沪宁城际铁路下蜀黏土路堑边坡设计研究

朱一康

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

沪宁城际铁路下蜀黏土路堑边坡设计研究

朱一康

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

在系统总结宁镇丘陵地区长江高阶地下蜀黏土的野外分布特征、物理力学性质的基础上，分析评价下蜀黏土具有弱膨胀性、水理性差等不良工程特性。以沪宁城际铁路路基工点设计为例，详细介绍下蜀黏土路堑边坡需根据工点工程地质和水文地质条件、边坡高度，结合当地气候特点，采用绿色植物防护和工程防护相结合的原则进行处理，以及重点地段采取特殊支挡防护的设计方案，提出下蜀黏土路堑边坡勘察设计需重点关注的问题。

沪宁城际铁路；下蜀黏土；路堑边坡； 加固防护；水稳性

1 概述

高速铁路的基础设施须满足列车高速、安全和舒适运行的要求。路基作为高速铁路工程的重要组成部分，其长期稳定性及工程性状直接关系到高速列车的正常运营。因此，路基工程设计要根据具体条件采取针对性措施，保证其在各种工况下的长期正常工作性能。我国地域辽阔，地质条件千变万化，在工程建设中不可避免地要遇到一些具有特殊物理、力学、化学特性的岩土。在路基工程勘察设计中，对此类工点需慎重对待，特别处理。

广泛分布于宁镇丘陵边缘长江高阶地区的下蜀黏土就属于高液限弱膨胀性特殊岩土，在沪宁城际铁路路基工点设计中，根据下蜀黏土的工程性质和路堑边坡高度，采用绿色防护和工程防护相结合的边坡处理方案[1]，工程建成运营4年来，经历了4个雨季的考验，各路基工点工程性状良好，保证了线路正常运营。

2 下蜀黏土的工程特性

沪宁城际铁路始于上海西站，经由苏州、无锡、常州、丹阳、镇江，终至南京站，正线长度300.3 km，设计速度300 km/h，全线铺设CRTSⅠ型无砟轨道，正线路基工程104.8 km。沪宁城际铁路在南京至丹阳段穿行于长江高阶地下蜀黏土区。在勘察阶段，通过详细的野外调查、勘探、测试，以及大量的土工试验、数理统计分析，详细查明了下蜀黏土的工程特性。

下蜀黏土形成于中、晚更新世[2]，冲、洪积成因，广泛分布于长江中下游地区，在江苏省宁镇地区最为发育，因在镇江市下蜀镇一带最为典型而得名，野外多呈圆缓状垄岗地貌，坡度平缓，无自然陡坎，坡面上小型沟槽发育。地质剖面多发育菱形节理，节理面光滑。

下蜀黏土结构较为致密坚硬，富含铁锰质结核，并有钙质结核，局部铁锰质结核富集成层。该土层颗粒组成以粉粒、黏粒为主，液限接近40%，塑限约为17%，塑性指数约为21.5%，自由膨胀率平均值约26%。下蜀黏土主要物理力学指标见表1。

表1 下蜀黏土主要物理力学试验指标

由表1可知，下蜀黏土属高液限黏土，塑性状态多为硬塑，原状土力学强度较高，压缩性低，扰动后经重型击实，强度衰减明显，衰减率约为50%；浸水饱和后强度急剧衰减，衰减率达90%。湿化试验表明：原状土样浸水2.5 h，崩解量85%左右。表明该土虽然在天然状态下具有较高的力学强度、较低的压缩性，但是其水稳性差，遇水后强度衰减幅度大，失水后干缩开裂，表现出部分膨胀土的特征。局部地段因土层中蒙脱石含量高，膨胀土的特性更为明显。

3 下蜀黏土路堑边坡设计

路堑边坡设计时，基于下蜀黏土的特殊工程性质，路堑边坡设计方案需主要考虑坡面易受水流冲蚀，或受地下水影响引起土体频繁湿胀干缩而形成浅层坍滑，或因土体受水影响强度衰减而引起土体沿深层软弱面(如土石界面等)滑动[4]，引起边坡失稳等工程病害问题，以及考虑工程与自然环境的和谐统一。

