轻型支挡工程在某浸水软化填方边坡抢险工程中的应用

毕红艳

(山西平阳路桥有限公司，山西 临汾 041000)

1 问题的提出

边坡浸水是造成边坡破坏的重要原因之一。在山西，黄土填方边坡由于黄土以粉土为主水稳定性较差，加之，在填方区形成的边坡，往往破坏原有排水通道，当排水设施不完善，出现浸泡路堤时，往往造成填方土力学软化，稳定性降低，出现滑动破坏，造成道路运营困难，采取合理的结构方式，可以达到快速抢险、遏制病害发展的目的[1]。文章结合铁路黄土填方边坡浸水破坏实例，讨论了其变形特征和稳定性，同时对该类边坡采用轻型支挡进行抢险进行了探讨。

2 典型工程分析

2.1 工程概况

山西省某铁路K318+500-K318+600段路基下沉、边坡坍塌工程位于太原市阳曲县境内。铁路巡查人员在巡查过程中发现该段路基边坡出现坍塌，隔离网随滑塌体滑至坡脚，排水沟损坏，失去排水能力，路基出现下沉。

该段线路由填方形成，走向约220°，路堤高约5-6m，坡度1∶0.65，路堤坡脚处地势低洼，无排水通道，现存多处由于积水无法排泄形成的较大规模水塘，水塘内常年积水，芦苇等水草密布。

该病害是填方路基由于排水不畅造成的坍塌下沉。由于该边坡为土质坡，下部水塘浸泡坡脚，出现坍塌，路基边坡失去支撑，出现路基下沉。由于边坡病害还在进一步发展中，很可能牵引路基产生更大的滑塌沉降变形，影响铁路交通。

2.2 地层结构分析

根据收集的区域地质资料、邻近已建工程勘察资料和现场踏勘的结论，该边坡区地层结构比较简单，主要为第四系松散层土。边坡涉及地层主要由人工填土、第四系冲洪积淤泥质图和粉土构成。各岩土层分述如下：

1)填土：杂色，稍湿-饱和，稍密-中密，土质不均，以粉土和碎石为主，粒径不均匀。主要位于铁路路基填方区。

2)淤泥质土：该部分土位于坡脚的及池塘内，灰褐色，软塑-流塑状，土质不均，含大量有机质，发臭，为常见静水环境淤积而成。

3)粉土：粉土为该区最常见地层，分布于边坡下部及池塘对面，黄褐色，中密-密实，土质交均匀，干强度中，韧性中。

2.3 自然地理与地形地貌

阳曲县，史称“三晋首邑，属于山西省太原市，地处忻州与晋中盆地之脊梁地带。扼晋要冲，太原门户。东，西，北三面环山，南部低平。东临盂县，西连静乐县，古交市，南抵太原市，北接忻州市，东北与定襄县交界，东南入寿阳县毗连。境北系山系横亘东西，云中山系纵贯南北，因为并北屏障，号称太原之北大门。

工程位于阳曲县东郑村，本区地处黄土覆盖丘陵区，地形起伏较小。线路北侧紧邻东政村，南侧为沟谷，常年积水，水草丰茂。

2.4 气象水文

边坡所在的阳曲位于北半球中纬度暖温带，属大陆性气候。境内属温暖带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温平川8℃-9℃，山区5℃-7℃，年平均降雨量为441.2mm，无霜期为164d左右。年平均降雨量441.2mm。

勘探期间钻孔可见土层的上层滞水。上层滞水位于填方路基内，因为边坡排水不畅造成的边坡内聚水。

经调查，认为该区的上层滞水主要有2个来源：①路基北侧居民生活用水；②大气降水。

2.5 地质构造与地震

工程位于第四系松散层内，工程涉及范围未见基岩根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2015)，勘察区地震动峰值加速度值为0.2g，地震动反应谱特征周期为0.35s，抗震设防烈度为8度。

2.6 变形特征分析

图2 路基坍塌形成缺口及路基防护网外倾

图3 路基路肩张拉裂缝及坡面鼓胀变形

如图1-3所示，总体而言，该边坡坡顶出现下沉变形，路肩出现张拉裂缝，部分段落路肩出现局部坍塌，造成路边防护网、排水沟等设施出现下沉、倾倒等变形，坡面出现鼓胀变形，形成众多裂缝。

