斜坡地段桥梁典型风险的经验和启示——以某铁路大桥水害处治为例

赵江林，陈 勇，文 章

（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）

1 桥梁概况

某铁路大桥位于华南某地区，梁跨样式为2×24+12×32+2×24m 单线简支T 梁，采用圆端型桥墩，桥梁全长502.84m。其14#墩墩高9m，采用5ϕ1.0m 摩擦桩基础，桩长42.5m；15#墩墩高4.6m，采用4ϕ1.0m 摩擦桩基础，桩长35m。桩基主筋为18 根ϕ20mm 钢筋，采用分段配筋，配筋长度24m。某铁路大桥全景如图1 所示。

图1 某铁路大桥全景

2 水害情况

2022 年5 月20 日起，清流县境内出现持续强降雨天气，并于6 月11 日起转为暴雨到大暴雨。考虑防洪需要，铁路于6 月14 日凌晨开始封锁。受暴雨影响，沿线出现个别红线范围以外的局部溜坍。

6 月15 日上午对该大桥CPⅢ进行复测发现14#墩附近（距离桥墩中心2.7m）的CPⅢ点纵横向分别出现39mm 和46mm 的位移。6 月15 日工务部门对轨道精测时发现14#墩对应的轨道线路存在位移，两者复测结果相符。

6 月19 日，对15#墩右侧山体和排水沟进行细致排查调绘，发现15#墩与桥台之间的排水沟存在宽约3cm 裂缝，浆砌片石拉裂痕迹新鲜；右侧山体地表也存在零星分布的裂缝，深度均小于20cm。

3 水害原因

综合分析，连续强降雨、软弱地层、地形条件、外部环境改变等不利因素综合作用，斜坡坡脚岩土体局部发生蠕变，挤压桥墩引起了该大桥14#和15#墩的偏移。

3.1 气象条件

根据省气象局公布的消息，5 月24 日—6 月15日，全省出现了历史未见的持续性强降水，降雨时间长、累计雨量大、影响范围广、区域叠加多、致灾风险高，多地累计降水量、降水日数、暴雨日数等降水指标打破历史同期纪录。

根据该地区气象局提供的某区域站资料显示，2022 年5 月21 日—6 月15 日，26d 内有降水天数达25d，总降水量为756.5mm。6 月13 日—6 月14 日，24h最大雨量236.9mm，是全省同时段内24h 最大雨量第一，是该区有建区域站以来24h 最大雨量第一。

3.2 地质条件

该大桥右侧斜坡长度为260m，高度为106m，斜坡岩层倾角大于斜坡自然坡度，基岩部分出露，未见深大贯通裂缝错台，整体稳定性较好。仅坡脚土层和风化层较厚，在长期饱水浸泡条件下，局部岩土体可能发生蠕变现象。

桥梁桩基持力层土层深厚软弱，下伏岩性复杂风化层厚度大。14#墩表层为上更新统粗角砾土，厚16m，基岩为石炭系下统灵地组弱风化灰岩，灰岩以下为强风化千枚岩、石英砂岩。15# 墩表层为粉质黏土，厚2.7m，其下为石炭系下统灵地组全风化千枚岩、石英砂岩，厚度32m；强风化千枚岩、石英砂岩，厚5.2m；弱风化千枚岩、石英砂岩。软弱风化岩土层在饱水条件下易发生向临空方向的蠕变，蠕变体位于DK351+270—DK351+335 段左侧20m～右侧40m。蠕变体长约52m，宽度约78m，厚度为10～14m，体积约4×104m3。蠕变体物质成分主要为上更新统粗角砾土和灵地组全风化千枚岩、石英砂岩。

3.3 排水条件

桥址周边地下水排泄不畅。15#桥墩右侧斜坡发育一冲沟，长约120m，地表降雨汇集后下渗岩土中，导致土体容重增加，土体软化，强度降低，导致斜坡稳定性差。

3.4 外部环境条件

桥下14#和15#墩间有一便道通过，常有载重汽车通行。便道紧邻14#桥墩上方承台，桥梁上方一侧桩增加荷载，对饱水后的软弱风化土体产生附加土压力，引起桥墩向斜坡下方偏移。

