朔黄铁路高路堑护坡溜塌病害及加固措施研究

王 利 军

(朔黄铁路发展有限责任公司，山西 原平 034100)

朔黄铁路西起山西省神池县神池南站，东至河北省沧州市渤海新区黄骅港站，为国家Ⅰ级、双线、电气化重载铁路[1]，沿线主要经过剥蚀低中山地貌单元，沟谷深切。区域地质构造复杂，断裂构造多样。另外季节温差、昼夜温差大，在季节性强降水和自然风化作用下，沿线护坡溜塌等病害频发，尤其上部为湿陷性黄土，下部为基岩的岩土二元体边坡尤为严重，严重影响了朔黄铁路安全运营。

本文通过对朔黄铁路下行K32+620～K32+666高路堑护坡的调查，结合本区段边坡病害共性分析影响边坡病害发展的因素，提出了针对本区段内边坡的工程加固措施。这对岩土二元类高路堑边坡的治理有一定的借鉴意义。

1 工程概况

1.1 既有护坡概况

朔黄铁路K32+570～K32+761段下行侧为深路堑边坡，堑坡2级～3级，设置浆砌片石护墙及重力式抗滑挡墙防护。依据竣工资料，K32+631.2～K32+641.2段在施工期间出现滑坡，因此在K32+610～K32+655段一级平台设置抗滑挡墙，其余地段设浆砌片石护墙。

病害概况：K32+630～K32+640段右侧坡面发生溜塌病害，导致二级边坡的抗滑挡墙上部浆砌片石护墙溜塌，冲毁二级平台被动防护网并跌落至一级堑坡顶，如图1所示。

1.2 地形地貌

本区属吕梁山脉中山区，山势陡峭，铁路工程位于山体斜坡下方，病害处为斜坡凹槽区。

1.3 气象特征

拟建场地属半干旱大陆性气候，四季分明，季风气候显著。最低月平均气温为1月-7.7 ℃，最高月平均气温为7月23.3 ℃，年平均气温9.0 ℃，年均降水量约500 mm。场地岩土最大季节性冻结深度1.3 m。

1.4 地层岩性

③泥岩夹砂岩(P2)：下伏于块石土，局部出露于地表，棕红色，泥质胶结，基岩强风化，属Ⅳ级软石。

1.5 地质构造及地震动参数

1)地质构造。

工程影响范围内岩层呈单斜构造，产状稳定，未见明显断裂构造形迹。

2)地震动参数。

根据国家地震局GB 18306—2015中国地震动参数区划图，地震动峰值加速度为0.20g(相当于抗震设防烈度8度)，地震动反应谱特征周期为0.40 s。

1.6 水文地质条件

地下水主要为基岩裂隙水，赋存于基岩节理裂隙中，受大气降水及侧向补给，侧向排泄，水量及水位变化较大。地下水对混凝土结构无化学侵蚀性，碳化环境作用等级为T2。

1.7 不良地质及特殊岩土

1)不良地质。本段不良地质主要为浅表层溜塌。K32+631.2～K32+641.2段在施工期间出现滑坡，后设置抗滑挡墙，挡墙后为稍密的砂质黄土及块石土，地表为斜坡凹槽，在强降雨条件下K32+630～K32+640段挡墙上部砂质黄土及块石土失稳发生溜塌越顶，推倒挡墙顶部浆砌片石护坡堆积于一级平台，溜塌总体积约10 m3。

2)特殊岩土。特殊岩土为第四系上更新统坡洪积砂质黄土，具有Ⅲ级自重湿陷性。

2 病害特征及成因机理分析

2.1 病害特征

K32+630～K32+640段挡墙上部砂质黄土及块石土失稳发生溜塌越顶，并推倒挡墙顶部浆砌片石护坡堆积于一级平台，溜塌总体积约10 m3。

2.2 病害成因机理分析

引发本处灾害的因素众多，经调查分析主要有以下几个方面：

1)外部因素。

a.水的因素：本地区多年平均降水量约500 mm，降水主要集中在6月～9月的雨季，该溜塌病害的发生时间与雨期亦较为吻合；表层砂质黄土、块石土、基岩风化层易于蓄积并保持水分；地表水的下渗增加了土体自重、增大了土体主动土压力，同时地下水沿斜坡的渗流既使土体受到长期向下的渗透力也降低了土体抗剪强度，以上因素均为溜塌发生的有利条件，也极大提高了支挡防护工程所承受的水平推力；另外地下水的作用也降低了岩石强度、加速了岩石的风化从而降低了土层与岩石接触面的摩擦系数，最终促使灾害的发生。

b.工程因素：铁路工程的修建，导致坡体应力重分布，破坏了原始山坡本就脆弱的平衡状态，极易发生斜坡变形破坏，基岩顺层地段更为强烈，同时列车行驶引起的震动也为边坡稳定带来长期的不利影响。工程因素也是引起灾害发生不可忽略的重要因素。