3.1 一般地段下蜀黏土路堑边坡设计

一般路堑边坡设计遵循“缓边坡，宽平台，矮挡墙，绿色防护为主，工程防护为辅，加强坡面排水[5]”的原则。一般地段边坡坡率1∶1.5，两侧均设置不小于1 m宽的侧沟平台[6-7]。路堑根据其边坡高度，结合地形地貌、工程地质及水文地质条件，采取不同的加固防护措施。

路堑边坡高度小于3 m时，一般采用撒播草籽、种植灌木对坡面进行防护；路堑边坡高度大于3 m时，采用截水骨架内撒播草籽、种植灌木进行防护，骨架间距3 m，主骨架厚度适当加厚，一般采用0.8 m；路堑边坡高度大于5 m时，坡脚设置高度不大于5 m的矮挡墙进行加固挡护，防止坡脚处产生较大应力、坡面受水流冲蚀而发生局部破坏，同时，上部边坡骨架内每拱设置一根自钻式锚杆，防止坡面浅层坍滑；地下水发育地段，路堑边坡结合护坡骨架设置支撑渗沟，加强排水及支护，并根据地下水发育情况，必要时采用埋设仰斜排水孔等措施进行深层排水处理。侧沟平台、路堑边坡平台均采用浆砌片石或混凝土进行封闭防护[8-9]。典型下蜀黏土路堑边坡加固防护断面见图1。

图1 典型下蜀黏土路堑边坡加固防护横断面示意

3.2 特殊地段下蜀黏土路堑边坡设计

沪宁城际铁路有2处下蜀黏土路堑边坡工点由于受微地貌控制，沉积环境差异使其物质组成中黏土矿物含量较高，蒙脱石含量达到13.5%，阳离子交换量CEC(NH+)256.1 mmol/kg，自由膨胀率45%，膨胀潜势分级的三项指标均判定为弱膨胀土[10]，且地下水较发育，边坡稳定性差，须采取特殊加固措施。

DK33+900～DK34+015工点地表自然坡度5°～15°，上部为下蜀黏土，层厚7～11 m，下部为花岗岩全风化层，呈土状。工点右侧路堑边坡高约13 m，经检算，土体沿土石分界面滑动稳定安全系数接近1.0，属欠稳定边坡[11]。设计时，路堑边坡坡率放缓至1∶3.0，坡面采用截水骨架内撒播草籽、种植灌木进行防护，并结合护坡主骨架设置支撑渗沟，坡脚处设置干砌片石垛进行支挡。干砌片石垛高3.0 m，顶宽2.0 m，胸坡坡率1∶1.0，(俯斜式)背坡坡率1∶0.5，基础采用浆砌片石砌筑，埋入深度1.0 m[8]。该工点典型断面见图2。

图2 干砌片石垛加固路堑边坡典型横断面示意(单位：m)

DK29+633.5～DK29+662.5工点地面自然坡度10°～15°，上部为下蜀黏土，层厚6～11 m，下部为粉砂岩全风化～弱风化层。工点右侧路堑边坡高约25 m。经检算，边坡整体稳定安全系数小于1.0，属不稳定边坡[11]。设计时，路堑边坡坡率1∶3.0，坡脚设置高5 m的重力式挡土墙进行加固[12]，墙顶设置宽5 m的平台；平台以上坡脚采用干砌片石垛支挡，干砌片石垛高2.0 m，顶宽2.0 m，胸坡坡率1∶1.0，(俯斜式)背坡坡率1∶0.5；上部边坡每6～8 m设置一级边坡平台，平台处设置抗滑桩进行支挡加固[12]；坡面采用框架锚杆防护，框架梁纵、横向间距均为3 m，锚杆长8 m，框架内植草、种灌木进行防护；边坡平台采用浆砌片石封闭[8]。该工点典型断面见图3。

图3 干砌片石垛+抗滑桩加固路堑边坡典型横断面示意(单位：m)

3.3 排水系统设计

各路基工点均设置了完整的排水系统，天沟拦截堑顶以外的地表水不进入边坡范围；分级边坡平台设置截水沟，路肩外设置侧沟，并适当加深，使坡面、路基范围的水能及时引排出路基以外，避免冲蚀坡面、浸泡坡脚。排水系统完整畅通，确保路基及边坡不受集中水流侵蚀。