4 处治方案

4.1 桥墩应急抢险方案

14#墩承台外左侧及小里程侧设置一排钢板桩进行防护，坡脚设置一排钢板桩同时进行反压回填。左侧便道边坡，采用锚杆框架梁内撒草籽进行防护。

15#墩左侧临时便道边坡坡脚打入钢板桩加固，对坡脚进行反压回填。坡面采用锚杆框架梁防护。

4.2 坡体永临结合方案

（1）坡体外缘设置环形截水沟，中部设置树枝型截水沟，截水沟采用C25 混凝土浇筑。

（2）14#、15#墩右侧边坡山体原地面下挖3.5～4m，设置18m 宽平台进行减载处理；开挖边坡右侧采用锚杆框架梁护坡，顶部设置天沟。

（3）坡体左侧设置反压护坡，边坡打入仰斜孔，斜角5°～10°，仰斜孔长24m。

4.3 桥墩永久整治方案

4.3.1 14#墩

采用8 根ϕ1.5m 钻孔灌注桩呈矩形布置在既有桥墩周围。桩基长度18～31m，桩底穿过溶洞进入灰岩R3岩面以下或进入千枚岩强风化W4 层。

新建承台纵横向尺寸为11.0m×14.2m，总高3.5m。新建承台与既有承台、既有墩身采用纤钉连接。桩基布置如图2 所示。桥墩整治方案如图3 所示。

图2 桩基布置

图3 桥墩整治方案

4.3.2 15#墩

采用8 根ϕ1.5m 钻孔灌注桩呈矩形布置在既有桥墩周围。桩基长度约16～18m，桩底进入千枚岩全风化层W4。新建承台纵横向尺寸为11.0m×11.0m，总高3.5m。新建承台与既有承台、既有墩身采用纤钉连接。

5 经验和启示

山区铁路地形地质条件复杂，特别是越岭及山区河谷两侧斜坡地带。一直以来，行业内存在不重视斜坡地段尤其是自然纵坡较小的缓斜坡地段的工程风险的倾向。原因在于：①由于在山区、丘陵地带斜坡场景极其常见，对铁路、公路等线形条带状项目，斜坡工程几乎无法避免。②因为缓斜坡场地条件好、工程规模小，是布设路基、桥梁等明线工程的天然理想处所，相较隧道等暗线有很大优势。但从该大桥案例来看，斜坡地段也可能存在较大的工程风险，尤其是在水、软弱地层、不利外部条件等因素耦合作用下，更易导致工程灾难，应引起高度重视。

勘察设计是工程质量安全控制的源头，总结该大桥水害发生和处治的全过程，为铁路工程项目在斜坡地段的勘察设计工作提出5 个方面的经验和启示。

5.1 高度重视地质选线

应改变斜坡地段是路基、桥梁等明线工程天然理想设置处所的固有观念，高度重视斜坡地段的工程地质问题和工程风险。斜坡地段通常是滑坡、危岩落石、岩堆、顺层和泥石流等不良地质问题多发的区域，铁路线路应尽量避免自斜坡地段通过，确实难以绕避时应考虑采用合理的工程形式，减少明线段落或拔高线路标高以减小重力不良地质问题对铁路工程构成的安全威胁，工程结构及设施设备应尽量远离斜坡坡脚或避免布设于斜坡中下部[1]。

工作中应结合斜坡的演变、新构造运动、构造应力场及人类经济活动等综合因素对区域斜坡的稳定性进行分析和评价。不同的地质构造单元、地貌单元及气候特征等地质环境条件下的斜坡稳定性有所差异；相同地质条件下由于沟谷切割的深度（包括斜坡的坡度和高度）不同，岩体受地质构造的影响程度、地层岩性及岩体结构的构造差异、斜坡的稳定程度都相差很大。因此，在地质选线时，应对斜坡不稳定地区高度重视[2]。