图1 边坡整体边形图

1)边坡顶铁路轨道处出现明显下沉裂缝，造成行车困难，需进行抢修。

2)路肩出现局部破坏，造成滑塌。依附于其上的排水排水沟出现不均匀沉降破坏甚至随边坡出现滑塌，防护网出现倾倒、滑塌等变形。最终形成约70m的缺口。

3)边坡坡面出现鼓胀裂缝，滑塌松散。

4)边坡前缘有渗水现象，前缘坡面出现渗流冲积变形。

综上变形分析，结合勘察的地层、水文情况，判定该边坡出现典型的类土质边坡的圆弧滑动变形，该变形具有牵引性质。破坏首先出现在坡脚，坡脚由于降雨、下部池塘浸泡等原因，力学参数下降，首先破坏，牵引路肩破坏产生张拉裂缝，并最终牵引后补铁道处变形，表现为路基下沉。

2.7 边坡稳定性分析评价

综合野外调查和室内分析的软弱面来计算，滑面大体呈弧型，其稳定性计算可近似采用折线滑动面计算方法--传递系数法来计算;传递系数法只满足条块间力的平衡而不满足力矩平衡，可利用 GEO-SLOPE 软件的student 版中 Morgenstern-Price 法、Corps of Engineers-1 法、Corps of Engi-neers-2法和Sarma-vertical slices 来进行验证计算[2]。

2.8 计算参数及工况

综合分析边坡的工程特性,选定天然工况、暴雨工况和地震工况进行验算。

边坡的天然重度为18.5 kN/m3。根据勘察所得力学参数，采用不同的计算方法，计算结果如下：

表1 主滑面计算指标及稳定性系数表

3 工程处治方案选择

该边坡变形后，严重影响铁路运营安全。但铁路不能停止运营，需采取针对性措施，在不中断交通、不降低边坡稳定性情况下，进行抢险治理。

3.1 抗滑桩方案

抗滑桩作为边滑坡治理的重型武器，以抗滑力大、布置灵活等因素，得到人们的欢迎。但是也存在自己的不足，抗滑桩工程量大、开挖危险性大、工程造价高，施工速度相对较慢，不利于快速抢险。[4]对于该边坡，由于边坡本身方量较小，下滑力较小，采用抗滑桩存在“大材小用”之嫌，且边坡含水量较大，人工挖孔困难。抗滑桩开挖，往往对边坡扰动，造成边坡进一步变形，影响铁路运用。

3.2 抗滑挡墙方案

在我国治理滑坡工程早期，普遍采用抗滑挡墙结合卸载、排水的方案。对于本边坡，由于挡墙施工需要开挖坡脚，该边坡属于牵引式滑坡，开挖坡脚，往往造成边坡进一步变形，从而加剧铁轨的变形，影响运营，且该方案施工速度慢，不能快速抢险。

3.3 微型桩方案

微型桩是近年来发展起来的一种轻型支挡结构。运用微型桩，可以不改变现有的稳定状态情况下，快速施工。微型桩布置灵活，可以在路肩、路脚和坡面等位置布设。考虑本边坡规模不大，下滑力量较小等因素，可以采用轻型支挡结构进行抢险处理。治理过程中，对边坡扰动小，不会恶化边坡，造成工程事故。

综上所述，采用微型桩+排水的措施进行该边坡的治理，具体工程布置如图4所示。

图4 边坡工程治理剖面图

4 结论与建议

黄土填方边坡由于填土的工程性质，决定其水稳定性较差。填方区缺少完善的排水系统，造成路堤浸泡，往往造成路堤边滑坡问题。该类边坡破坏模式往往具有牵引性质，不及时处治，往往造成规模的持续扩大。该类边坡破坏面往往受控于同质边坡的同生面或者下部岩土性质不同的地层层面。

在该类边坡的抢险处治措施中，首要重视的就是降水对工程的影响，完善防排水工程。其次，运营道路边坡的抢险，需考虑快速施工和不降低现有边坡的稳定性，传统的抗滑桩或者抗滑挡墙往往施工速度慢，施工对边坡扰动大，不利于抢险工程的顺利实施。微型桩、锚索框架和钢锚管等轻型支挡结构往往可以取得好的治理效果。