2)内部因素。

a.地形因素：灾害地段自然坡度平均约为45°，局部达到50°～60°，陡峭的边坡为溜坍、滑坡等斜坡变形类地质灾害的发生提供了有利的地形条件。

b.地层因素：本段地层上覆的砂质黄土、块石土，具有土质较均匀、结构疏松、孔隙发育的特性，且利于地表水下渗，下伏泥岩夹砂岩，此为典型的土石二元结构，且该分界面为大角度倾斜状，在二元结构的接触面相对隔水，形成软弱渗水带及储水带，加之泥岩夹砂岩受构造影响节理裂隙发育、风化严重，风化破碎后的泥岩变成了良好的“润滑剂”，加之水的作用，形成了二元体间潜在的滑带，是灾害形成的主要因素。

c.地质构造因素：本区域地质构造复杂多变，地质构造促使了岩体节理裂隙的发生发展，加剧了岩石的风化，降低了土石分界面处的摩擦力，成为灾害发生的因素之一。

3 边坡稳定性评价

通过对边坡病害的分析，以主滑动面为代表性断面采用传递系数法对坡体在不同工况下的稳定性进行计算，计算参数及结果如表1，表2所示。

表1 滑带土物理力学参数

表2 各工况稳定系数计算表

根据上述计算结果及文献[2]中表12“滑坡稳定状态划分”：坡体在自重工况下处于欠稳定状态，在暴雨及地震工况下处于不稳定状态。因此，该处护坡在自重、暴雨及地震工况下均需进行加固整治。

4 应急抢险措施

K32+630～K32+640段右侧坡面发生溜塌病害后，浆砌片石及部分土体冲毁二级平台被动防护网并跌落至一级堑坡顶。为防止灾害进一步加剧危害铁路运营安全，现场抢险在溜塌位置铺设防水苫布，防止雨水进入坡体使坡体失稳破坏；在一级平台处设置被动防护网，坡脚处设置防护排架，防止拆除未溜塌部位护墙时土石方冲至线路(见图2)。

5 加固方案

综合病害特征及成因机理分析，朔黄铁路下行K32+620～K32+666高路堑护坡溜塌病害主要由于连续的强降雨导致土体饱和失稳。因此，研究该护坡溜塌病害治理对策，应从治理坡体整体稳定及疏通地表、地下水为重点进行着手分析。

5.1 下滑力计算

根据表1中岩土物理力学参数及地震力的作用，采用传递系数法对该边坡下滑力进行计算，计算简图如图3所示，剩余下滑力曲线如图4所示。

经计算，一级边坡平台处剩余下滑力为594.61 kN。

5.2 加固措施

根据病害情况及剩余下滑力计算，针对该溜塌病害特点，采用“桩板式挡土墙+护墙+截、排水+监测”的综合加固措施。

1)压脚固腰措施。对该边坡在一级平台处设置一排桩板式挡土墙进行固脚，在二级平台以上进行刷坡，新挖出三级边坡及平台，平台均进行封闭并设置截水沟，边坡坡率采用1∶1，坡面采用混凝土护墙加固，代表性断面见图5。

2)排水措施。治坡先治水，消除了水对边坡的影响对本次边坡病害的治理有很大的意义。在本次治理措施中为防止后续由于水的因素对边坡造成影响，采用素混凝土浇筑堑顶平台及排水沟，在新建护墙平台上增设截水沟。并在每级护墙下部设一排深层排水孔排出坡体内积水，确保地表水能顺坡体表面排走。

3)监测措施。为监测边坡位移及检测治理效果，在坡体上布置临时监测点及永久监测点。

6 结语

朔黄铁路下行K32+620～K32+666段高路堑护坡的整治是对处于动荷载作用下岩土二元类边坡病害的综合治理。通过对该边坡病害的成因机理的分析及结合当地的区域环境因素提出了针对这一类边坡的治理措施可以得出以下几点结论：

1)复杂的地质条件加之汛期连续的强降雨导致该护坡发生溜塌病害。

2)采用“桩板式挡土墙+护墙+截、排水+监测”的综合加固措施，效果良好。