可以提高邊坡穩(wěn)定性,還可以改善路塹邊坡開(kāi)挖作業(yè)面條件。同時(shí)水泥攪拌樁還具有施工方便、快捷而經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。而對(duì)于邊坡較高上覆蓋層又較厚的地段,邊坡穩(wěn)定性低,水泥攪拌樁的抗剪性又較差,僅采用水泥攪拌樁加固滿足不了規(guī)范要求。
含軟土的路塹地段采用樁板結(jié)構(gòu)安全有效地加固了路塹邊坡,同時(shí)還減少了土石方和用地。擋土板不受地基承載力影響,采用預(yù)制裝配施工方便快捷。在類似的邊坡加固中可以優(yōu)先考慮。
軟土層中開(kāi)挖樁孔需在樁周加密復(fù)合地基形成一圈帷幕保證樁孔開(kāi)挖安全,邊坡開(kāi)挖及錨固樁的施工還必須嚴(yán)格遵循施工工序。
[1] 李中桅. 軟土路塹邊坡加固措施的探討[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào),2008(6):28-31.
[2] 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.
[3] TB 10035-2006 鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[4] GB 50111-2006 鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[5] TB 10025-2006 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[6] TB 10005-2010 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
湯涌(1983~),男,碩士研究生,工程師,從事路基工程設(shè)計(jì)工作。
U416.1+3
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[定稿日期]2016-06-10