某山区高速铁路桥基高陡边坡稳定性分析及设计方案

摘要 以某山区高速铁路桥基右侧高陡边坡工程为例，根据边坡工程地质条件，通过现场调查和工程地质分析，确定边坡破坏可能发生的位置以及形式，并选择代表性断面对几种潜在破坏位置进行稳定性分析，选择安全系数最小的破坏形式，对其进行加固设计后的稳定性分析，最终选定加固方案，以期为以后铁路工程中处理类似问题提供一定的参考。

关键词 高陡边坡;稳定性分析;边坡加固

中图分类号 TU457 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0138-03

引言

近年来，由于我国铁路建设的蓬勃发展，很多铁路项目在山区修建，而在山区铁路建设中存在着大量高陡边坡。高陡边坡的稳定性分析是岩土工程中相关课题研究的主要方向，它覆盖铁路、水利水电、矿山、公路等众多工程建设领域，如何对高陡边坡的稳定性进行合理、正确的分析评价，进而采取合理的边坡防护措施，直接影响工程建设推进和人民的生命财产安全[1-4]。

1 工程概述

该桥某墩右侧边坡陡峭，边坡最大高差约112 m。桥墩右侧山体表覆第四系残积粉质黏土，坡体植被覆盖茂密，坡面植被被砍伐后，第四系松散层裸露，雨水冲刷、施工开挖易引起第四系松散层溜塌，施工过程中存在安全隐患。为保证桥基工程的安全，消除施工及运营期间的安全隐患，需对该高陡边坡采取防护加固措施。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

桥址区地处山丘陵夹丘间谷地，地势呈西北高，东南低，坡长约150 m，横向影响范围约60 m，边坡最大高差约112 m，坡度约40°，覆盖茂密植被，坡面以竹子、松树、杂草为主。

2.2 地形地貌

谷地表层为（Q4al+pl）细圆砾土，褐黄色，厚约0.0～

1.0 m，颗粒以板岩为主，圆棱状;丘坡表层为（Q4el+dl）粉质黏土、细角砾土。粉质黏土，褐黄色，硬塑，厚约0.0～

1.0 m;细角砾土，灰褐色，稍密，颗粒以板岩为主，尖棱状，厚约1.0～2.5 m。

下伏基岩为（Ptb）板岩，强～弱风化。强风化为灰褐色，节理裂隙发育，岩体破碎，呈块状，层厚约为3.0～

13.5 m;弱风化为青灰色，节理裂隙较发育，岩体较破碎。岩层产状为：10°∠75°。

2.3 地质构造

该地区属华南地震区中的铜陵-扬州地震带，基本不存在孕震构造，地震活动不频繁、也不强烈，处于低烈度区，有感地震大部分是受来自外围地区中强地震的影响，区域稳定性较好，未见明显地质构造痕迹。

3 边坡稳定性分析

3.1 计算软件及计算方法

计算软件为Slide边坡稳定性分析软件，计算方法为Morgenstern-Price法和简化Bishop法。简化Bishop法进行稳定性分析时适用于破坏滑动面为圆弧形，且对于近似圆弧形的滑动面也可以进行稳定性分析，分析时假设条块间作用力只有法向力没有切向力，得到的安全系数比瑞典条分法略高。Morgenstern-Price法假设条块间的作用力都为非零值。条块间剪切力和法向力的合力作用角度对于各条块是变化的。Morgenstern-Price法满足了所有三个平衡方程——水平和竖直方向上的作用力平衡方程以及力矩平衡方程，适用于任意形状滑动面。

3.2 破坏位置和形式

结合现场踏勘、地质勘察报告及稳定性评价报告进行研究，初步判定该处边坡破坏可能发生的位置和形式有以下3种：

（1）粉质黏土内部发生圆弧形破坏。

（2）土石分界处发生折线形破坏。

（3）强～弱风化岩层分界处的折线形破坏。

3.3 参数选择

稳定性计算参数的选取主要依据以下4个方面：相关经验、参数反算、现场试验和室内试验，计算指标原则上应以现场试验及室内试验成果为准。

相关经验是指采用工程类比法，借鉴已实施工程中类似的相关指标数值、经验数据，类比选取当前工程的计算参数;参数反算是结合当前边坡的变形状态，推测边坡的稳定状态或安全系数，通过数值反分析得到边坡稳定性计算参数;现场试验是指通过现场大型剪切试验，或者利用地质勘探孔实施孔内现场剪切试验等方法，得到边坡稳定性计算参数;室内试验是指通过地质勘探孔获取原状样或扰动样，并对其进行室内试验，得到边坡稳定性计算参数。

選定岩土体边坡稳定性计算参数的主要原则是：综合考虑经验和反算指标、室内试验，有条件时采用现场试验指标。一般情况下，室内试验获得的计算参数较小，而现场试验获得的计算参数较大;反算指标位于现场试验和室内试验获得计算参数之间，比较可靠;当试验指标与反算指标矛盾时，可将经验参数作为参考，通过分析得到计算参数。