4 结语

沪宁城际铁路全线共有下蜀黏土路堑边坡加固及防护工点67处-13.57 km，路堑最大边坡达25 m。该线已建成通车4年多，运营速度300 km/h，路基边坡经历了多次连续强降雨考验，路堑边坡完好，满足了高速铁路高速度、高密度、高安全行车要求。

(1)下蜀黏土天然状态下具有低含水率、高液限、高强度、中等～中等偏低压缩性和强结构性等特点，表现出良好的工程特性；因其成因、矿物成分及颗粒组成等原因，下蜀黏土又表现出弱膨胀性、易湿化、水稳性差等特点。天然状态下边坡稳定性较好，遇水湿化后易形成冲蚀、浅层溜坍及深部沿软弱结构面滑动等病害。

(2)下蜀黏土总体上分布较为稳定，地层结构单一，其组成成分、物理力学指标也较为均一。局部地段受微地貌控制，沉积环境差异使其矿物成分、物理力学性质存在较大的变异性。工程地质勘察时，应注重微地貌调绘，采用综合勘探手段查明其空间分布形态和物理力学参数。

(3)路堑边坡设计时，应遵循“缓边坡，宽平台，矮挡墙，绿色防护为主，工程防护为辅，加强坡面排水[5]”的总体原则，对于局部地段由于地下水发育、岩土性质较差的工点，需采取较强的支挡防护措施进行重点处理，确保工程安全。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB10001—2005铁路路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005．

[2] 师育新，张卫国，戴雪荣.镇江下蜀土中的黏土矿物及其古环境意义[J].海洋地质与第四纪地质，2005(4)：99-104．

[3] 孙宏林，赵新益.下蜀黏土改良土填筑高速铁路基床的试验研究[J].岩土工程学报，2004(2)：293-295．

[4] 曾凡稳.南京地区下蜀土滑坡稳定性影响因素分析[J].路基工程，2010(2)：132-134．

[5] 中华人民共和国铁道部.铁建设[2009]172号铁路边坡防护及防排水工程设计补充规定[S].北京：中国铁道出版社，2009．

[6] 中华人民共和国铁道部.TB10035—2006铁路特殊路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006．

[7] 中华人民共和国铁道部.TB10621—2009高速铁路设计规范(试行)[S].北京：中国铁道出版社，2010．

[8] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.上海至南京城际轨道交通工程施工图[Z].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2008．

[9] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.上海至南京城际轨道交通工程勘察设计技术总结报告[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2010．

[10]中华人民共和国铁道部.TB10038—2012铁路工程特殊岩土勘察规程[S].北京：中国铁道出版社，2012

[11]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50330—2013建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[12]中华人民共和国铁道部.TB10025—2006铁路路基支挡结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006．

Research on the Design of Xiashu Cohesive Soil Cutting Slope in Shanghai-Nanjing High Speed Railway

ZHU Yi-kang

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

On the basis of a systematic summary of the physical and mechanical properties of Xiashu distributed cohesive soil in the hilly areas of Nanjing-Zhenjiang of Yangtze TERRACE， this paper analyses and evaluates such poor engineering properties as weak expansibility and bad hydrolytic weakening properties of Xiashu cohesive soil. With reference to the subgrade design of Shanghai-Nanjing high speed railway， this paper addresses the protective design scheme in perspective of the engineering geological and hydrogeological conditions of the site， the height of the cutting slope， and the local climate characteristics and proposes a combination of greenery protection and engineering phase protection measures in general sections and special retaining protection measures in key sections. Special focuses during the survey and design of Xiashu cohesive soil cutting slope are also put forward．

Shanghai-Nanjing High Speed Railway; Xiashu cohesive soil; Cutting slope; Reinforcement protection; Water stability

2015-02-26；

2015-03-05

朱一康(1972—)，男，高级工程师，1995年毕业于长春地质学院水文地质与工程地质专业，工学学士，E-mail：tsyzyk@126.com。

1004-2954(2015)10-0061-03

U238； U213.1+2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.014