5.2 切实加强地质勘察

（1）加强对斜坡整体稳定性和不良地质问题的勘察和判释。山区和丘陵地区斜坡地形极为常见，铁路、公路等线形工程必须面对斜坡及相应的不良地质问题。要加强工程地质勘察，重点关注深厚土体、软弱夹层、贯通不利结构面的勘察和识别，准确判定斜坡的整体稳定性，对存在稳定性问题的斜坡坚决绕避；对斜坡上存在的滑坡、危岩落石、岩堆、泥石流等不良地质问题应做深入细致的调绘、物探、钻探等地质工作，彻底查清发育规模和危害程度，有针对性地采用或绕或埋或治的措施，确保工程安全。

大量实践经验表明，斜坡勘察工作必须有所重点，应该科学地选择有效的勘察方法，重点勘察斜坡的坡体结构和岩土参数，并进一步勘测这些参数在外部条件的作用下会发生怎样的变化，通过细致地勘察得到对坡体的稳定程度起决定性作用的优势结构面和软弱层，接着对勘察结果的综合作用进行系统性的分析，预测并评价在综合作用下斜坡工程出现失稳变形的概率和破坏的程度有多大，相关统计资料显示，大气降水和地下水是影响山体斜坡岩土工程性质最为严重的两个因素[3]。

（2）提高对千枚岩等类似软弱岩层的认识。千枚岩变质程度介于板岩和片岩之间，岩石本身构造为千枚状。由于长期受风化作用影响，千枚岩往往具有强度低、遇水易泥化、水稳定性差等特点，应加强综合勘探，以地质钻探、原位测试、室内试验相结合，查明千枚岩的风化程度及物理力学性质，提高对全风化千枚岩及其水理性质的认识，必要时优化线路方案或加强工程挡护措施[4]。

5.3 深入细化工程设计

（1）高度重视斜坡地段桥梁工程设计，必要时应开展相应的专题研究，特别注意斜坡地段不平衡土压力影响。加强桥梁结构检算和墩台边坡防护设计，不仅考虑上部挡护措施，还要高度关注坡面下方的防护措施。

（2）墩台基础应尽量避免高桩设计，两侧土压力需考虑平衡作用。有条件时尽量采用柱桩，减少摩擦桩设计。相邻墩台间地形和地层存在突变时，应进行系统全面的核实，综合采用科学合理、安全可靠的工程措施。

（3）高度重视水的作用，斜坡失稳大部分是由强降雨引起。根据斜坡变形体形成成因，斜坡整治需对斜坡变形体地表水及地下水进行有利疏导，采用“防、排、截、堵”等工程措施，做到挡、排多措施、多层次的综合整治，合理做好防排水工作，避免水和软弱地层、不利地形等因素叠加，有效保证斜坡变形体的整体稳定[5]。同时还需注意施工期间排水问题，避免在桥址区施工平台形成积水。

（4）做好现场调查核对，统筹考虑施工临时开挖和施工便道的影响，结合现场实施条件，根据施工范围和扰动距离，综合确定防护区域，科学制定防护措施。

5.4 系统布局大临实施

（1）深入细致地做好现场调查，在扎实的现场资料的基础上，结合主体工程设计，做好施工便道、拌和站等大临工程的系统布局，相互之间衔接顺畅，减少相互及对主体工程的影响。

（2）施工便道等临时工程应进行专项设计，避免大开挖，减少对山体和植被的破坏。临时工程合理远离斜坡地段，既能高效服务施工，又要避免对基坑、桩基等桥墩造成侧压。

5.5 全面落实路外环境管控

施工完成后，便道等大临设施应及时复垦，线路宜尽快采用临时围挡或防护栅栏封闭，避免意外因素对工程结构的影响和破坏。项目开通后应提醒运营单位定期进行巡检，及时发现并制止可能危及铁路工程安全的改变路外环境的行为。