综合上述分析，由于该边坡破坏后果严重，故选取保守的计算参数，采用室内试验指标，经地质钻探和室内试验测得的计算参数见表1。

4 稳定性计算

《铁路路基设计规范》[5]规定：一般工况下，永久边坡的最小稳定安全系数应为1.15～1.25，该边坡工程破坏后可能造成的后果很严重，故最小稳定安全系数取1.25。

4.1 粉质黏土内部圆弧形破坏

该处右侧边坡岩层上覆较厚的粉质黏土，较为松散，坡面植被破坏后，易发生近似于圆弧形滑动破坏，对边坡上部松散粉质黏土层进行稳定分析，结果如图1所示。自动搜索圆弧形滑面，采用Morgenstern-Price法得到坡体最不利安全系数为1.187，采用简化Bishop法得到坡体最不利安全系数为1.194，均小于规定值1.25。

4.2 土石分界处折线形破坏

选择6处土石界面作为潜在滑面进行稳定分析，结果如图2所示。采用Morgenstern-Price法得到坡体最不利安全系数为0.939，采用简化Bishop法得到坡体最不利安全系数为0.934，均小于规定值1.25。

4.3 强～弱风化岩层分界处折线形破坏

选择强风化板岩与弱风化板岩的岩层风化界面作为潜在滑面进行稳定分析，结果如图3所示。采用Morgenstern-Price法得到坡体最不利安全系数为1.482，采用简化Bishop法得到坡体最不利安全系数为1.481，均大于规定值1.25。

通过对边坡可能出现的三种破坏位置以及模式进行稳定性分析可知，粉质黏土层内以及土岩分界面处坡体最不利安全系数均小于规定值1.25，强～弱风化岩层分界面处安全系数大于规定值1.25;综合判定：边坡处于不稳定状态，边坡在粉质黏土层及土石分界面处易发生滑动破坏，且土石分界处发生折线形破坏的概率最大，须对边坡进行防护加固处理。

5 防护加固设计

提高路堑边坡稳定性的措施一般有：加大边坡平台宽度，放缓边坡的坡率，降低边坡高度，加强坡面护砌、

边坡锚固、增加坡脚锚固桩等加强边坡防护措施等。但一般情况下，施工简单、效果好、投资增加较少的措施是前3项，但会增加边坡高度、土石方开挖数量及用地。若地形陡峭、边坡顺层、地下水发育、工程地质条件复杂，需要结合后几项措施提高边坡稳定性，降低施工和运营中的风险，保证运输安全。

若对该项目边坡采用刷坡方案，则边坡总高度、土石方开挖数量以及用地均较大，对山体植被破坏严重，增加施工和运营中的风险，并且征用大量土地作为工程建设使用难度较大。为尽量减少征地和破坏山体植被，该次设计方案在原坡面进行防护加固，具体措施为：在桥基右侧设置锚固桩，锚固桩背后空悬部分设置50 cm厚现浇钢筋混凝土拦石墙;桩后横向距离30 m范围内，一级边坡坡率不陡于1∶1.25，边坡高度8 m，采用锚索格梁护坡防护;一级边坡以上坡面，原地面施做锚杆+十字梁（砍树）。同时在桩后30 m位置坡面上设置被动柔性防护网。防护加固设计典型横断面见图4。

对防护加固设计方案进行稳定分析，结果如图5所示。得到坡体最不利安全系数为1.278，大于1.25的规范要求值，满足要求。

通过对边坡进行防护加固，增加了边坡的整体和局部稳定性;对坡面施工锚索格梁和锚杆+十字梁防护，使浅层边坡的局部稳定性大幅提高，并且对坡脚采用锚固桩加固，稳固边坡坡脚，大大提高了边坡的稳定性，工程效果良好。

6 结论

该文的研究得出以下结论：

（1）结合工程地质条件及稳定性分析，该边坡表覆第四系残积粉质黏土，边坡在粉质黏土层及土石分界处易发生滑动破坏，且土岩分界面处发生折线形破坏的概率最大。

（2）采用Morgenstern-Price法和简化Bishop法对采取防护加固措施后的边坡进行稳定性分析，得到最不利安全系数大于1.25，满足边坡稳定性要求，证明防护加固方案技术可行。

参考文献

[1]刘楚乔， 梁开水. 岩质高边坡稳定性监测与评价方法研究综述[J]. 工业安全与环保， 2008（3）： 19-21.

[2]贾远东， 阴可， 李艳华. 岩石边坡稳定性分析方法[J]. 地下空间， 2004（2）： 250-255.

[3]孙宏伟. 铁路路堑高边坡稳定性分析和设计方案优化[J]. 铁道标准设计， 2012（1）： 26-29.

[4]孟庆文， 冷伍明， 肖武权. 山区高速铁路高陡边坡稳定性及变形分析[J]. 铁道科学与工程學报， 2012（6）： 54-59.

[5]铁路路基设计规范： TB 10001—2016[S]. 北京：中国铁道出版社， 2017.

收稿日期：2022-02-18

作者简介：王涛（1991—），男，硕士，工程师，从事岩土工程勘察及路基工程设计工作。